無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )底層平臺的深層研究
加入技術(shù)交流群
封裝好后把數據寫(xiě)入TXFIFO中，注意CC2520發(fā)送緩沖區為128字節，不能超出這個(gè)范圍，否則會(huì )引發(fā)TXOVERFLOW異常。然后，打開(kāi)接收數據中斷后才能調用發(fā)送命令發(fā)送數據，在這里可以對發(fā)送過(guò)程進(jìn)行完全的控制，比如在發(fā)送數據的過(guò)程中，可以通過(guò)捕獲SFD引腳的上升沿信號來(lái)對發(fā)送準確計時(shí)。發(fā)送數據后等待接收方回復ACK，如果在規定時(shí)間內沒(méi)有收到ACK，則判定重傳次數是否超過(guò)最大重傳次數，沒(méi)有的話(huà)則按照一定策略退避一段時(shí)間后再重新發(fā)送這個(gè)數據包，如果超過(guò)最大重傳次數則丟棄這個(gè)包，并設置發(fā)送失敗標志供上層程序參考。如果在規定時(shí)間內收到ACK，則會(huì )觸發(fā)RX_FRMDONE中斷，會(huì )調用basicRfRxFrmDonelsr()接收數據中斷處理程序對收到的ACK包進(jìn)行分析，如果是對剛發(fā)送包的正確回復，則表示發(fā)送成功，更新相應信息，例如發(fā)送序列號加1，更新發(fā)送狀態(tài)，清除TX_FRM_DONE異常等。
接收過(guò)程和發(fā)送過(guò)程類(lèi)似，具體接收流程如圖3所示。
2 測試
2．1 測試方法
測試的每個(gè)節點(diǎn)都通過(guò)一根串口線(xiàn)連接到PC。在測試程序中添加測試代碼，把測試節點(diǎn)發(fā)送和接收的MAC(Media Access Contro1)層數據信息通過(guò)串口發(fā)送到PC上。然后通過(guò)PC上的串口調試助手顯示出來(lái)。對這些數據信息進(jìn)行分析便可以知道節點(diǎn)上各模塊程序的運行情況。
2．2 測試過(guò)程及結果
通過(guò)分析群首節點(diǎn)廣播數據幀到群中終端節點(diǎn)的過(guò)程來(lái)判斷底層模塊的運行情況。群首節點(diǎn)A和群中終端節點(diǎn)(B、C、D)都通過(guò)串口線(xiàn)連接到PC上。群網(wǎng)絡(luò )號為0x0001，節點(diǎn)A、B、C、D地址分別為：0x0001、0x0002、0x0003、0x0004。A通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送廣播數據到B、C、D，并把發(fā)送數據發(fā)送到PC顯示，最后把接收到的ACK回復幀也發(fā)送到PC顯示；B、C、D通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊接收到A發(fā)過(guò)來(lái)的數據，按自己節點(diǎn)地址大小進(jìn)行延時(shí)后對接收數據幀進(jìn)行回復，并把接收數據幀和回復ACK幀通過(guò)串口發(fā)送到PC顯示。
圖4為群首節點(diǎn)發(fā)送數據幀和接收ACK幀的過(guò)程。協(xié)議棧MAC層幀的封裝格式按照IEEE 802．15．4標準。從圖4可以看出：第一個(gè)框中為發(fā)送節點(diǎn)發(fā)送數據幀，后面三個(gè)框中為接收到的終端節點(diǎn)回復的ACK幀。按照IEEE Std 802．15．4—2006標準中的幀封裝格式，發(fā)送窗口顯示的第一個(gè)字節為物理層數據長(cháng)度。后面緊跟的是FCF(Frame Control Field幀控制字段，占2字節)，對發(fā)送可信廣播數據幀為0x8801。參考標準手冊中FCF設置，可以看出對數據幀的設置如下：節點(diǎn)地址和網(wǎng)絡(luò )地址都采用16位；在幀中同時(shí)包括源網(wǎng)絡(luò )ID、源節點(diǎn)地址、目的網(wǎng)絡(luò )ID、目的節點(diǎn)地址；需要ACK幀確認；沒(méi)有采用安全設置。后面是DSN(1字節)，這是傳輸的第一個(gè)幀，所以設置為0x01。后面為目的網(wǎng)號0x0001(占2字節)。后面為目的節點(diǎn)地址0xFFFF(占2字節)，這是廣播地址，當CC2520發(fā)現目的節點(diǎn)地址為廣播地址時(shí)，便向所有節點(diǎn)傳輸廣播幀。后面為源網(wǎng)絡(luò )號0x0001(占2字節)。后面為源節點(diǎn)地址0x0001(占2字節)。因為這是同一個(gè)網(wǎng)段中的群首向終端節點(diǎn)發(fā)送廣播幀，所以目的網(wǎng)絡(luò )號和源網(wǎng)絡(luò )號相同。后面接著(zhù)的2字節為MAC層數據，為了測試簡(jiǎn)單，測試時(shí)只發(fā)送了2字節的數據(1和2，ASCALL碼為0x31和0x32)?？尚艔V播幀要求接收節點(diǎn)回復ACK幀，后面三個(gè)框中數據分別是節點(diǎn)B、C、D回復的ACK幀?；貜蛶母袷胶蛿祿脑O置情況類(lèi)似，區別是回復幀的FCF為0x8802，表示是回復幀且不需要確認，回復幀中沒(méi)有數據字段，且回復幀中的目的網(wǎng)絡(luò )號、目的地址為接收數據幀中的源網(wǎng)絡(luò )號、源地址。
圖5為接收節點(diǎn)B的接收數據幀。從圖中可以看出，第一個(gè)框中為接收到的可信廣播數據幀，第二框中數據為發(fā)送的ACK幀。接收窗口中前面的數據和發(fā)送窗口中數據一樣。不一樣的是最后的2字節(具體解釋請參考3．5節CC2520接收過(guò)程)。接收節點(diǎn)解析目的地址，發(fā)現是廣播地址，需要再檢查FCF字段中的Ack Request是否為1，如果為1，則需要回復ACK幀。為了避免群中節點(diǎn)收到可信廣播數據幀，同時(shí)回復ACK幀造成信道碰撞，回復ACK幀的時(shí)候按照自己節點(diǎn)地址大小延時(shí)發(fā)送。群中其他節點(diǎn)(C、D)的接收串口顯示數據和節點(diǎn)B的類(lèi)似，這里就不再詳細說(shuō)明。
結語(yǔ)
從測試的結果看，發(fā)送節點(diǎn)通過(guò)CC2520發(fā)送的數據能被接收，節點(diǎn)正確接收并通過(guò)串口發(fā)送到PC。這說(shuō)明論文介紹的各個(gè)模塊都能夠正確穩定地工作。通過(guò)這些底層模塊的協(xié)同工作，為上層操作系統和協(xié)議棧提供了通信的基礎服務(wù)。本論文只是簡(jiǎn)單地完成了各模塊的功能，還有很多可以改進(jìn)的地方，比如，可以在CC2520通信過(guò)程中加入精確的時(shí)序控制，為上層提供更好的服務(wù)。
評論