系統(tǒng)管理機(jī)制 - STM32L152和S14432的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

　　無線網(wǎng)絡(luò)由主節(jié)點和從節(jié)點組成，是一個以主節(jié)點為根中心的樹形拓?fù)?。整個網(wǎng)絡(luò)的管理是通過各節(jié)點中的網(wǎng)絡(luò)管理模塊完成的。無線網(wǎng)絡(luò)采用LEPS(Link Estimation and Parent Selection)協(xié)議。LEPS協(xié)議是TinyOS系統(tǒng)的多跳路由協(xié)議。它通過節(jié)點之間的鄰居信息交換

　　機(jī)制，考慮鏈路質(zhì)量，建立到中心節(jié)點的最短通信路徑。

　　從節(jié)點分為不同級別的父節(jié)點，只向自己的父節(jié)點發(fā)送信息，通過父節(jié)點逐級向上傳到主節(jié)點。從節(jié)點路由表中擁有自己子節(jié)點的編號地址。父節(jié)點處于網(wǎng)絡(luò)的中心是最高級的父節(jié)點，它的路由表中擁有整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的編號和地址。主節(jié)點的數(shù)據(jù)由其子節(jié)點逐級傳向各從節(jié)點。

　　無線網(wǎng)絡(luò)分為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立、路由維護(hù)和數(shù)據(jù)通信3個階段。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立階段，所有的節(jié)點周期性地廣播自己的路由信息，節(jié)點根據(jù)跳數(shù)和鏈路質(zhì)量信息建立最短條數(shù)路由，建立路由表。網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)行定期的維護(hù)，在維護(hù)的過程中，節(jié)點將再次對父節(jié)點做出評估，刷新路由表。在數(shù)據(jù)通信階段，路由協(xié)議為數(shù)據(jù)傳遞提供行進(jìn)路徑。在完成組網(wǎng)后，若向網(wǎng)絡(luò)中增加節(jié)點，則只需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)更新，更新路由表即可。

　　4.5 父節(jié)點選擇

　　所有從節(jié)點的數(shù)據(jù)都是通過父節(jié)點傳送到主節(jié)點的。父節(jié)點性能是路由協(xié)議的核心部分。父節(jié)點的選擇決定于鏈路質(zhì)量和跳數(shù)。

　　鏈路質(zhì)量是兩節(jié)點間的雙向鏈路通信質(zhì)量。以兩相鄰節(jié)點A、B為例。在網(wǎng)絡(luò)廣播信息中，節(jié)點A向節(jié)點B發(fā)送多組數(shù)據(jù)，則B節(jié)點的接收成功率為：

?

?

　　協(xié)議進(jìn)一步采用加權(quán)唯一平均的方法計算最終的鏈路質(zhì)量估計值，進(jìn)而減小鏈路質(zhì)量評估的抖動。令新的鏈路估計值為NEWEST，所占比例為μ=25%，則原先的作戰(zhàn)比例為(1-μ)，最終的鏈路質(zhì)量估計值為：

?

　　跳數(shù)HOPNU為節(jié)點到主節(jié)點的總共轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)中，由于鏈路質(zhì)量的原因，節(jié)點的父節(jié)點可能丟失。在進(jìn)行父節(jié)點選取時，為了保證父節(jié)點的質(zhì)量，通常選用SEDEST>0.1，RCVEST>0.1和EST>0.16的鏈路質(zhì)量，這樣不至于鏈路質(zhì)量過低而不穩(wěn)定。然后在相鄰節(jié)點中先判斷跳數(shù)最小，再判斷鏈路通信質(zhì)量選擇父節(jié)點。

　　結(jié)語

　　本系統(tǒng)采用的STM32L152主控芯片和SI4432無線收發(fā)芯片都屬于低功耗高集成芯片，降低了系統(tǒng)的功耗。其中STM32L152是Cortex-M3微控制器，提高了系統(tǒng)的性能;主節(jié)點帶有硬件備份提高了系統(tǒng)的可靠性;LPES路由協(xié)議技術(shù)提高系統(tǒng)的通信效率，使系統(tǒng)拓展方便。本系統(tǒng)適合于工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、小區(qū)數(shù)據(jù)采集、醫(yī)院病房監(jiān)控、農(nóng)業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集等一些短距離的通信應(yīng)用。功能模塊化和網(wǎng)絡(luò)可拓展化，使系統(tǒng)便于功能的更新和節(jié)點的拓展。