四川無線智能照明模塊-成都定制化照明方案-貴州定制化照明方案

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2 系統軟件設計

2.1 無線傳感器網絡設計

無線傳感器網絡是由一些低功耗、低成本、體積小的傳感器節點，以無線通訊方式組成的網絡，融合傳感器技術、信息處理技術、嵌入式技術和網絡通信技術，實現信息的采集、處理、傳輸及應用，具有施工成本低、系統擴展性好、運行維護易等優點。本系統的無線網絡結構設計如下：

1）網絡拓撲

系統無線網絡采用星型結構，有基站和從站兩類節點。基站與各從站間進行雙向通信，從站互不通信。網絡中的每個節點都配有ID地址，有接收、發送兩種狀態，默認處于接收狀態。

2）MAC層協議

為避免多個從站同時向基站發送信息導致信道沖突，且照明系統對控制時延性要求不高，所以網絡MAC層采用非堅持CSMA/CA協議。通信前，節點先利用nRF905的載波檢測引腳CD信道是否空閑，若空氣中有同頻信號則CD自動置高。若信道忙碌則節點隨機延遲一段時間后再重新。

信道空閑時，節點并不立即發送，而是采取的退避機制，將信道沖突的概率降至小。因為當某從站與基站通信完畢的瞬間，可能有多個要發送數據的從站同時到信道空閑，此時信道沖突的可能性大，所以節點隨機退避一段時間后再進行發送。

這里采用二進制指數退避算法BEB，設爭用期（即節點發出數據至接收到信道沖突的時間）為2t，各站重傳次數為N,從整數集合0,1,…,(2N-1)中隨機取數，記為R。節點重傳產生的時延D為2t的R倍，即D=R×2t。

站點在發送前若檢測到信道空閑，就立即啟動退避計數器，只要信道空閑，退避計數器就遞減，若退避過程中檢測到信道被占用則暫停退避計數器并保持計數器值不變，當信道重新空閑時在原有計數值基礎上再次啟動退避計數器，當計數值減到零時節點發送數據。

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3）沖突避免策略

CSMA/CA協議只能解決發送端的數據沖突問題，但接收端仍存在數據沖突的可能，即“隱藏節點”問題。因此系統引入RTS/CTS/DATA/ACK握手機制。具體過程如下：

⑴從站向基站發送前先通過競爭方式獲得信道使用權，再向基站發送請求連接幀RTS(Request To Send)。

⑵基站收到從站的RTS幀后，向從站發送連接確認幀CTS(Clear To Send)，建立兩者之間的通信連接。

⑶從站收到基站的CTS幀后，向基站發送數據幀DATA，若沒有收到CTS幀，則重新發送RTS幀。

⑷基站收到從站的DATA幀后，向從站發送數據確認幀ACK。

⑸從站收到基站的ACK幀后，整個通信過程結束，若沒有收到,則重新發送DATA。

圖4 從站流程圖

圖5 基站流程圖

5）數據訪問

本系統的OPC服務器支持同步和異步兩種數據訪問方式，包括提供六種讀數據方式，其中IOPCSyncIO2::ReadMaxAge、IOPCSyncIO::Read和IOPCItemIO::Read用于同步讀；IOPCAsyncIO2::Read、IOPCAsyncIO3::ReadMaxAge用于異步讀；而當數據改變或異步刷新被調用時，采用IOPCCallback::OnDataChange。

本文由于無線網絡中的基站會自動將設備狀態上傳至OPC服務器中的服務器地址空間，因此所有操作都直接讀取OPC服務器中的內存數據。OPC服務器具有五種寫數據方式，其中同步寫操作包括：IOPCSyncIO::Write、IOPCSyncIO2::WriteVQT及IOPCItemIO::WriteVQT；異步寫操作包括：IOPCAsyncIO3::WriteVQT、IOPCAsyncIO2::Write。當用戶下達指令時，OPC服務器通過調用RS232串口寫函數，將命令下傳給無線網絡中的基站。

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