基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的油田數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.3 RF設(shè)計(jì)

自從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念提出以來，許多的芯片公司如TI、Freesacle和Atmel等都以極大的熱情投入其中，大量的低功耗的RF芯片因此得以面世。許多針對(duì)此種網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議也紛紛提出，其中ZigBee聯(lián)盟提出的ZigBee協(xié)議是目前影響最深遠(yuǎn)的，也是目前最為成熟的一種協(xié)議。

本文節(jié)點(diǎn)采用ZigBee協(xié)議處理器CC2430，它是TI公司最新推出的符合ISM頻段的2.4 GHzIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器。利用此芯片開發(fā)的無線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250 kb/s，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。

CC2430工作頻帶范圍為：2.400～2.483 5 GHz，采用O-QPSK調(diào)制方式，超低電流消耗(RX：19.7 mA，TX：17.4 mA)，高接收靈敏度(-99 dBm);IEEE 802.15.4 MAC層硬件可支持自動(dòng)幀格式生成、同步插入與檢測(cè)、16 b CRC校驗(yàn)、電源檢測(cè)、完全自動(dòng)MAC層安全保護(hù)(CTR，CBC-MAC，CCM);CC2430只需要極少的外圍元器件，其外圍電路包括晶振時(shí)鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器接口電路3個(gè)部分。

CC2430為IEEE 802.15.4的數(shù)據(jù)幀格式提供硬件支持。其MAC層的幀格式為：頭幀+數(shù)據(jù)幀+校驗(yàn)幀;PHY層的幀格式為：同步幀+PHY頭幀+MAC幀，幀頭序列的長(zhǎng)度可以通過寄存器的設(shè)置來改變?？梢圆捎?6 b CRC校驗(yàn)來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)幀被送入RAM中的128 B的緩存區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的幀打包和拆包操作。

3 節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作在ZigBee協(xié)議?；A(chǔ)上，其基本源代碼可以從TI公司獲得。關(guān)于ZigBee協(xié)議棧的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法本文不再贅述。

3.1 網(wǎng)絡(luò)連接及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略

數(shù)據(jù)在普通節(jié)點(diǎn)采集并最多緩存24 h數(shù)據(jù)(FIFO結(jié)構(gòu))，如果每臺(tái)節(jié)點(diǎn)和超級(jí)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)在線連接，那么緩沖區(qū)里就沒有存下數(shù)據(jù);

(1)小區(qū)中心節(jié)點(diǎn)支持采用短信方式更改主次服務(wù)器的IP及PORT。

(2)小區(qū)中心節(jié)點(diǎn)在連接成功后，總是試圖將緩存數(shù)據(jù)依次上傳;同時(shí)也能響應(yīng)服務(wù)器的讀取歷史數(shù)據(jù)的命令;

(3)小區(qū)中心節(jié)點(diǎn)按照時(shí)間先后順序，總緩存所轄節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的24 h數(shù)據(jù)(或更長(zhǎng))，不管此數(shù)據(jù)是否上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器;

(4)小區(qū)中心節(jié)點(diǎn)首選連接主服務(wù)器，連接成功將數(shù)據(jù)發(fā)送，如果超過1 h未能連接成功，則連接從服務(wù)器，連接成功將數(shù)據(jù)發(fā)送直到連接斷開;如果斷開了和從服務(wù)器的連接超過1 h，則連接主服務(wù)器;

3.2 數(shù)據(jù)傳輸類別

3.2.1 數(shù)據(jù)常規(guī)上行

數(shù)據(jù)常規(guī)上行是指各節(jié)點(diǎn)按照設(shè)定的采集間隔將數(shù)據(jù)采集并上傳，其流程如圖4所示。

3.2.2 數(shù)據(jù)按需上行

除了常規(guī)的按間隔采集數(shù)據(jù)之外，在某些情況下，控制人員需要查看即時(shí)數(shù)據(jù)，這時(shí)就需要數(shù)據(jù)按需上行模式，這種模式采用一問一答模式，其流程圖如圖5所示。