STM32L152和S14432的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統設計

4．4 系統管理機制
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )由主節點(diǎn)和從節點(diǎn)組成，是一個(gè)以主節點(diǎn)為根中心的樹(shù)形拓撲。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的管理是通過(guò)各節點(diǎn)中的網(wǎng)絡(luò )管理模塊完成的。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采用LEPS(Link Estimation and Parent Selection)協(xié)議。LEPS協(xié)議是TinyOS系統的多跳路由協(xié)議。它通過(guò)節點(diǎn)之間的鄰居信息交換
機制，考慮鏈路質(zhì)量，建立到中心節點(diǎn)的最短通信路徑。
從節點(diǎn)分為不同級別的父節點(diǎn)，只向自己的父節點(diǎn)發(fā)送信息，通過(guò)父節點(diǎn)逐級向上傳到主節點(diǎn)。從節點(diǎn)路由表中擁有自己子節點(diǎn)的編號地址。父節點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò )的中心是最高級的父節點(diǎn)，它的路由表中擁有整個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的編號和地址。主節點(diǎn)的數據由其子節點(diǎn)逐級傳向各從節點(diǎn)。
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )分為拓撲結構的建立、路由維護和數據通信3個(gè)階段。在拓撲結構的建立階段，所有的節點(diǎn)周期性地廣播自己的路由信息，節點(diǎn)根據跳數和鏈路質(zhì)量信息建立最短條數路由，建立路由表。網(wǎng)絡(luò )將進(jìn)行定期的維護，在維護的過(guò)程中，節點(diǎn)將再次對父節點(diǎn)做出評估，刷新路由表。在數據通信階段，路由協(xié)議為數據傳遞提供行進(jìn)路徑。在完成組網(wǎng)后，若向網(wǎng)絡(luò )中增加節點(diǎn)，則只需要對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行維護更新，更新路由表即可。
4．5 父節點(diǎn)選擇
所有從節點(diǎn)的數據都是通過(guò)父節點(diǎn)傳送到主節點(diǎn)的。父節點(diǎn)性能是路由協(xié)議的核心部分。父節點(diǎn)的選擇決定于鏈路質(zhì)量和跳數。
鏈路質(zhì)量是兩節點(diǎn)間的雙向鏈路通信質(zhì)量。以?xún)上噜徆濣c(diǎn)A、B為例。在網(wǎng)絡(luò )廣播信息中，節點(diǎn)A向節點(diǎn)B發(fā)送多組數據，則B節點(diǎn)的接收成功率為：


協(xié)議進(jìn)一步采用加權唯一平均的方法計算最終的鏈路質(zhì)量估計值，進(jìn)而減小鏈路質(zhì)量評估的抖動(dòng)。令新的鏈路估計值為NEWEST，所占比例為μ=25％，則原先的作戰比例為(1-μ)，最終的鏈路質(zhì)量估計值為：

跳數HOPNU為節點(diǎn)到主節點(diǎn)的總共轉發(fā)次數。在網(wǎng)絡(luò )中，由于鏈路質(zhì)量的原因，節點(diǎn)的父節點(diǎn)可能丟失。在進(jìn)行父節點(diǎn)選取時(shí)，為了保證父節點(diǎn)的質(zhì)量，通常選用SEDEST>0．1，RCVEST>0．1和EST>0．16的鏈路質(zhì)量，這樣不至于鏈路質(zhì)量過(guò)低而不穩定。然后在相鄰節點(diǎn)中先判斷跳數最小，再判斷鏈路通信質(zhì)量選擇父節點(diǎn)。

結語(yǔ)
本系統采用的STM32L152主控芯片和SI4432無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片都屬于低功耗高集成芯片，降低了系統的功耗。其中STM32L152是Cortex-M3微控制器，提高了系統的性能；主節點(diǎn)帶有硬件備份提高了系統的可靠性；LPES路由協(xié)議技術(shù)提高系統的通信效率，使系統拓展方便。本系統適合于工業(yè)現場(chǎng)數據采集、小區數據采集、醫院病房監控、農業(yè)現場(chǎng)數據采集等一些短距離的通信應用。功能模塊化和網(wǎng)絡(luò )可拓展化，使系統便于功能的更新和節點(diǎn)的拓展。