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实现LED路灯网络的智能监控

作者:时间:2015-03-31来源:网络收藏

  (2)参数包

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/271884.htm

  图3(b)所示,为路灯网络节点上传的参数包格式。控制节点可采用定时轮询或即时查询方式获取网络内各节点的状态参数,如电流值、发光亮度值等,各节点只有在接到读取参数的命令后才会向控制节点发送参数包。参数包各字段定义如下:

  包类型:为2;

  源地址:为上传参数LED节点的地址;

  包序列号:为上传参数LED节点发出的参数包编号;

  接力模式:由于只有在节点收到读取状态参数命令后才会发送参数包,因此,参数包的接力模式由命令包的接力模式确定;

  状态标志:为0,表示对应LED节点无故障;为1,表示对应节点有故障;为2,表示对应节点及后继节点有故障;

  状态参数1-3:为LED节点的有关参数,如电流值、电压值以及LED的发光亮度值等。

  (3)应答确认包

  图3(c)所示,为应答确认包格式。为了实现可靠传输,每个节点在收到命令包或参数包后需要发送应答确认信息包。如果信息包的发送(转发)方在设定的时间内没有收到应答确认包,则会启动对该信息包的重新发送。应答确认包各字段的数值定义如下:

  包类型:为3;

  节点地址:发出确认应答包节点的地址。

  确认类型:收到信息包的包类型;

  确认号:为节点收到信息包的包序列号;

  2.2网络路由协议

  LED路灯传感网络路由协议的核心是各节点对信息包的转发机制。由于每一个节点的信号覆盖范围有限,其信息只能向邻近的节点发送,如要将信息送往远处节点则只能依赖中间节点的多次转发。根据前述1.2定义的条件,节点转发信息包可以分为三种模式,即单跳接力模式,双跳接力模式和变跳接力模式,各LED节点将根据信息包中接力模式字段的定义进行选择。

  2.2.1单跳接力模式

  图2(a)所示,为单跳接力模式的拓扑结构图。它是一个比较简单的转发模式,要求每个节点无线信号覆盖的半径范围大于节点间距L即可,信息包只需往邻近的前驱节点或后继节点转发。在这种模式下,节点处理收到信息包的方法如下:

  ①节点接收一个命令包(如图3(a))后,向前驱节点发送接收确认应答包;将命令包中的跳数减1;比较节点自身地址(NA)与命令包中目标地址的大小,相等则执行包中的命令且无须转发命令包,不等则向后继节点转发该包;如果是广播命令(目标地址值为0xffff),既在本节点执行该命令同时也向后继节点转发该命令包。转发时的路由地址为:NA+1.当命令包传送到网络中的最后一个LED节点时,跳数减1后将为0,包将不再被转发。

  ②节点接收到参数包(如图3(b))后,只需向后继节点发送接收确认包和向前驱节点转发,转发参数包的路由地址为:NA-1.

  ③节点收到命令包或参数包后,必须发送接收确认包(如图3(c)),当收到命令包时,确认类型值为1,发送应答确认包的路由地址为NA-1;当收到参数包时确认类型值为2,发送应答确认包的路由地址为NA+1.

  2.2.2双跳接力模式

  图2(b)所示,为双跳接力模式的拓扑结构图。这种模式要求每一个节点的无线信号覆盖半径范围≥2L.从图2可知,双跳接力模式每次跨越两个节点,传送信息包到指定节点的转发次数比单跳接力模式要少一半,因此其传送时延也要小。在双跳接力模式下,将整个网络所有LED节点按照其地址值的奇偶性分成2个接力链,即奇地址节点链和偶地址节点链。控制节点发送广播命令时,需要针对奇地址节点链和偶地址节点链分别发送,命令信息包分别在奇地址节点链和偶地址节点链上同时传播。在双跳接力模式下,节点处理收到信息包的方法如下:

  ①节点接收到命令包后的处理方法与单跳接力模式基本相同,但包转发时的路由地址变为:NA+2.

  ②同样节点接收到数据包后的处理方法也与单跳接力模式基本相同,只是在包转发时的路由地址变为:NA-2.

  ③节点收到命令包或参数包后,必须发送接收确认包,当收到命令包时,确认类型值为1,发送应答确认包的路由地址为NA-2;当收到参数包时确认类型值为2,发送应答确认包的路由地址为NA+2.

  无论是单跳接力模式还是双跳接力模式,节点发送命令信息包或参数信息包后,在规定的时间内未收到确认信息包,则需要重发,重发次数一般不超过3次。

  2.2.3变跳接力模式

  变跳接力模式实际上是单跳接力模式和双跳接力模式的一种补充,主要用于下一跳节点出现通信故障时。在单跳接力模式或双跳接力模式工作时,如果在多次重发后仍收不到下一跳节点的应答确认信息包,说明下一跳节点出现了通信故障。这时通过改变接力模式,由单跳变双跳或者由双跳变单跳可以绕开下一跳有通信故障的节点,继续信息包的接力传送。同时,将故障节点的相关信息反馈到控制节点。变跳接力模式要求每一个节点的无线信号覆盖半径范围≥2L.变跳接力模式分为两种情况:

  (1)初始传送为单跳接力模式

  设LED节点i的地址为NAi,当LED节点i以单跳模式转发命令包(或参数包)时,即使重发,仍然收不到LED节点i+1(或i-1)的确认包,于是断定下一跳节点出现故障。这时如果传送的是命令包则从①开始执行,如果传送的是参数包则执行②,因为故障节点在传命令包时已遇上,传送参数包时遇故障节点无须重复报告故障信息。

  ①LED节点i向控制节点报告故障节点信息。此时,节点i向控制节点发送参数包,包的状态参数置为1,源地址为故障节点的地址,即NAi+1,发送参数包的路由地址为NAi-1.

  ②改变接力模式为双跳模式,将信息包转发给节点i+2(或i-2),以绕开故障节点,路由地址为NAi+2(或NAi-2),若能收到应答确认包,则本节点转发完成,否则说明遇上了两个或两个以上连续故障节点,需继续执行③。

  ③如果此时传送的是命令包,则LED节点i需向控制节点报告故障节点状态信息,状态参数包的状态标志置为2,源地址为故障节点的地址,即NAi+2,发送参数包的路由地址为NAi-1.随后,转发中止。

  (2)初始传送为双跳接力模式

  当LED节点i(地址为NAi)欲以双跳接力模式转发命令包(或参数包)时,必须对包进行分析,根据接力模式字段的值为2或3,可以判定当前为偶地址链或奇地址链接力模式。当NAi的值为奇数,跳变模式为奇链,或者NAi的值为偶数,跳变模式为偶链时,执行如下步骤①;当NAi的值为奇数,跳变模式为偶链,或者NAi的值为偶数,跳变模式为奇链时,执行如下步骤②;

  ①节点i以双跳接力模式转发命令包(或参数包),路由地址为NAi+2(或NAi-2),如果收不到应答确认,则下一跳节点出现故障。如果这时转发的是命令包,则需向控制节点报告故障,往其前驱节点i-2发送故障信息参数包,路由地址为NAi-2,故障信息参数包的源地址(即故障节点的地址)为NAi+2,状态标志为1.同时,改用单跳接力模式将信息包转发给节点i+1(或i-1),以绕开故障节点,转发的路由地址为NAi+1(或NAi-1);若能收到确认包,则本节点转发完成,否则执行③;

  ②节点i改为单跳接力模式转发命令包(或参数包),路由地址为NAi+1(或NAi-1),若能收到确认包,则本节点转发完成,否则,再改用双跳接力模式转发,将信息包转发给节点i+2(或i-2),以绕开故障节点,转发的路由地址为NAi+2(或NAi-2);若能收到确认包,则本节点转发完成,否则执行③;

  ③说明遇上了两个或两个以上连续故障节点,LED节点i需向控制节点报告故障节点信息。此时,节点i向控制节点发送故障参数包的状态标志为2,源地址为故障节点的地址,即NAi+1,发送参数包,路由地址为NAi-1.随后转发中止。

  上述变跳接力模式能解决分散的单个通信故障节点接力传送问题。但当网络中出现连续2个或2个以上通信故障节点时,则只能报告故障节点位置而不能再继续接力传送。若要解决连续多故障节点的问题,既需要改变接力算法,也需要各节点的无线信号覆盖半径范围更大。

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关键词: LED 智能监控

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