實現(xiàn)LED路燈網絡的智能監(jiān)控

　　(2)參數(shù)包

　　圖3(b)所示，為LED路燈網絡節(jié)點上傳的參數(shù)包格式?？刂乒?jié)點可采用定時輪詢或即時查詢方式獲取網絡內各LED節(jié)點的狀態(tài)參數(shù)，如電流值、發(fā)光亮度值等，各LED節(jié)點只有在接到讀取參數(shù)的命令后才會向控制節(jié)點發(fā)送參數(shù)包。參數(shù)包各字段定義如下：

　　包類型：為2;

　　源地址：為上傳參數(shù)LED節(jié)點的地址;

　　包序列號：為上傳參數(shù)LED節(jié)點發(fā)出的參數(shù)包編號;

　　接力模式：由于只有在節(jié)點收到讀取狀態(tài)參數(shù)命令后才會發(fā)送參數(shù)包，因此，參數(shù)包的接力模式由命令包的接力模式確定;

　　狀態(tài)標志：為0，表示對應LED節(jié)點無故障;為1，表示對應節(jié)點有故障;為2，表示對應節(jié)點及后繼節(jié)點有故障;

　　狀態(tài)參數(shù)1-3：為LED節(jié)點的有關參數(shù)，如電流值、電壓值以及LED的發(fā)光亮度值等。

　　(3)應答確認包

　　圖3(c)所示，為應答確認包格式。為了實現(xiàn)可靠傳輸，每個節(jié)點在收到命令包或參數(shù)包后需要發(fā)送應答確認信息包。如果信息包的發(fā)送(轉發(fā))方在設定的時間內沒有收到應答確認包，則會啟動對該信息包的重新發(fā)送。應答確認包各字段的數(shù)值定義如下：

　　包類型：為3;

　　節(jié)點地址：發(fā)出確認應答包節(jié)點的地址。

　　確認類型：收到信息包的包類型;

　　確認號：為節(jié)點收到信息包的包序列號;

　　2.2網絡路由協(xié)議

　　LED路燈傳感網絡路由協(xié)議的核心是各節(jié)點對信息包的轉發(fā)機制。由于每一個節(jié)點的信號覆蓋范圍有限，其信息只能向鄰近的節(jié)點發(fā)送，如要將信息送往遠處節(jié)點則只能依賴中間節(jié)點的多次轉發(fā)。根據(jù)前述1.2定義的條件，節(jié)點轉發(fā)信息包可以分為三種模式，即單跳接力模式，雙跳接力模式和變跳接力模式，各LED節(jié)點將根據(jù)信息包中接力模式字段的定義進行選擇。

　　2.2.1單跳接力模式

　　圖2(a)所示，為單跳接力模式的拓撲結構圖。它是一個比較簡單的轉發(fā)模式，要求每個節(jié)點無線信號覆蓋的半徑范圍大于節(jié)點間距L即可，信息包只需往鄰近的前驅節(jié)點或后繼節(jié)點轉發(fā)。在這種模式下，節(jié)點處理收到信息包的方法如下：

　　①節(jié)點接收一個命令包(如圖3(a))后，向前驅節(jié)點發(fā)送接收確認應答包;將命令包中的跳數(shù)減1;比較節(jié)點自身地址(NA)與命令包中目標地址的大小，相等則執(zhí)行包中的命令且無須轉發(fā)命令包，不等則向后繼節(jié)點轉發(fā)該包;如果是廣播命令(目標地址值為0xffff)，既在本節(jié)點執(zhí)行該命令同時也向后繼節(jié)點轉發(fā)該命令包。轉發(fā)時的路由地址為：NA+1.當命令包傳送到網絡中的最后一個LED節(jié)點時，跳數(shù)減1后將為0，包將不再被轉發(fā)。

　?、诠?jié)點接收到參數(shù)包(如圖3(b))后，只需向后繼節(jié)點發(fā)送接收確認包和向前驅節(jié)點轉發(fā)，轉發(fā)參數(shù)包的路由地址為：NA-1.

　?、酃?jié)點收到命令包或參數(shù)包后，必須發(fā)送接收確認包(如圖3(c))，當收到命令包時，確認類型值為1，發(fā)送應答確認包的路由地址為NA-1;當收到參數(shù)包時確認類型值為2，發(fā)送應答確認包的路由地址為NA+1.

　　2.2.2雙跳接力模式

　　圖2(b)所示，為雙跳接力模式的拓撲結構圖。這種模式要求每一個節(jié)點的無線信號覆蓋半徑范圍≥2L.從圖2可知，雙跳接力模式每次跨越兩個節(jié)點，傳送信息包到指定節(jié)點的轉發(fā)次數(shù)比單跳接力模式要少一半，因此其傳送時延也要小。在雙跳接力模式下，將整個網絡所有LED節(jié)點按照其地址值的奇偶性分成2個接力鏈，即奇地址節(jié)點鏈和偶地址節(jié)點鏈。控制節(jié)點發(fā)送廣播命令時，需要針對奇地址節(jié)點鏈和偶地址節(jié)點鏈分別發(fā)送，命令信息包分別在奇地址節(jié)點鏈和偶地址節(jié)點鏈上同時傳播。在雙跳接力模式下，節(jié)點處理收到信息包的方法如下：

　?、俟?jié)點接收到命令包后的處理方法與單跳接力模式基本相同，但包轉發(fā)時的路由地址變?yōu)椋篘A+2.

　?、谕瑯庸?jié)點接收到數(shù)據(jù)包后的處理方法也與單跳接力模式基本相同，只是在包轉發(fā)時的路由地址變?yōu)椋篘A-2.

　?、酃?jié)點收到命令包或參數(shù)包后，必須發(fā)送接收確認包，當收到命令包時，確認類型值為1，發(fā)送應答確認包的路由地址為NA-2;當收到參數(shù)包時確認類型值為2，發(fā)送應答確認包的路由地址為NA+2.

　　無論是單跳接力模式還是雙跳接力模式，節(jié)點發(fā)送命令信息包或參數(shù)信息包后，在規(guī)定的時間內未收到確認信息包，則需要重發(fā)，重發(fā)次數(shù)一般不超過3次。

　　2.2.3變跳接力模式

　　變跳接力模式實際上是單跳接力模式和雙跳接力模式的一種補充，主要用于下一跳節(jié)點出現(xiàn)通信故障時。在單跳接力模式或雙跳接力模式工作時，如果在多次重發(fā)后仍收不到下一跳節(jié)點的應答確認信息包，說明下一跳節(jié)點出現(xiàn)了通信故障。這時通過改變接力模式，由單跳變雙跳或者由雙跳變單跳可以繞開下一跳有通信故障的節(jié)點，繼續(xù)信息包的接力傳送。同時，將故障節(jié)點的相關信息反饋到控制節(jié)點。變跳接力模式要求每一個節(jié)點的無線信號覆蓋半徑范圍≥2L.變跳接力模式分為兩種情況：

　　(1)初始傳送為單跳接力模式

　　設LED節(jié)點i的地址為NAi，當LED節(jié)點i以單跳模式轉發(fā)命令包(或參數(shù)包)時，即使重發(fā)，仍然收不到LED節(jié)點i+1(或i-1)的確認包，于是斷定下一跳節(jié)點出現(xiàn)故障。這時如果傳送的是命令包則從①開始執(zhí)行，如果傳送的是參數(shù)包則執(zhí)行②，因為故障節(jié)點在傳命令包時已遇上，傳送參數(shù)包時遇故障節(jié)點無須重復報告故障信息。

　?、貺ED節(jié)點i向控制節(jié)點報告故障節(jié)點信息。此時，節(jié)點i向控制節(jié)點發(fā)送參數(shù)包，包的狀態(tài)參數(shù)置為1，源地址為故障節(jié)點的地址，即NAi+1，發(fā)送參數(shù)包的路由地址為NAi-1.

　　②改變接力模式為雙跳模式，將信息包轉發(fā)給節(jié)點i+2(或i-2)，以繞開故障節(jié)點，路由地址為NAi+2(或NAi-2)，若能收到應答確認包，則本節(jié)點轉發(fā)完成，否則說明遇上了兩個或兩個以上連續(xù)故障節(jié)點，需繼續(xù)執(zhí)行③。

　?、廴绻藭r傳送的是命令包，則LED節(jié)點i需向控制節(jié)點報告故障節(jié)點狀態(tài)信息，狀態(tài)參數(shù)包的狀態(tài)標志置為2，源地址為故障節(jié)點的地址，即NAi+2，發(fā)送參數(shù)包的路由地址為NAi-1.隨后，轉發(fā)中止。

　　(2)初始傳送為雙跳接力模式

　　當LED節(jié)點i(地址為NAi)欲以雙跳接力模式轉發(fā)命令包(或參數(shù)包)時，必須對包進行分析，根據(jù)接力模式字段的值為2或3，可以判定當前為偶地址鏈或奇地址鏈接力模式。當NAi的值為奇數(shù)，跳變模式為奇鏈，或者NAi的值為偶數(shù)，跳變模式為偶鏈時，執(zhí)行如下步驟①;當NAi的值為奇數(shù)，跳變模式為偶鏈，或者NAi的值為偶數(shù)，跳變模式為奇鏈時，執(zhí)行如下步驟②;

　　①節(jié)點i以雙跳接力模式轉發(fā)命令包(或參數(shù)包)，路由地址為NAi+2(或NAi-2)，如果收不到應答確認，則下一跳節(jié)點出現(xiàn)故障。如果這時轉發(fā)的是命令包，則需向控制節(jié)點報告故障，往其前驅節(jié)點i-2發(fā)送故障信息參數(shù)包，路由地址為NAi-2，故障信息參數(shù)包的源地址(即故障節(jié)點的地址)為NAi+2，狀態(tài)標志為1.同時，改用單跳接力模式將信息包轉發(fā)給節(jié)點i+1(或i-1)，以繞開故障節(jié)點，轉發(fā)的路由地址為NAi+1(或NAi-1);若能收到確認包，則本節(jié)點轉發(fā)完成，否則執(zhí)行③;

　　②節(jié)點i改為單跳接力模式轉發(fā)命令包(或參數(shù)包)，路由地址為NAi+1(或NAi-1)，若能收到確認包，則本節(jié)點轉發(fā)完成，否則，再改用雙跳接力模式轉發(fā)，將信息包轉發(fā)給節(jié)點i+2(或i-2)，以繞開故障節(jié)點，轉發(fā)的路由地址為NAi+2(或NAi-2);若能收到確認包，則本節(jié)點轉發(fā)完成，否則執(zhí)行③;

　?、壅f明遇上了兩個或兩個以上連續(xù)故障節(jié)點，LED節(jié)點i需向控制節(jié)點報告故障節(jié)點信息。此時，節(jié)點i向控制節(jié)點發(fā)送故障參數(shù)包的狀態(tài)標志為2，源地址為故障節(jié)點的地址，即NAi+1，發(fā)送參數(shù)包，路由地址為NAi-1.隨后轉發(fā)中止。

　　上述變跳接力模式能解決分散的單個通信故障節(jié)點接力傳送問題。但當網絡中出現(xiàn)連續(xù)2個或2個以上通信故障節(jié)點時，則只能報告故障節(jié)點位置而不能再繼續(xù)接力傳送。若要解決連續(xù)多故障節(jié)點的問題，既需要改變接力算法，也需要各節(jié)點的無線信號覆蓋半徑范圍更大。