智能家居無線網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議設(shè)計(jì)方案

無線通訊協(xié)議

　　智能家終端設(shè)備品種繁多，且功能不一，不同設(shè)備要進(jìn)行統(tǒng)一控制，必須對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行抽象處理，提取它們的共同特征?？梢园呀K端設(shè)備抽象成文件，在控制端分配一塊內(nèi)存描述該設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，利用設(shè)備控制方法讀取或修改當(dāng)前狀態(tài)，控制方法可分為三類：文件讀?。≧ead），文件修改（Write），文件控制（Control）。

　　Read:讀設(shè)備文件操作，即對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)掃描查詢，程序設(shè)計(jì)API 如下：

　　void drv_lit_read（rxp_cmdreq req）以上為讀設(shè)備API 入口，參數(shù)req 為結(jié)構(gòu)體指針，寫、控制設(shè)備操作類似。

　　Write:寫設(shè)備文件操作，即對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)修改，程序設(shè)計(jì)API 如下：

　　void drv_lit_write（rxp_cmdreq req）Control:控制設(shè)備文件操作，即對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)的調(diào)節(jié)。程序設(shè)計(jì)API 如下：

　　void drv_lit_cnt（rxp_cmdreq req）并不是所有的文件都支持這三種控制方法，多數(shù)文件只支持前兩種控制方法，下文以燈控設(shè)備為例。

　　3.1 通訊協(xié)議

　　無線射頻模塊nRF24l01 對(duì)應(yīng)收發(fā)模式的數(shù)據(jù)有效負(fù)載最大為32 個(gè)字節(jié)，該數(shù)據(jù)包作為一幀數(shù)據(jù)，其中可分成三類數(shù)據(jù)：驅(qū)動(dòng)接口數(shù)據(jù)，記錄控制數(shù)據(jù)以及記錄數(shù)據(jù)，輸入幀與輸出幀數(shù)據(jù)類型相同。數(shù)據(jù)格式如表1.

表1 幀數(shù)據(jù)格式

　　（1）驅(qū)動(dòng)接口數(shù)據(jù)。

　　Dest:接收端地址，1 字節(jié)表示，屬性值從0-255,可以表示256 個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，滿足多數(shù)智能家居的節(jié)點(diǎn)資源。

　　Src:發(fā)送端地址，1 字節(jié)表示，與Dest 意義相同。

　　Cmdid:節(jié)點(diǎn)命令碼，1 字節(jié)表示，如上文表示，共有三種類型：0x01,表示讀命令（read）；0x02,表示寫命令（write）；0x03,表示控制命令（control）。

　　節(jié)點(diǎn)即對(duì)應(yīng)從控制器編號(hào)。

　　Fileid:文件標(biāo)志符，1 字節(jié)表示，即節(jié)點(diǎn)地址上對(duì)應(yīng)的設(shè)備號(hào)，最大支持0x00-0xFF 256 個(gè)文件。

　　（2）記錄控制數(shù)據(jù)。

　　Result:操作結(jié)果碼，1 字節(jié)表示，當(dāng)有數(shù)據(jù)返回時(shí)，要求填寫該字節(jié)。0x00,操作成功；0x10,非法節(jié)點(diǎn)；0x11,非法文件標(biāo)識(shí)符；0x12,非法初始記錄值；0x13,非法記錄。0xFF,默認(rèn)無效值。

　　Start:記錄開始值，1 字節(jié)表示，當(dāng)有多條記錄操作時(shí)，該值即對(duì)應(yīng)的記錄序。

　　Len:記錄長度，1 字節(jié)表示，當(dāng)作為輸入數(shù)據(jù)時(shí)，表示記錄操作的長度，如果Len 值大于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的最大記錄長度，則取當(dāng)前節(jié)點(diǎn)記錄長度最大值；當(dāng)作為輸出數(shù)據(jù)時(shí)，表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)操作的記錄長度。

　?。?）記錄數(shù)據(jù)Records:記錄數(shù)據(jù)緩沖，緩沖區(qū)達(dá)25 個(gè)字節(jié)。

　　該緩沖區(qū)可存放多條記錄，記錄格式如表2,每條記錄字節(jié)長度不一，一般在3-5 個(gè)字節(jié)左右，最多能存放8 條記錄。

表2 記錄數(shù)據(jù)格式

　　該Len 值與記錄控制數(shù)據(jù)中的Len 值意義不同，表示該條記錄的字節(jié)長度，其中并不包含本身字節(jié)長度，1 個(gè)字節(jié)長度；Opt 值為保留字節(jié)，一般無意義，控制命令與該字節(jié)相關(guān)，1 個(gè)字節(jié)度；Content 為設(shè)備文件的記錄值，記錄字節(jié)長度不定，一般1-2 字節(jié)長。

　　3.2 協(xié)議擴(kuò)展與特點(diǎn)

　　地址資源，單字節(jié)的Dest 與Src 地址分配對(duì)于普通的智能家居用戶完全能滿足要求，對(duì)于家居環(huán)境復(fù)雜，地址分配點(diǎn)較多的用戶，可能會(huì)出現(xiàn)資源不夠的情況，該情況可將Dest 與Src 地址擴(kuò)展至16 位，即2字節(jié)。滿足65535 個(gè)節(jié)點(diǎn)要求。

　　節(jié)點(diǎn)命令碼，三種命令類型只占用Cmdid 的二位，其余的高六位值保留，以備協(xié)議擴(kuò)展所需。同理。

　　記錄選項(xiàng)，Opt 為保留字節(jié)，默認(rèn)值為0x00,該字節(jié)主要針對(duì)控制操作，用于記錄控制操作符，如表2 說明，主要針對(duì)燈控文件的變亮，變暗操作。

　　該通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)主要有以下特點(diǎn)：

　　（1）統(tǒng)一外設(shè)，將外部設(shè)備抽象成標(biāo)準(zhǔn)文件，并在控制器內(nèi)存記錄文件內(nèi)容，操作指定設(shè)備只需訪問該設(shè)備映射文件所處內(nèi)存空間數(shù)據(jù)即可，規(guī)范外設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提高通訊效率。

　　（2）通訊協(xié)議的制定極大的優(yōu)化了主控制器與射頻模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸性能，主控制器只需根據(jù)固定的通訊協(xié)議格式填充即可，簡化其處理過程。

　　（3）同樣簡化了從控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理過程。