CSMA協(xié)議在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的實(shí)現

　　1.2　信道監測的設計

　　CC2420提供了一項CSMA2CA的功能，稱(chēng)為CCA（ClearChannelAssessment,空閑信道評估），它使用一個(gè)寄存器來(lái)設置閾值。當CC2420收到CCA命令后，就開(kāi)始采樣RSSI值，只有采樣到的RSSI值小于寄存器中的閾值時(shí)才允許發(fā)送數據。CCA雖然實(shí)現了信道監測的基本功能，但是也有其自身的缺點(diǎn)：不夠靈活且開(kāi)放程度不夠，只能進(jìn)行一次完整的通道監測，并不能設置采樣次數。

　　這就限制了它在其他協(xié)議中的使用，例如在LPL（LowPowerListening,低功耗偵聽(tīng)）協(xié)議中，只需要進(jìn)行一次采樣作為偵聽(tīng)。另外，它的判定機制并不夠完善，只有一個(gè)閾值，因而開(kāi)發(fā)者難以找到合適的閾值。

　　本文參照CCA的閾值機制，設置上下閾值并利用CC2420讀取RSSI采樣值的命令，用軟件來(lái)完成信道監測工作。本文使用的信道監測及判定的基本原理就是：先設置兩個(gè)適當的信號強度閾值，一個(gè)是最小信號強度minSignal,其含義是信道中有數據發(fā)送時(shí)的最小信號強度值；另一個(gè)是噪聲強度noiseStrength,其含義是信道空閑時(shí)的信號強度值。然后物理層在一段時(shí)間內不斷地進(jìn)行RSSI采樣，并把采樣結果按照某種規則（在實(shí)現中有具體說(shuō)明）與閾值進(jìn)行比較，從而得到信道的活動(dòng)狀態(tài)。而且為了更準確地反映信道狀態(tài)，在不能判斷信道活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，還應有擴展采樣機制。

　　另外，這兩個(gè)信號強度閾值并不是一直不變的，它們必須根據信道一段時(shí)期的信號強度情況來(lái)動(dòng)態(tài)更新，因此本文還實(shí)現了一種閾值更新機制，它能根據當前的信道信號強度和一些強度統計信息來(lái)動(dòng)態(tài)地更新閾值。

　　從接口上看，物理層的信道監測只是提供給MAC層的CSMA協(xié)議一個(gè)探測信道的接口。為了設計一個(gè)靈活的信道探測接口給上層，就必須給上層一些調整的接口，例如可以讓上層來(lái)設定具體某次監測的采樣次數，這樣上層就可以根據不同的實(shí)際情況來(lái)設定采樣數。

　　圖2為物理層信道監測提供的接口與MAC層CSMA的關(guān)系簡(jiǎn)圖。

　　2　信道監測的實(shí)現

　　2.1　信道活動(dòng)狀態(tài)判斷的基本規則

　　采樣得到的RSSI值是一個(gè)有符號的振幅值，它只有一個(gè)字節。這樣的值并不利于分析，所以統一將其值上升128,即對讀出的RSSI值統一加上128,因此轉換后的值都是為正的，后面提到的RSSI值指的都是轉換后的值。

　　假設上層設定信道采樣窗口數為N。為了完成連續的N次采樣，需要使用一個(gè)采樣定時(shí)器。CC2420的RSSI采樣時(shí)間約為128μs,再加上硬件延遲以及軟件處理延遲時(shí)間，采樣定時(shí)器設置為1ms循環(huán)觸發(fā)（這1ms的采樣在CSMA中稱(chēng)為“采樣窗口”）。每次定時(shí)器觸發(fā)后，就向CC2420發(fā)送命令讀取當前信道的RSSI值，然后采用如下規則進(jìn)行信道活動(dòng)狀態(tài)判斷：

　?、偃绻蓸拥降腞SSI值大于等于閾值minSignal,那么就判定信道正被其他節點(diǎn)使用，即使采樣未滿(mǎn)N次也不再采樣，并立即通知上層協(xié)議信道正被使用。反之如果該次采樣監測緄鬧敵∮諢虻扔minSignal,那么本次采樣不做任何判斷，繼續下次的采樣。

　?、谌绻恢辈蓸拥阶詈?，且最后一次的RSSI值小于noiseLevel（噪聲強度），那么就判定信道為空閑，并給出修改閾值標志，通知上層可以發(fā)送數據。注意，只要判定為信道空閑，就要給出更新閾值標志，原因將在后面的閾值維護中說(shuō)明。

　　如上所述，只要采樣值大于等于minSignal,就判定信道是繁忙的，而判定信道空閑時(shí)卻要求所有的采樣都小于minSignal,且最后一次的采樣值要小于noiseLevel。然而上面兩個(gè)規則并不完善，并不能處理任何情況，以下兩種情況就不能得出結論：最后一次采樣绱礱揮械玫RSSI值，或者最后一次采樣的RSSI值介于noiseLevel和min2Signal之間。此時(shí)就必須使用擴展規則。