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

2.2.3 路由修復
數據傳輸時(shí)，每個(gè)節點(diǎn)收到數據后，都要先回復應答ACK信號給其前一個(gè)節點(diǎn)，再轉發(fā)至下一個(gè)中繼節點(diǎn)，節點(diǎn)中設置超時(shí)定時(shí)器，約等待1 633 μs ACK信號，前一個(gè)節點(diǎn)沒(méi)有收到ACK，則重發(fā)數據，設置重發(fā)次數為3。假若重發(fā)3次都沒(méi)有收到ACK信號，則判斷下一個(gè)節點(diǎn)為中斷節點(diǎn)。查詢(xún)緩存路由中是否有其他到達中斷節點(diǎn)下游節點(diǎn)的信息，有則使用這個(gè)備用路由，無(wú)則廣播發(fā)送RERR給所有包含中斷節點(diǎn)路由的源節點(diǎn)，每個(gè)節點(diǎn)在收到該RERR后，就會(huì )從它的路由緩存中刪除所有包含該中斷節點(diǎn)的路由。
路由修復示例如圖5所示。節點(diǎn)0需要發(fā)送數據給節點(diǎn)5，節點(diǎn)0中含有到節點(diǎn)5的路由信息，0→1→2→5；節點(diǎn)0開(kāi)始發(fā)送RTS，每個(gè)節點(diǎn)收到RTS后返回給前一個(gè)節點(diǎn)ACK，表示路由無(wú)中斷；假若節點(diǎn)1沒(méi)有收到ACK，重發(fā)3次后仍沒(méi)有ACK返回，則判斷節點(diǎn)2是中斷節點(diǎn)；這時(shí)查詢(xún)節點(diǎn)1中有無(wú)到達節點(diǎn)5的路由，發(fā)現1→3→4→5，則按照此路由繼續發(fā)送RTS；當節點(diǎn)1返回DATA_ACK，表示數據傳輸完成，延遲10×跳數(ms)后，廣播發(fā)送RRER，收到RRER的每個(gè)節點(diǎn)查詢(xún)本節點(diǎn)是否含有中斷路由，有則從路由緩存中刪除包含中斷節點(diǎn)的路由。

3 試驗結果
試驗網(wǎng)絡(luò )系統由10個(gè)普通節點(diǎn)和1個(gè)協(xié)調器節點(diǎn)組成，采用人工隨機安放的方式把所有節點(diǎn)放置在約200 m的空曠地帶。首先，把協(xié)調器節點(diǎn)通過(guò)串口與主控PC機連接，打開(kāi)上位機控制軟件，并給協(xié)調器節點(diǎn)上電；隨后在隨機放置普通節點(diǎn)的同時(shí)一一打開(kāi)節點(diǎn)的電源。
通過(guò)上位機軟件可以清楚地看到，每當有新節點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò )(打開(kāi)電源)，上位機會(huì )實(shí)時(shí)顯示出新加入節點(diǎn)的地址和路由信息，并且通過(guò)反向路由返回應答信號給新節點(diǎn)，表示成功加入網(wǎng)絡(luò )。當所有節點(diǎn)都加入網(wǎng)絡(luò )后，可以通過(guò)上位機軟件看到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)節點(diǎn)的路由信息，并且可以對每個(gè)節點(diǎn)或多個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行遠程控制。
為了實(shí)時(shí)監測到每個(gè)節點(diǎn)的運行情況，每個(gè)節點(diǎn)程序都加入定時(shí)掃描程序，定時(shí)時(shí)間1 min，檢測節點(diǎn)本身在1 min內是否為空閑狀態(tài)，如果是空閑狀態(tài)，則向協(xié)調器節點(diǎn)發(fā)送節點(diǎn)信號，保證本鏈路無(wú)中斷；協(xié)調器在一定時(shí)間周期內，檢測接收到的每個(gè)節點(diǎn)信號，如果缺少某個(gè)節點(diǎn)的信息，則由協(xié)調器發(fā)送檢測信號給這個(gè)節點(diǎn)，尋找中斷節點(diǎn)并進(jìn)行路由維護。也可以直接通過(guò)主控電腦的上位機軟件手動(dòng)發(fā)送檢測信號給每個(gè)節點(diǎn)，從而檢測每個(gè)節點(diǎn)的運行情況。
nRF905的空中傳輸速率峰值為100 kb/s，有效傳輸速率為50 kb/s。
通過(guò)上位機軟件對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連續數據傳輸試驗，測試在本協(xié)議下的網(wǎng)絡(luò )吞吐率。測試條件：200 m空曠地帶，分別測試一個(gè)節點(diǎn)至10節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )中點(diǎn)對點(diǎn)，1跳、2跳、3跳情況下的吞吐率，數據包大小32 B。傳輸要求一個(gè)包到達目的節點(diǎn)后返回到應答表示傳輸完成，其吞吐率計算[6]如下：

測得的網(wǎng)絡(luò )吞吐率如圖6所示?？梢钥闯?，網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的數據傳輸，吞吐率約為16 kb/s，并且隨著(zhù)節點(diǎn)數的增多，影響很??；隨著(zhù)跳數的增加，網(wǎng)絡(luò )吞吐率降低，但是網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)數量增多，同時(shí)節點(diǎn)傳輸幾率增加，因此逐漸趨于穩定值。最后在網(wǎng)絡(luò )設定最大跳數(3跳)、10個(gè)節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )的情況下，網(wǎng)絡(luò )吞吐率約為4 kb/s。

通過(guò)實(shí)驗測得數據表明，在短距離的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )中，該系統可以穩定可靠地運行，數據傳輸率高，網(wǎng)絡(luò )吞吐率完全可以達到一般的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的要求。并且該系統具有良好的擴展性、移植性和實(shí)用性，可廣泛運用于溫度、濕度、光傳感器采集數據、能量監測及電路控制等技術(shù)。
參考文獻
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