TinyOS移植技術分析及在CC2430平臺的應用

各節(jié)點發(fā)送到協調器的測量數據為一個16位的正整數值，協調器每接收到一個測量數據，即通過RS232接口電路將該數據傳輸至PC機，協調器的硬件框圖如圖8所示。
4．3 節(jié)點與協調器之間的通信協議
節(jié)點使用無線射頻技術(RFID)與協調器進行通信。隨著技術的發(fā)展，RFID技術已經成為人們日常生活中一個重要工具。但RFID技術也存在一些技術問題需要解決，其中標簽防碰撞問題(Anti—collision)是RFID技術的關鍵問題之一。當多個節(jié)點同時向協調器發(fā)送信號時，要防止信號的碰撞。為解決這一問題，有空分多址、頻分多址、碼分多址和時分多址4種方法。文中選用基于CSMA／CA協議的無線射頻防碰撞算法。
CSMA算法是傳統TDMA(Time Division Multiple Access，動態(tài)時分多址)的調度分配算法ALOHA的改進。傳統的ALOHA算法在標簽視圖發(fā)送數據是，并不考慮信道當前的忙閑狀態(tài)，完全隨機接入?？梢钥吹?。這種算法有很大的盲目性，當存在大量節(jié)點或信息量過大時，會使信道重疊現象加劇，數據碰撞頻繁出現，傳輸性能嚴重下降。為解決這一問題，提出了在發(fā)送數據前，對信道進行偵聽，這就是廣泛使用的CSMA算法。CSMA算法的基本思路是：
(1)標簽產生新的數據，等待發(fā)送。
(2)偵聽信道是否空閑，若空閑則發(fā)送數據，發(fā)送完成后返回第一步；若信道正忙則產生一個隨機數，進入延時操作。假定隨機數的取值范圍為min～max之間，初始化時，值為min，每次重傳，隨機數逐漸增大，當達到max值時保持不變。沒成功傳輸之后，回復到初始值min。
(3)延時操作結束后，返回步驟(2)。
由于無線網絡的特殊性，很難確實地偵聽是否有碰撞發(fā)生，所以采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問即CSMA／CA算法。標簽發(fā)送數據前，先發(fā)送一段請求發(fā)送幀RTS(Request to Send)給目標端，等待目標端回應的清除發(fā)送幀CTS(Clear to Send)后，才開始傳送。通過RTS與CTS的握手(handshake)避免發(fā)送數據時發(fā)生碰撞。
4．4 實驗與結果分析
協調器與節(jié)點上電后，即可實現自動組網。組網成功后，節(jié)點可將采樣到的數據發(fā)送給協調器，協調器接收信號，一方面會觸發(fā)自身的LED燈閃爍，同時通過RS232接口電路將采集到的數據通過串口發(fā)送給PC機。實驗結果如圖9所示。

每個節(jié)點與協調器上均設置有控制按鈕，用于通信的驗證與控制。在節(jié)點上，每按一次按鈕采集一個數據，同時將該數據發(fā)送到協調器。這些過程，通過實驗得到了有效的驗證。在PC機上，通過串口助手軟件來觀察接收的數據。其中，通信的波特率設置為9600bit·s-1，PC機屏幕上顯示信息如圖10所示。其中Device表示節(jié)點ID，最后的數值是經過處理的節(jié)點的探測值。這里使用兩個節(jié)點均置于室內環(huán)境，其中一個用不透光的黑膠帶遮蓋住傳感器的光敏元件?？梢钥吹?，協調器共接收到了兩個節(jié)點的信號，兩個信號的值均比較平穩(wěn)，其中一個節(jié)點的采樣值明顯大于另一個，與實際情況相符。實驗證明系統各項功能運行良好，網絡通信穩(wěn)定。

5 結束語
在對TinyOS操作系統詳細分析的基礎上，提出了TinyOS的移植方法以及具體實現過程，并將其移植于CC2430硬件平臺。其中移植的功能模塊包括UART通信、定時器和RF無線射頻通信等。實驗結果表明，移植后的TinyOS可以健壯地運行于CC2430平臺，并能可靠地實現傳感器之間的無線組網。該系統可作為一個原型，經進一步性能完善或部分功能擴充即可實現實際應用。