專利名稱：一種無線自組網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，屬于無線通訊領(lǐng)域。特別涉及到一種無線自組網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的PC機(jī)一般是通過串口或并口等有線的方式與外部受控設(shè)備進(jìn)行通訊的，其缺點(diǎn)尤為突出，需要額外電纜進(jìn)行連接。盡管當(dāng)前市場上無線控制逐漸取代了有線控制，但大部分的無線傳輸技術(shù)的傳輸距離短、支持設(shè)備單一這些缺點(diǎn)阻礙了無線設(shè)備的應(yīng)用。
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綜上所述，目前市場上已有的PC與外部設(shè)備之間的通訊系統(tǒng)存在如下幾點(diǎn)的缺
占-
^ \\\ I)通過串口與并口等有線連接的通訊系統(tǒng)缺點(diǎn)日益突出。2)已有的無線技術(shù)存在傳輸距離短、設(shè)備控制單一等缺點(diǎn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)提出的“無線自組網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)”利用即插即用以及無線自組網(wǎng)等技術(shù)很好地解決布線困難、傳輸距離短、不支持多設(shè)備通訊等突出問題。在申請(qǐng)?zhí)枮?01020667452. 2的設(shè)計(jì)《一種自動(dòng)觸發(fā)式無線傳感網(wǎng)絡(luò)自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)》中，只涉及到一種自組網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，而缺乏與之對(duì)應(yīng)的與PC間的通訊方式，本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了一種具有與之不同的體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，還實(shí)現(xiàn)了一種運(yùn)行在該傳輸節(jié)點(diǎn)上的路由協(xié)議；在申請(qǐng)?zhí)枮?01010233965. 7的發(fā)明專利《USB無線拓展系統(tǒng)》中，涉及到一種USB無線拓展通訊系統(tǒng)，但缺乏多跳與自組織等內(nèi)容，傳輸距離最大也只有30米，本發(fā)明則在USB無線通訊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了多跳自組網(wǎng)絡(luò)，通過增加中繼節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)通訊距離的無限延伸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決PC與外設(shè)構(gòu)成的傳統(tǒng)通訊系統(tǒng)中存在的布線困難、傳輸距離短、不支持多設(shè)備通訊等技術(shù)問題。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和一種路由協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有低功耗、低成本、多信道傳輸、體積小以及配備接口等特性，適合大量部署；路由協(xié)議為一種先驗(yàn)式路由，能夠?qū)崿F(xiàn)多跳、遠(yuǎn)距離通訊。本發(fā)明采用的解決方案如下包括無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)上的多跳路由協(xié)議兩大部分。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括通訊接口、處理器和射頻模塊。所述的通訊接口是與PC間采用USB HID方式進(jìn)行通訊的接口，通過接口獲取電源，為節(jié)點(diǎn)供電；處理器運(yùn)行多跳路由協(xié)議，控制射頻模塊，同時(shí)通過通訊接口，接收PC機(jī)上的數(shù)據(jù)或向PC發(fā)送數(shù)據(jù)；射頻模塊負(fù)責(zé)接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)，是在ISM頻段工作。
所述的多跳路由協(xié)議的核心內(nèi)容如下I)實(shí)時(shí)維護(hù)與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)有關(guān)的路由表項(xiàng)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能動(dòng)態(tài)更新路由表當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)新的節(jié)點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的路由表項(xiàng)會(huì)被添加到路由表中；當(dāng)某節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)或者出現(xiàn)故障不能正常通信時(shí)，對(duì)應(yīng)的路由表項(xiàng)也會(huì)從路由表中刪除。2)定時(shí)發(fā)送廣播報(bào)文，其作用是告知網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)自己的存在。報(bào)文分為廣播報(bào)文(用以廣播)和數(shù)據(jù)報(bào)文(用以數(shù)據(jù)傳輸)，兩種報(bào)文都包含源節(jié)點(diǎn)地址、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址、中繼節(jié)點(diǎn)地址、TTL等重要報(bào)文表項(xiàng)。3)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，動(dòng)態(tài)搜索到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)的下一跳，并更新對(duì)應(yīng)路由表項(xiàng)。本發(fā)明無線自組織多跳數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)
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I)通過通訊接口，使得本發(fā)明使用簡單、攜帶方便，實(shí)施簡潔。2)傳輸距離遠(yuǎn)，通過增加中繼節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)通訊距離的無限延伸。3)支持多設(shè)備通訊。


圖I節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)2STM32F103C8T6 與 nRF24L01 的接口電路3協(xié)議的工作狀態(tài)圖
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方法。實(shí)施例1，如圖1，為本發(fā)明中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)(I)通訊接口模塊USB接口電壓為5V，采用ME6206芯片，將5V的接口電壓轉(zhuǎn)化為3. 3V電壓，給微處理器STM32以及射頻芯片nRF24L01供電，使其能夠正常工作。另外USB接口的2、3腳分別直連到微處理器STM32的PAll和PA12端口，以實(shí)現(xiàn)微處理器STM32與USB接口的數(shù)據(jù)交換。(2).處理器模塊處理器選用ST公司的STM32系列的STM32F103C8T6。STM32系列32位閃存微控制器基于突破性的ARM Cortex-M3內(nèi)核。它提供了一個(gè)完整的32位產(chǎn)品系列，在結(jié)合了高性能、低功耗和低電壓特性的同時(shí)保持了高度的集成性能和簡易的開發(fā)特性。本設(shè)計(jì)中，利用STM32F103C8T6完整的USB驅(qū)動(dòng)模塊，省去了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電路轉(zhuǎn)換，降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度；同時(shí)利用內(nèi)部的倍頻電路以及提供的外部晶振，STM32F103C8T6能夠達(dá)到72MHz的處理速度，提高了數(shù)據(jù)處理能力。另外，STM32F103C8T6還負(fù)責(zé)對(duì)LED指示模塊等其他功能模塊的控制。(3)射頻模塊無線射頻芯片選用nRF24L01，該芯片工作于2. 4GHz全球開放的ISM頻段，最大發(fā)射功率0 dBm，最高傳輸速率達(dá)2Mbps。內(nèi)置硬件CRC (循環(huán)冗余校驗(yàn))和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制，集成了頻率合成器、晶體振蕩器和調(diào)制解調(diào)器，外圍元件極少。嵌入的鏈路層控制降低了 MCU的復(fù)雜性和成本，并且提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴RF24L01沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，完全對(duì)用戶透明，通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口與外圍控制器連接，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。STM32F103C8T6 與 nRF24L01 的接口電路圖參見圖 2，將 STM32F103C8T6的 PA8, PB11, PB12, PB13, PB14, PB15 六個(gè) I/O 口分別與 nRF24L01 的CE, IRQ, CSN, SCK, MISO, MOSI六個(gè)口互聯(lián)，用以模擬SPI以實(shí)現(xiàn)對(duì)無線射頻芯片nRF24L01的控制。多跳路由協(xié)議設(shè)計(jì)如下，參見圖3 :DATALENGTHMAX表示數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)的最大長度byte ；0RIGINAT0R_INTERVAL 表示廣播報(bào)文間隔 ms ； PURGE_TIME0UT_BATNRF表示清除無效路由間隔ms ；RECV_INTERVAL 表示接收包間隔 ms ；BROADCAST表示標(biāo)識(shí)報(bào)文類型為廣播報(bào)文；DATA表示標(biāo)識(shí)報(bào)文類型為數(shù)據(jù)報(bào)文；WINDOffSIZE表示滑動(dòng)窗口大??；源節(jié)點(diǎn)表示針對(duì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)收到的廣播報(bào)文的起始節(jié)點(diǎn)；目的節(jié)點(diǎn)表示報(bào)文發(fā)送的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)上電后首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括時(shí)鐘、FLASH、中斷向量以及IO 口等；然后通過模擬SPI對(duì)nRF24L01進(jìn)行初始化，包括射頻芯片的初始工作模式、信道、發(fā)送接收地址以及數(shù)據(jù)傳輸率等；接著節(jié)點(diǎn)完成了必要的初始化，進(jìn)入工作狀態(tài)。系統(tǒng)通過STM32F103C8T6的SysTick時(shí)鐘計(jì)時(shí)，來為整個(gè)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間，系統(tǒng)不斷查詢當(dāng)前的統(tǒng)一時(shí)間，與最近一次工作狀態(tài)(廣播、清除無效路由、接收包等)的時(shí)間對(duì)比，求出當(dāng)前的時(shí)間間隔，若此間隔大于或等于設(shè)定時(shí)間間隔(ORIGINATOR_INTERVAL、RECV_INTERVAL等)，則系統(tǒng)觸發(fā)進(jìn)入該工作狀態(tài)。(I)每次間隔0RIGINAT0R_INTERVAL大小的時(shí)間，定時(shí)器觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)入“廣播”狀態(tài)，將廣播報(bào)文廣播出去。下表I是協(xié)議報(bào)文的格式
權(quán)利要求
1.一種無線自組網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，其特征在干，該系統(tǒng)包括無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)上的多跳路由協(xié)議兩大部分 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括通訊接ロ、處理器和射頻模塊； 所述的通訊接ロ是與PC間采用USB HID方式進(jìn)行通訊的接ロ，通過USB接ロ獲取電源，為節(jié)點(diǎn)供電； 處理器運(yùn)行多跳路由協(xié)議，控制射頻模塊，同時(shí)通過通訊接ロ，接收PC機(jī)上的數(shù)據(jù)或向PC發(fā)送數(shù)據(jù)； 射頻模塊負(fù)責(zé)接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)； 所述的多跳路由協(xié)議的核心內(nèi)容如下 DATALENGTHMAX表示數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)的最大長度byte ; ORIGINATOR_INTERVAL表示廣播報(bào)文間隔ms ； PURGE_TIMEOUT_BATNRF表示清除無效路由間隔ms ； RECV_INTERVAL表示接收包間隔ms ； BROADCAST表示標(biāo)識(shí)報(bào)文類型為廣播報(bào)文； DATA表示標(biāo)識(shí)報(bào)文類型為數(shù)據(jù)報(bào)文； WINDOffSIZE表示滑動(dòng)窗ロ大??； 源節(jié)點(diǎn)表示針對(duì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)收到的廣播報(bào)文的起始節(jié)點(diǎn)； 目的節(jié)點(diǎn)表示報(bào)文發(fā)送的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)； 節(jié)點(diǎn)上電后首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)通過STM32F103C8T6的SysTick時(shí)鐘計(jì)時(shí)，來為整個(gè)系統(tǒng)提供統(tǒng)ー的時(shí)間，系統(tǒng)不斷查詢當(dāng)前的統(tǒng)ー時(shí)間，與最近一次工作狀態(tài)的時(shí)間對(duì)比，求出當(dāng)前的時(shí)間間隔，若此間隔大于或等于設(shè)定時(shí)間間隔，則系統(tǒng)觸發(fā)進(jìn)入該工作狀態(tài)； (1)每次間隔0RIGINAT0R_INTERVAL大小的時(shí)間，定時(shí)器觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn) 入“廣播”狀態(tài)，將廣播報(bào)文廣播出去；下表I是協(xié)議報(bào)文的格式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，屬于無線通訊領(lǐng)域。特別涉及到一種無線自組網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)上的路由協(xié)議。無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過合理的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有使用簡單、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)；路由協(xié)議與傳統(tǒng)的按需路由不同，該路由協(xié)議中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由功能，是一種先驗(yàn)式路由，并且動(dòng)態(tài)地維護(hù)所有信息，傳輸距離遠(yuǎn)，通過增加中繼節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)通訊距離的無限延伸，在辦公、醫(yī)療以及智能家居方面具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H04W40/24GK102791012SQ20121024651
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者何孝松, 朱明 , 李鳳岐, 邱登峰, 鄭學(xué)書, 馬艷華 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)