【正文】 /解包的處理和發(fā)送 /接受過程。 本文協(xié)議的組網(wǎng)過程、數(shù)據(jù)傳送、網(wǎng)絡(luò)號請求都是采用四次握手的方式，首先是熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 22 發(fā)送請求發(fā)送幀，在獲得網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備的響應(yīng)應(yīng)答幀之后，才會發(fā)出相應(yīng)的請求操作。協(xié)議中，組網(wǎng)過程只是在從設(shè)備沒有有效網(wǎng)絡(luò)地址之前才出現(xiàn)該情況；而數(shù)據(jù)傳送則是在設(shè)備具有有效網(wǎng)絡(luò)地址之后才該傳送過程，節(jié)點(diǎn)間的通信方式如圖 所示。 圖 通信方式 收發(fā)雙方采用四次握手的通信過程，并且從設(shè)備發(fā)出的第一個數(shù)據(jù)包在協(xié)議設(shè)計(jì)中有抑制其他從設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)出數(shù)據(jù)包的作用。因?yàn)閺脑O(shè)備一般情況下是處于接收狀態(tài)的，在得到組網(wǎng)信息之后，才會發(fā)出發(fā)送請求信息，此信息是通信建立的初始信息，表明該設(shè)備需要進(jìn)行通信。如果此時有多個設(shè)備同時收到組網(wǎng)信息，且退避時間也一樣，偵聽信道的結(jié)果也是一樣，網(wǎng)絡(luò)處于閑狀態(tài)，所以造成多個設(shè)備同時向主設(shè)備發(fā)出發(fā)送請求信息，主機(jī)此時有兩種情況，一種是兩個信息完全干擾，主機(jī)接收不到信息，一種是只接收到其中一個數(shù)據(jù)包；針對前面一種情況，從設(shè) 備只有在下一請求發(fā)送周期重新發(fā)送該信息，也就是退避之后重新發(fā)送信息，這就需要沖突的設(shè)備退避之后能夠保證其中一個設(shè)備優(yōu)先發(fā)送。針對第二種情況，主機(jī)處理該數(shù)據(jù)包之后會發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)答信息，也就是能夠?yàn)槠渲幸粋€從設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò)地址，而另外的從設(shè)備需在下一請求周期，從新發(fā)出請求發(fā)送信息，直到獲得網(wǎng)絡(luò)地址為止。其他的從設(shè)備在收到該設(shè)備發(fā)出的請求發(fā)送信息之后，會將信道標(biāo)志位置為忙狀態(tài)，利用這個標(biāo)志位就可以控制其發(fā)送數(shù)據(jù)包的過程，從而達(dá)到降低信道沖突的可能性。 鏈路層 基本定義 鏈路層操作的對象為幀，一個數(shù)據(jù)幀為 16 個 字節(jié)，對應(yīng)于物理層的數(shù)據(jù)包長度。每個幀都包含有具體的信息，包括地址信息，幀類型，數(shù)據(jù)長度等信息。本協(xié)議采用2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 兩級地址， MAC 地址和網(wǎng)絡(luò)地址， MAC 地址是每一設(shè)備都具有的唯一硬件地址，網(wǎng)絡(luò)地址是接入網(wǎng)絡(luò)之后分配到的地址。上層數(shù)據(jù)的通信都是通過網(wǎng)絡(luò)地址來實(shí)現(xiàn)，下層數(shù)據(jù)的通信都是通過 MAC 地址來實(shí)現(xiàn)，協(xié)議中有兩個數(shù)據(jù)表，一是存放轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)地址信息，二是存放 MAC 地址信息。 鏈路層幀結(jié)構(gòu)定義 從本章前面的敘述，一個數(shù)據(jù)幀應(yīng)包括地址信息、控制信息和數(shù)據(jù)信息三部分。下面對本協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的定義。一個完整 的幀結(jié)構(gòu)如表 所示。 表 16 字節(jié) 幀結(jié)構(gòu) 目的 MAC 地址：目的設(shè)備的 MAC 地址，由幀結(jié)構(gòu)當(dāng)中的目的網(wǎng)絡(luò)地址或者轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)地址確定，此地址是唯一的。如果是轉(zhuǎn)發(fā)地址確定的，則說明該數(shù)據(jù)幀是通過本設(shè)備中轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)包不交由上層處理。 源 MAC 地址：源設(shè)備的 MAC 地址，與源網(wǎng)絡(luò)地址相對應(yīng)。 目的網(wǎng)絡(luò)地址：目的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址，指該數(shù)據(jù)幀發(fā)往的目的地。本協(xié)議中，主信息中心的網(wǎng)絡(luò)地址默認(rèn)為 0x00，廣播地址為 0xFF,從設(shè)備默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)地址為 0xFF。 轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)地址：此地址比較特殊，當(dāng)從設(shè)備屬于主信息中心所建網(wǎng)絡(luò)時， 該地址為主信息中心的地址；當(dāng)從設(shè)備不屬于主信息中心所建網(wǎng)絡(luò)時，該地址為源網(wǎng)絡(luò)地址。協(xié)議中采用的查詢轉(zhuǎn)發(fā)表來獲得該地址，而該地址信息是在之前的組網(wǎng)過程中就已經(jīng)將其寫入轉(zhuǎn)發(fā)表。 源網(wǎng)絡(luò)地址：源設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址，有兩種情況，此設(shè)備在沒有分配到網(wǎng)絡(luò)地址時，默認(rèn)該地址值為 0xFF；分配到網(wǎng)絡(luò)地址之后，為此地址值。 幀類型：數(shù)據(jù)幀的控制信息，主要涉及兩部分的控制信息，組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳送過程中的控制信息，具體請參照下一節(jié)。 幀編號：主要應(yīng)用于應(yīng)用層數(shù)據(jù)，當(dāng)傳送的數(shù)據(jù)超過一個數(shù)據(jù)幀所能攜帶的信息之后，利用幀編號把多個數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù) 信息組合起來。 數(shù)據(jù)長度：指示數(shù)據(jù)幀所攜帶的數(shù)據(jù)信息長度，一個數(shù)據(jù)幀最大能攜帶 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)信息，所以此值不能超過 8。 鏈路層除了對控制信息的處理之外，那就是對地址信息的處理。協(xié)議中涉及到熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 24 MAC 表和轉(zhuǎn)發(fā)表，幀結(jié)構(gòu)當(dāng)中的地址信息就是通過查詢這兩個數(shù)據(jù)表格來實(shí)現(xiàn)。協(xié)議中利用數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)。對于 MAC 表，每一條信息包含兩個數(shù)據(jù)，第一個數(shù)據(jù)為網(wǎng)絡(luò)地址，第二個數(shù)據(jù)為網(wǎng)絡(luò)地址對應(yīng)的 MAC 地址，初始化有一條信息 (0xFF,0xFF)，此信息是在組網(wǎng)過程中需要用到的，因?yàn)樵诮M網(wǎng)過程中，從設(shè)備是利用廣播地址 (0xFF)來處理該 過程。對于轉(zhuǎn)發(fā)表，每一條信息也包含兩個數(shù)據(jù)，第一個數(shù)據(jù)為目的網(wǎng)絡(luò)地址，第二個數(shù)據(jù)為經(jīng)過目的網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)地址，對應(yīng)于 MAC 表，轉(zhuǎn)發(fā)表初始化也有一條信息 (0xFF,0xFF)。實(shí)際編程中，兩個數(shù)據(jù)表都是通過二維數(shù)組來實(shí)現(xiàn)。 控制命令 定義及含義 本節(jié)主要針對幀結(jié)構(gòu)當(dāng)中的控制信息進(jìn)行闡述，即對幀類型的編碼定義。本協(xié)議主要是涉及兩個過程，組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳送過程，所以控制信息的編碼定義主要對應(yīng)于這兩個過程。其次，設(shè)備之間的通信采用四次握手 協(xié)議，在協(xié)議中每一次傳送過程都是以請求發(fā)送幀開始，以應(yīng)答幀結(jié)束； 復(fù)位信道 幀和組網(wǎng)幀除外。 請求發(fā)送幀 (0x00)：每一通信過程的建立是由此幀發(fā)起的，優(yōu)先獲得信道資源的從設(shè)備，優(yōu)先發(fā)送此幀，處于接收狀態(tài)的其他從設(shè)備，根據(jù)此幀會設(shè)置信道狀態(tài)，從而控制其發(fā)送狀態(tài)。 響應(yīng)發(fā)送幀 (0x01)：在主設(shè)備收到從設(shè)備發(fā)來的請求發(fā)送幀后，主設(shè)備會以此幀作為應(yīng)答，告訴該從設(shè)備通信已經(jīng)建立。 地址請求幀 (0x02)：此幀是又從設(shè)備發(fā)出的，從設(shè)備在沒有有效網(wǎng)絡(luò)地址之前，會定時向網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備此數(shù)據(jù)幀，以獲得一個有效地址。該幀是在網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備發(fā)出組網(wǎng)幀之后，從設(shè)備進(jìn)入的地址請求過程。 地址應(yīng)答幀 (0x03)： 此幀是由網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備發(fā)出，前提是在收到從設(shè)備發(fā)出的地址請求幀之后，主設(shè)備作出的應(yīng)答。地址值由主設(shè)備確定，不同的網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備都有唯一的一個網(wǎng)絡(luò)號，分配的地址就是以主設(shè)備地址為基礎(chǔ)，累加之后作為從設(shè)備的地址發(fā)給從設(shè)備，并且把相應(yīng)的 MAC 信息和轉(zhuǎn)發(fā)信息寫入對應(yīng)的信息列表。 數(shù)據(jù)幀 (0x04)：此幀是由從設(shè)備發(fā)出的，主要是應(yīng)用層下來的數(shù)據(jù)，需要傳送給網(wǎng)絡(luò)信息中心，也是主要用于數(shù)據(jù)的傳送過程。主要分兩種情況，從設(shè)備處于主信息中心的網(wǎng)絡(luò)時，直接與其建立通信。當(dāng)從設(shè)備處于全功能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)時，數(shù)據(jù)的傳送是靠從設(shè)備的父節(jié)點(diǎn)設(shè)備來 實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)的。從設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送默認(rèn)目的地址是網(wǎng)絡(luò)信息中心的網(wǎng)絡(luò)地址 (0x00)。 數(shù)據(jù)應(yīng)答幀 (0x05)：此幀為網(wǎng)絡(luò)信息中心發(fā)出，全功能設(shè)備在處理數(shù)據(jù)傳送時，2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 只能是作為中轉(zhuǎn)的功能。從設(shè)備收到該幀之后，確定數(shù)據(jù)的傳送過程完成，從而進(jìn)行后續(xù)的其他操作，主要是復(fù)位信道。 復(fù)位信道幀 (0x10)：告訴網(wǎng)絡(luò)中其他從設(shè)備上一次的通信已經(jīng)完成，信道進(jìn)入閑狀態(tài)，其他從設(shè)備收到該幀之后，改變其信道狀態(tài)位，從而可以進(jìn)行后續(xù)的發(fā)送操作。 組網(wǎng)幀 (0x20)：通知網(wǎng)絡(luò)中的從設(shè)備可以進(jìn)行地址請求幀，如果從設(shè)備沒有有效的網(wǎng)絡(luò)地址，就會進(jìn) 入地址請求的過程。此幀還包含一些重要的信息，從設(shè)備可以根據(jù)該幀，確定父節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，包括 MAC 地址和網(wǎng)絡(luò)地址，同時將該信息寫入對應(yīng)的信息列表；另外還可以判斷該從設(shè)備是直接與網(wǎng)絡(luò)信息中心通信還是間接的通信。如果是間接的與其通信，從設(shè)備還需要寫另外一條的轉(zhuǎn)發(fā)信息進(jìn)轉(zhuǎn)發(fā)表，即目的網(wǎng)絡(luò)地址是網(wǎng)絡(luò)信息中心 (0x00)，下一跳地址是與該從設(shè)備直接通信的主設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。 網(wǎng)絡(luò)號請求幀 (0x30)：此幀由全功能設(shè)備發(fā)出，通信的目的地是網(wǎng)絡(luò)信息中心，目的是避免網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)相同的網(wǎng)絡(luò)號，對 MAC 表和轉(zhuǎn)發(fā)表的內(nèi)容造成矛盾。 網(wǎng)絡(luò) 號應(yīng)答幀 (0x31)：網(wǎng)絡(luò)信息中心回答全功能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)號請求，為下一級網(wǎng)絡(luò)的組建分配一個新的唯一的網(wǎng)絡(luò)號。 鏈路層工作流程 本文 主要針對數(shù)據(jù)速率較小，且 多用于數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，大部分的節(jié)點(diǎn)都需要將該節(jié)點(diǎn)采集到 的 數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò) 信息中心進(jìn)行處理。 針對以上情況，網(wǎng)絡(luò)通信需要進(jìn)行的操作有組網(wǎng) (地址請求 )、數(shù)據(jù)傳送、網(wǎng)絡(luò)號請求；且數(shù)據(jù)傳送 和網(wǎng)絡(luò)號請求過程 還會有中轉(zhuǎn)的處理。鏈路層處理依賴于上層應(yīng)用層，依賴于下層物理層，本協(xié)議的重點(diǎn)是對鏈路層及以下的處理，所以下面詳細(xì)介紹鏈路層針對下層的處理過程。鏈路層的操作最后是需 要把數(shù)據(jù)送往物理層，經(jīng) 由 物理層的無線模塊傳送到網(wǎng)絡(luò)的另一終端 ，這就需要調(diào)用物理層的相關(guān)發(fā)送和接收函數(shù)來處理鏈路層的操作。 發(fā)送和接收流程 無線模塊的各項(xiàng)參數(shù)和工作方式在上電之后，由微處理器進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制；由于本文軟件方案采用前后臺系統(tǒng)的思想，所以微處理器基本都是通過判斷各標(biāo)志位來判斷進(jìn)行何種操作；發(fā)送和接收過程也是采用標(biāo)志位的方式來獲得微處理的執(zhí)行操作。 發(fā)送流程： 根據(jù)無線模塊的硬件特征，本文協(xié)議采用查詢的方式來完成發(fā)送過程。整個發(fā)送熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 26 過程需要載波偵聽和退避的支持，協(xié)議規(guī)定網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時 ，先偵聽信道，如果信道為忙，就隨機(jī)退避一段時間之后 (為接收周期的整數(shù)倍 )，再進(jìn)行信道偵聽，查詢信道的情況，如果繼續(xù)為忙，則循環(huán)退避和查詢，直到將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，如果偵聽信道 5 次，信道仍為忙就退出發(fā)送過程，等待下一次的發(fā)送過程。如果信道為閑，則直接將數(shù)據(jù)送完無線收發(fā)模塊，開啟模塊的發(fā)送狀態(tài)，進(jìn)入發(fā)送過程，最后判斷 IRQ位來決定發(fā)送是否完成。發(fā)送流程如圖 所示。 圖 發(fā)送 流程 發(fā)送函數(shù)實(shí)際編程如下： void send_func() //發(fā)送功能函數(shù) { uchar i=0。EX1=0。 package_in_mac()。 carrier_flag=csma()。 //載波偵聽 while(carrier_flag)//信道忙 ,退避之后繼續(xù)載波偵聽 { tuibi()。 carrier_flag=csma()。 i++。 if(i==5)break。 } if(i5) //信道空閑，進(jìn)入發(fā)送過程 { A7102_Fifo_Write(amp。tx_buff)。 A7102_Status_Transmit()。 //開啟發(fā)送 while(iSPI_IRQ)。 led_red=~led_red。 } } 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 接收流程： 按照前面的介紹，采用 A7102C 的 硬件 CRC 校驗(yàn)，所以無線模塊接收到數(shù)據(jù)包之后，第一項(xiàng) 工作就是判斷該數(shù)據(jù)包的正確性，讀取 A7102C 的模式 寄存器，如果CRC 位為低，則表示 CRC 校驗(yàn)正確，反之則表示發(fā)送過程產(chǎn)生錯誤。 協(xié)議 接收過程采用中斷方式，數(shù)據(jù)包 CRC 校驗(yàn)正確之后，就判斷是否發(fā)往本設(shè)備的數(shù)據(jù)包，如是，則置接收標(biāo)志位，反 之丟棄或做其他的處理；對于接收 過程 ，主設(shè)備和從設(shè)備的處理過程稍有區(qū)別。主設(shè)備接收流程如圖 所示。 圖 主設(shè)備接收流程 對于從設(shè)備的接收過程，也是采取上述主設(shè)備的過程， 當(dāng) 目的 MAC 不匹配時，從設(shè)備需要根據(jù)幀類型作 不一樣 的處理，具體處理如圖 所示。 圖 從設(shè)備接收 流 程 (目的 MAC 不匹配 ) 熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 28 對于從設(shè)備的接收過程，一方面獲得組網(wǎng)信息，另一方面獲得信道狀態(tài)。組網(wǎng)信息是主設(shè)備發(fā)出的，從設(shè)備根據(jù)該信息判斷組網(wǎng)的主設(shè)備類型 (主信息中心和全功能設(shè)備 )；信道狀態(tài)是從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的判斷依據(jù)。 接收函數(shù)實(shí)際編程如下： 以上操作只是針對于中斷接收的處理，還需要進(jìn)一步的處理才能完成整個接收過程，因?yàn)楸疚膶?shí)際編程實(shí)現(xiàn)采用了前后臺操作的思想，以上中斷接收過程就相當(dāng)于一個前臺的處理，根據(jù)響應(yīng)的信息置響應(yīng)的標(biāo)志位，然后退出中斷之后，主函數(shù)就根據(jù)相應(yīng) 的標(biāo)志類型位來作進(jìn)一步 處理，也就是后 臺的處理。主設(shè)備后臺接收處理 流 程如圖 所示。 圖 主設(shè)備后臺接收 流 程 void receiveInt() interrupt 2 { uchar temp1。 EX1=0。 A7102_Fifo_Read(amp。rx_buff)。 //寫入接收緩存 A7102_Register_Write(Reg_ModeControl,0x00d0)。 temp1= (0x0200 amp。 A7102_Register_Read(Reg_ModeControl))8。 if(temp1==0x00) //硬件 CRC 校驗(yàn) { if(rx_buff[0]==addr_s_mac) //發(fā)往本機(jī)的幀 { package_out_mac()。 receive_flag=1。 } else{…………… .} } } 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 當(dāng)接收標(biāo)志位為 1 時，獲得主函數(shù)的處理，根據(jù)接收數(shù)據(jù)幀的幀類型判斷接下來的操作，由于主設(shè)備在通信的雙方是一個被動接收的過程，當(dāng)發(fā)出組網(wǎng)信息之后 ，之后的操作就是根據(jù)從設(shè)備的請求作相應(yīng)的應(yīng)答。由于采用四次握手方式，每一次具體請求都有請求發(fā)送幀和響應(yīng)發(fā)送幀的通信過程，完成之后，才會進(jìn)一步的通信完成具體的請求操作。 從設(shè)備的后臺接收流程如圖 所示。 圖 從設(shè)備后臺接收流程 從設(shè)備的接收后臺處理同樣根據(jù)接