無線傳感器網(wǎng)絡(luò)底層平臺的深層研究
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封裝好后把數(shù)據(jù)寫入TXFIFO中，注意CC2520發(fā)送緩沖區(qū)為128字節(jié)，不能超出這個范圍，否則會引發(fā)TXOVERFLOW異常。然后，打開接收數(shù)據(jù)中斷后才能調(diào)用發(fā)送命令發(fā)送數(shù)據(jù)，在這里可以對發(fā)送過程進行完全的控制，比如在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，可以通過捕獲SFD引腳的上升沿信號來對發(fā)送準確計時。發(fā)送數(shù)據(jù)后等待接收方回復(fù)ACK，如果在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到ACK，則判定重傳次數(shù)是否超過最大重傳次數(shù)，沒有的話則按照一定策略退避一段時間后再重新發(fā)送這個數(shù)據(jù)包，如果超過最大重傳次數(shù)則丟棄這個包，并設(shè)置發(fā)送失敗標志供上層程序參考。如果在規(guī)定時間內(nèi)收到ACK，則會觸發(fā)RX_FRMDONE中斷，會調(diào)用basicRfRxFrmDonelsr()接收數(shù)據(jù)中斷處理程序?qū)κ盏降腁CK包進行分析，如果是對剛發(fā)送包的正確回復(fù)，則表示發(fā)送成功，更新相應(yīng)信息，例如發(fā)送序列號加1，更新發(fā)送狀態(tài)，清除TX_FRM_DONE異常等。
接收過程和發(fā)送過程類似，具體接收流程如圖3所示。
2 測試
2．1 測試方法
測試的每個節(jié)點都通過一根串口線連接到PC。在測試程序中添加測試代碼，把測試節(jié)點發(fā)送和接收的MAC(Media Access Contro1)層數(shù)據(jù)信息通過串口發(fā)送到PC上。然后通過PC上的串口調(diào)試助手顯示出來。對這些數(shù)據(jù)信息進行分析便可以知道節(jié)點上各模塊程序的運行情況。
2．2 測試過程及結(jié)果
通過分析群首節(jié)點廣播數(shù)據(jù)幀到群中終端節(jié)點的過程來判斷底層模塊的運行情況。群首節(jié)點A和群中終端節(jié)點(B、C、D)都通過串口線連接到PC上。群網(wǎng)絡(luò)號為0x0001，節(jié)點A、B、C、D地址分別為：0x0001、0x0002、0x0003、0x0004。A通過無線模塊發(fā)送廣播數(shù)據(jù)到B、C、D，并把發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送到PC顯示，最后把接收到的ACK回復(fù)幀也發(fā)送到PC顯示；B、C、D通過無線模塊接收到A發(fā)過來的數(shù)據(jù)，按自己節(jié)點地址大小進行延時后對接收數(shù)據(jù)幀進行回復(fù)，并把接收數(shù)據(jù)幀和回復(fù)ACK幀通過串口發(fā)送到PC顯示。
圖4為群首節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀和接收ACK幀的過程。協(xié)議棧MAC層幀的封裝格式按照IEEE 802．15．4標準。從圖4可以看出：第一個框中為發(fā)送節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀，后面三個框中為接收到的終端節(jié)點回復(fù)的ACK幀。按照IEEE Std 802．15．4—2006標準中的幀封裝格式，發(fā)送窗口顯示的第一個字節(jié)為物理層數(shù)據(jù)長度。后面緊跟的是FCF(Frame Control Field幀控制字段，占2字節(jié))，對發(fā)送可信廣播數(shù)據(jù)幀為0x8801。參考標準手冊中FCF設(shè)置，可以看出對數(shù)據(jù)幀的設(shè)置如下：節(jié)點地址和網(wǎng)絡(luò)地址都采用16位；在幀中同時包括源網(wǎng)絡(luò)ID、源節(jié)點地址、目的網(wǎng)絡(luò)ID、目的節(jié)點地址；需要ACK幀確認；沒有采用安全設(shè)置。后面是DSN(1字節(jié))，這是傳輸?shù)牡谝粋€幀，所以設(shè)置為0x01。后面為目的網(wǎng)號0x0001(占2字節(jié))。后面為目的節(jié)點地址0xFFFF(占2字節(jié))，這是廣播地址，當CC2520發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點地址為廣播地址時，便向所有節(jié)點傳輸廣播幀。后面為源網(wǎng)絡(luò)號0x0001(占2字節(jié))。后面為源節(jié)點地址0x0001(占2字節(jié))。因為這是同一個網(wǎng)段中的群首向終端節(jié)點發(fā)送廣播幀，所以目的網(wǎng)絡(luò)號和源網(wǎng)絡(luò)號相同。后面接著的2字節(jié)為MAC層數(shù)據(jù)，為了測試簡單，測試時只發(fā)送了2字節(jié)的數(shù)據(jù)(1和2，ASCALL碼為0x31和0x32)?？尚艔V播幀要求接收節(jié)點回復(fù)ACK幀，后面三個框中數(shù)據(jù)分別是節(jié)點B、C、D回復(fù)的ACK幀?；貜?fù)幀的格式和數(shù)據(jù)幀的設(shè)置情況類似，區(qū)別是回復(fù)幀的FCF為0x8802，表示是回復(fù)幀且不需要確認，回復(fù)幀中沒有數(shù)據(jù)字段，且回復(fù)幀中的目的網(wǎng)絡(luò)號、目的地址為接收數(shù)據(jù)幀中的源網(wǎng)絡(luò)號、源地址。
圖5為接收節(jié)點B的接收數(shù)據(jù)幀。從圖中可以看出，第一個框中為接收到的可信廣播數(shù)據(jù)幀，第二框中數(shù)據(jù)為發(fā)送的ACK幀。接收窗口中前面的數(shù)據(jù)和發(fā)送窗口中數(shù)據(jù)一樣。不一樣的是最后的2字節(jié)(具體解釋請參考3．5節(jié)CC2520接收過程)。接收節(jié)點解析目的地址，發(fā)現(xiàn)是廣播地址，需要再檢查FCF字段中的Ack Request是否為1，如果為1，則需要回復(fù)ACK幀。為了避免群中節(jié)點收到可信廣播數(shù)據(jù)幀，同時回復(fù)ACK幀造成信道碰撞，回復(fù)ACK幀的時候按照自己節(jié)點地址大小延時發(fā)送。群中其他節(jié)點(C、D)的接收串口顯示數(shù)據(jù)和節(jié)點B的類似，這里就不再詳細說明。
結(jié)語
從測試的結(jié)果看，發(fā)送節(jié)點通過CC2520發(fā)送的數(shù)據(jù)能被接收，節(jié)點正確接收并通過串口發(fā)送到PC。這說明論文介紹的各個模塊都能夠正確穩(wěn)定地工作。通過這些底層模塊的協(xié)同工作，為上層操作系統(tǒng)和協(xié)議棧提供了通信的基礎(chǔ)服務(wù)。本論文只是簡單地完成了各模塊的功能，還有很多可以改進的地方，比如，可以在CC2520通信過程中加入精確的時序控制，為上層提供更好的服務(wù)。
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