基于nRF905的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 路由協(xié)議
現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議通?？煞譃椋罕眚?qū)動(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(jié)點(diǎn)維護(hù)一張或多張路由表，以記錄到其他節(jié)點(diǎn)的路由，增加了路由開銷。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(shù)據(jù)分組的幀頭中包含整條路由的信息，中間節(jié)點(diǎn)不需要維持當(dāng)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(jié)點(diǎn)的檢測(cè)。
DSR協(xié)議包括兩個(gè)過(guò)程：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)。路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程使用泛洪路由(Flooding Routing)。為了減少路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程的開銷，每一個(gè)節(jié)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(hù)過(guò)程是源節(jié)點(diǎn)用來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫欠癜l(fā)生變化的機(jī)制。若拓?fù)浒l(fā)生變化、源路由發(fā)生中斷，源節(jié)點(diǎn)就會(huì)收到路由錯(cuò)誤信息。其他節(jié)點(diǎn)收到路由錯(cuò)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(tǒng)中的路由協(xié)議采用DSR協(xié)議，并對(duì)DSR協(xié)議進(jìn)行一些改進(jìn)。
(1)每個(gè)節(jié)點(diǎn)中到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)含有最多兩個(gè)路由緩存。
(2)查到中斷節(jié)點(diǎn)后先檢查本節(jié)點(diǎn)中有無(wú)到中斷節(jié)點(diǎn)下級(jí)節(jié)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(jié)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(tǒng)通信協(xié)議格式如表1所示。其中，F(xiàn)RAME_TYPE表示命令幀類型，SOURCE_ADDR表示源地址，F(xiàn)IRE_ADDR表示目的地址，MID表示路由節(jié)點(diǎn)地址，REMIAN表示最大跳數(shù)下剩余跳數(shù)，MAX表示最大跳數(shù)，DATA表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，ODD代表奇校驗(yàn)。

2.2 程序設(shè)計(jì)
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(cè)多路訪問(wèn)機(jī)制CSMA/CA，發(fā)送前先進(jìn)入接收模式，監(jiān)聽該信道是否空閑。如果檢測(cè)到CD信號(hào)為高，則表示該信道被占用，根據(jù)退避延時(shí)一段時(shí)間，再檢測(cè)CD信號(hào)是否為高。
而根據(jù)檢測(cè)，數(shù)據(jù)包接收的時(shí)間大致為20 μs，時(shí)隙為60 μs，加上程序運(yùn)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(shù)(NB)：NB的初始值為0，當(dāng)設(shè)備有數(shù)據(jù)要傳送時(shí)，經(jīng)過(guò)一段后退時(shí)間(2BE-1)×100 μs后，檢測(cè)CD，若檢測(cè)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(dāng)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)大開銷。
嘗試次數(shù)(CW)：循環(huán)判斷當(dāng)前頻道是否空閑，當(dāng)判斷到了一定次數(shù)后該頻道依然空閑則跳出循環(huán)，開始傳送數(shù)據(jù)，設(shè)初值為2。
后退指數(shù)(BE)：初值設(shè)為2。
本設(shè)計(jì)中，CD信號(hào)為高時(shí)必須通過(guò)切換至standby模式來(lái)使CD信號(hào)復(fù)位，以保證下次CD信號(hào)的檢測(cè)。
根據(jù)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(yuǎn)大于時(shí)隙及DIFS的值。因此，BE設(shè)置為2，最大為4。
2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸
在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，源節(jié)點(diǎn)首先檢查自己的緩存中是否有到目的節(jié)點(diǎn)的路由信息，如果沒(méi)有，則先進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，與廣播模式相同。如果有至目的節(jié)點(diǎn)的路由信息，則根據(jù)路由信息，先發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令RTS。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)接收到返回的允許發(fā)送命令CTS信號(hào)時(shí)，則表示已經(jīng)建立了數(shù)據(jù)傳輸通道，由請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)開始傳輸數(shù)據(jù)，傳輸完畢后，由目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA_ACK給源節(jié)點(diǎn)，表示數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。其工作流程如圖4所示。