无线传感器网络CSMA协议的设计与实现
CSMA协议作为网络中实现信道竞争机制的协议，正逐渐应用在无线传感器网络中。本文深入研究了射频芯片CC2420的各种特性，针对其特性设计并实现了一个完善的CSMA机制，包括物理层信道信号强度采样、强度阈值的动态更新以及MAC层的CSMA机制；详细阐述了信道监测中使用的判定规则、各关键阈值参数的选择，以及对CSMA机制的优化。
关键词 CSMA IEEE 802.15.4 CC2420 信号强度采样 无线传感器网络
CSMA协议是网络中运用得最为广泛的竞争协议，因此无线传感器网络的MAC层大多使用CSMA机制来提供竞争信道的功能。随着IEEE 802.15.4标准的制定，各射频芯片厂家也纷纷推出了性能更好、功能更强的射频芯片。TI公司（原Chipcon）推出CC2420来替代原来无线传感器网络使用最多的射频芯片CC1000。由于各射频芯片特性功能各不相同，为了使CSMA协议达到更好的性能，根据射频芯片的具体特性来重新优化设计CSMA机制也就变得很有必要。
本文使用TI公司的MSP4301611超低功耗MCU，以及CC2420射频芯片作为硬件实验平台，充分利用CC2420部分IEEE 802.15.4协议MAC封装的特性，设计并实现了一个全新的、灵活的CSMA协议。
1 信道监测的设计
实现CSMA协议的最基本的条件就是物理层必须提供可靠、实用的信道监测手段，因此首先要了解射频芯片的一些特性。
1.1 CC2420的相关特性
CC2420是TI公司推出的2.4 GHz射频芯片，其硬件封装支持部分IEEE 802.15.4的MAC层协议规定。CC2420的功能结构如图1所示，CC2420的数字接口具有自动CRC校验、自动加密的功能，并维护两个缓冲区（一个接收FIFO，一个发送FIFO）。数字接口通过SPI通信接口与微处理器相连。CC2420是以数据包为单位的射频芯片，即必须从微处理器收满一个数据包，才会发送该数据包。数字接口收满一整包后，自动添加CRC校验，并送入调制模块进行数据调制和整形，最后发送出去。当监测到信道有数据时，将数据经过模/数转换后送入数字解调器中进行帧同步；如果同步就将数据填入接收缓冲区中，最后填充当前信道内的RSSI（Receive Signal Strength Indicator，接收信号强度指示器）信息。
图1 CC2420功能结构图
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