基于nRF905的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設計與實(shí)現

2.1 路由協(xié)議
現有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議通?？煞譃椋罕眚寗?dòng)式路由協(xié)議和按需路由協(xié)議。前者需要網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)維護一張或多張路由表，以記錄到其他節點(diǎn)的路由，增加了路由開(kāi)銷(xiāo)。而按需路由協(xié)議——動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議(DSR)使用了源路由，每一個(gè)數據分組的幀頭中包含整條路由的信息，中間節點(diǎn)不需要維持當前的路由信息，分組自己帶有路由信息，按需路由的特性避免了周期性路由廣播和鄰居節點(diǎn)的檢測。
DSR協(xié)議包括兩個(gè)過(guò)程：路由發(fā)現和路由維護。路由發(fā)現過(guò)程使用泛洪路由(Flooding Routing)。為了減少路由發(fā)現過(guò)程的開(kāi)銷(xiāo)，每一個(gè)節點(diǎn)都包括一個(gè)緩存器，存放最近學(xué)到的和用過(guò)的路由信息。路由維護過(guò)程是源節點(diǎn)用來(lái)檢測網(wǎng)絡(luò )拓撲是否發(fā)生變化的機制。若拓撲發(fā)生變化、源路由發(fā)生中斷，源節點(diǎn)就會(huì )收到路由錯誤信息。其他節點(diǎn)收到路由錯誤信息后刪除中斷路由，并且重新發(fā)起廣播尋找路由。
本系統中的路由協(xié)議采用DSR協(xié)議，并對DSR協(xié)議進(jìn)行一些改進(jìn)。
(1)每個(gè)節點(diǎn)中到達目的節點(diǎn)含有最多兩個(gè)路由緩存。
(2)查到中斷節點(diǎn)后先檢查本節點(diǎn)中有無(wú)到中斷節點(diǎn)下級節點(diǎn)的信息，若有，則直接使用此路由，若無(wú)，則立即廣播發(fā)送RRER。
(3)所有節點(diǎn)收到RRER后，檢查是否含有終端路由，有則刪除中斷路由。
系統通信協(xié)議格式如表1所示。其中，FRAME_TYPE表示命令幀類(lèi)型，SOURCE_ADDR表示源地址，FIRE_ADDR表示目的地址，MID表示路由節點(diǎn)地址，REMIAN表示最大跳數下剩余跳數，MAX表示最大跳數，DATA表示要傳輸的數據，ODD代表奇校驗。

2.2 程序設計
2.2.1 廣播
在廣播RREQ時(shí)，為了避免廣播沖突，利用nRF905的載波檢測多路訪(fǎng)問(wèn)機制CSMA/CA，發(fā)送前先進(jìn)入接收模式，監聽(tīng)該信道是否空閑。如果檢測到CD信號為高，則表示該信道被占用，根據退避延時(shí)一段時(shí)間，再檢測CD信號是否為高。
而根據檢測，數據包接收的時(shí)間大致為20 μs，時(shí)隙為60 μs，加上程序運行的時(shí)間，定義短幀空間SIFS和時(shí)隙分別為50 μs及100 μs，分散幀空間DIFS為SIFS加2個(gè)時(shí)隙即250 μs。CSMA/CA程序流程如圖3所示，定義NB、CW和BE。

后退次數(NB)：NB的初始值為0，當設備有數據要傳送時(shí)，經(jīng)過(guò)一段后退時(shí)間(2BE-1)×100 μs后，檢測CD，若檢測到信道忙，則會(huì )再一次產(chǎn)生倒退時(shí)間。此時(shí)NB值會(huì )加1，NB值最大定義為4。當信道在經(jīng)過(guò)4次的后退延遲時(shí)間后仍為忙，則放棄此次的傳送，以避免過(guò)大開(kāi)銷(xiāo)。
嘗試次數(CW)：循環(huán)判斷當前頻道是否空閑，當判斷到了一定次數后該頻道依然空閑則跳出循環(huán)，開(kāi)始傳送數據，設初值為2。
后退指數(BE)：初值設為2。
本設計中，CD信號為高時(shí)必須通過(guò)切換至standby模式來(lái)使CD信號復位，以保證下次CD信號的檢測。
根據nRF905模塊的時(shí)序可知，模塊從standby模式切換至接收或發(fā)送模式的時(shí)間為650 μs，發(fā)送和接收模式之間的切換需要550 μs，切換時(shí)間遠大于時(shí)隙及DIFS的值。因此，BE設置為2，最大為4。
2.2.2 數據傳輸
在進(jìn)行數據傳輸時(shí)，源節點(diǎn)首先檢查自己的緩存中是否有到目的節點(diǎn)的路由信息，如果沒(méi)有，則先進(jìn)行路由發(fā)現，與廣播模式相同。如果有至目的節點(diǎn)的路由信息，則根據路由信息，先發(fā)送數據請求命令RTS。當目的節點(diǎn)接收到返回的允許發(fā)送命令CTS信號時(shí)，則表示已經(jīng)建立了數據傳輸通道，由請求節點(diǎn)開(kāi)始傳輸數據，傳輸完畢后，由目的節點(diǎn)發(fā)送DATA_ACK給源節點(diǎn)，表示數據發(fā)送完畢。其工作流程如圖4所示。