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无线传感器网络CSMA协议的设计与实现

作者:时间:2011-07-31来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/161712.htm

作为信道竞争机制的,正逐渐应用在中。本文深入研究了射频芯片CC2420的各种特性,针对其特性了一个完善的机制,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 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。

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图1 CC2420功能结构图


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