Фон

Стандарт IEEE 802.15.4 определяет уровни MAC и PHY низкоскоростных беспроводных персональных сетей (LR-WPAN) [1]. Уровни IEEE 802.15.4 MAC и PHY обеспечивают основу для других стандартов более высокого уровня, таких как ZigBee, StartHart ®, 6LoWPAN и MiWi. Такие стандарты находят применение в домашней автоматизации и сети датчиков и имеют большое значение для тенденции Интернета вещей (IoT).

Архитектура

Уровень MAC IEEE 802.15.4 вставляет заголовок MAC и нижний колонтитул MAC до и после кадра сетевого уровня соответственно. Нижний колонтитул MAC содержит проверку CRC.

Лрвпан. Объект конфигурации MACFrameConfig используется как при генерации, так и при декодировании MAC-кадров IEEE 802.15.4. Такие объекты описывают кадр MAC и определяют его тип и все применимые свойства. Лрвпан. Функция MACFrameGenerator принимает lrwpan. Объект MACFrameConfig, описывающий кадр и, при необходимости, полезную нагрузку уровня MAC (кадр уровня NET) в байтах (два символа), и выводит кадр MAC в битах. Лрвпан. Функция MACFrameDecoder принимает блок данных протокола MAC (MPDU) в битах и выводит lrwpan. Объект MACFrameConfig, описывающий кадр и, возможно, кадр уровня NET в байтах. Раздел 5 в [1] описывает форматы кадров MAC.

Декодирование MAC-кадров домашних автоматизированных радиоприемников ZigBee

В этом разделе декодируются кадры MAC, передаваемые из коммерческих радиоприемников ZigBee, обеспечивающих автоматизацию дома, и записываемые с помощью радиоприемника USRP ® B200-mini и пакета поддержки Communications Toolbox для радиоприемника USRP ®. Уровень PHY захваченных сигналов был декодирован в соответствии с методикой, описанной в примере восстановления сигналов OQPSK стандарта IEEE 802.15.4. Полученные MPDU сохраняются в MAT-файле:

load lrwpanMACCaptures

Сначала декодируют кадр данных:

[dataFrameMACConfig, netFrame] = lrwpan.MACFrameDecoder(MPDU_data);
if ~isempty(dataFrameMACConfig)
  fprintf('CRC check passed for the MAC frame.\n');
  dataFrameMACConfig
end

CRC check passed for the MAC frame.

dataFrameMACConfig = 

  MACFrameConfig with properties:

                       FrameType: 'Data'

   General MAC properties:
                  SequenceNumber: 244
           AcknowledgmentRequest: 1
           DestinationAddressing: 'Short address'
        DestinationPANIdentifier: '1E16'
              DestinationAddress: '35EA'
                SourceAddressing: 'Short address'
                   SourceAddress: '0000'
    PANIdentificationCompression: 1
                    FramePending: 0
                    FrameVersion: '2003'
                        Security: 0

Затем декодируют кадр подтверждения:

ackFrameMACConfig = lrwpan.MACFrameDecoder(MPDU_ack)

ackFrameMACConfig = 

  MACFrameConfig with properties:

                FrameType: 'Acknowledgment'

   General MAC properties:
           SequenceNumber: 165
    DestinationAddressing: 'Not present'
         SourceAddressing: 'Not present'
             FramePending: 0
             FrameVersion: '2003'
                 Security: 0

Создание кадров MAC

Лрвпан. Функция MACFrameGenerator может генерировать все типы кадров MAC из стандарта IEEE 802.15.4 [1], т.е. типы кадров «Маяк», «Данные», «Подтверждение» и «Команда MAC». Типы кадров команд MAC могут быть дополнительно указаны как «Запрос ассоциации», «Ответ ассоциации», «Уведомление о разъединении», «Запрос данных», «Уведомление о конфликте PAN ID», «Уведомление об отсутствии связи», «Запрос маяка» и «Запрос GTS».

Этот код иллюстрирует создание кадров для всех типов кадров:

% Beacon
beaconConfig = lrwpan.MACFrameConfig('FrameType', 'Beacon');
beaconMACFrame = lrwpan.MACFrameGenerator(beaconConfig);

% Data
dataConfig = lrwpan.MACFrameConfig('FrameType', 'Data');
numOctets = 50;
payload = dec2hex(randi([0 2^8-1], numOctets, 1), 2);
dataMACFrame = lrwpan.MACFrameGenerator(dataConfig, payload);

% Acknowledgment
ackConfig = lrwpan.MACFrameConfig('FrameType', 'Acknowledgment');
ackFrame = lrwpan.MACFrameGenerator(ackConfig);

% MAC Command
commandConfig = lrwpan.MACFrameConfig('FrameType', 'MAC Command');
commandConfig.MACCommand = 'Association request';
% Valid settings for MACCommand also include: 'Association response',
% 'Disassociation notification', 'Data request', 'PAN ID conflict
% notification', 'Orphan notification', 'Beacon request', and 'GTS request'.
commandFrame = lrwpan.MACFrameGenerator(commandConfig);

Дальнейшие исследования

Далее можно изучить следующие функции генератора и декодирования, а также объект конфигурации:

Избранная библиография