一種分布式節(jié)能測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

　　3．1 接收協(xié)議節(jié)能設(shè)計(jì)

　　CC1101具備WOR功能，使用該功能可以讓CC1101在睡眠態(tài)和接收態(tài)間自動(dòng)輪流切換，如圖2所示，其中Time0為WOR周期，Time1為接收時(shí)間。由于在睡眠態(tài)時(shí)，CC1101的接收功耗電流僅為9．8μA，而接收態(tài)時(shí)功耗電流達(dá)16．5 mA，從節(jié)能的角度考慮，在使用WOR功能時(shí)，應(yīng)該使睡眠態(tài)的工作時(shí)間占空比盡可能的大。

　　但當(dāng)CC1101處于睡眠態(tài)時(shí)，無(wú)線(xiàn)接收電路不工作，在此時(shí)間間隔內(nèi)無(wú)法收到從無(wú)線(xiàn)信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，影響通信的正確性。因此為保證可靠地接收數(shù)據(jù)，必須保證在一個(gè)WOR周期內(nèi)，接收態(tài)期間CC1101能收到至少一幀完整的數(shù)據(jù)。

　　測(cè)控基站從中繼節(jié)點(diǎn)接收的控制命令幀長(zhǎng)度為12字節(jié)，當(dāng)CC1101通信速率為250 kbps時(shí)，一個(gè)完整命令幀傳輸所需要的時(shí)間為：12×8／250=0．384(ms)。

　　選定WOR模式的接收態(tài)占空比為0．781％時(shí)，假定在接收態(tài)需要保留5個(gè)完整命令幀的接收時(shí)間窗口以確保穩(wěn)定、可靠的收到一個(gè)完整命令幀，那么可以計(jì)算出WOR周期為：5×0．384／0．781％≈246(ms)。

　　從CC1101的應(yīng)用手冊(cè)上可知，WOR周期與CC1101內(nèi)部相關(guān)寄存器的值具有如下關(guān)系：

　　式(1)中fosc為CC1101的工作時(shí)鐘頻率，為26 MHz，EVENT0為事件0計(jì)數(shù)器值，WOR_RES為計(jì)數(shù)器分辨率，一般可設(shè)置為0。這樣可以計(jì)算得到當(dāng)WOR周期為246 ms時(shí)，EVENT0值為0x2150。

　　當(dāng)WOR模式的接收占空比為0．781％時(shí)，可以根據(jù)接收態(tài)和睡眠態(tài)分別的功耗電流計(jì)算出CC1101總的功耗電流：9．8×10-3×99．219％+16．5×0．781％=0．13(mA)。

　　若測(cè)控基站使用兩節(jié)容量為2000 mAh的普通5號(hào)干電池供電，可以計(jì)算出在只供CC1101工作的情況下設(shè)備可連續(xù)工作時(shí)間為：2×2000／0．13≈30 770(小時(shí))=3．5(年)。

　　3．2 接收協(xié)議處理流程

　　CC1101接收數(shù)據(jù)時(shí)設(shè)定同步頭內(nèi)容為0xEB90，這樣可以保證它只響應(yīng)同步頭為0xEB90的類(lèi)型的數(shù)據(jù)幀，其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)幀不會(huì)誤觸發(fā)CC1101，簡(jiǎn)化測(cè)控基站軟件的協(xié)議處理流程。

　　當(dāng)需要接收命令幀時(shí)測(cè)控基站工作流程如圖3所示。測(cè)控基站默認(rèn)處于等待接收狀態(tài)，此時(shí)CC1101工作于WOR模式；當(dāng)收到一個(gè)完整命令幀后，CC1101退出WOR工作模式，進(jìn)入發(fā)送工作模式，同時(shí)測(cè)控基站控制軟件必須通過(guò)幀地址域判斷命令幀是否是發(fā)給本設(shè)備，若命令幀是發(fā)給本設(shè)備，需要執(zhí)行該命令并返回應(yīng)答給中繼節(jié)點(diǎn)，然后設(shè)置CC1101重新進(jìn)入WOR工作模式，若命令幀不是發(fā)給本設(shè)備，則直接設(shè)置CC1101進(jìn)入WOR工作模式即可。

圖3 工作流程

　　需要注意的是由于無(wú)線(xiàn)信道易受干擾，測(cè)控基站在收到中繼節(jié)點(diǎn)的命令幀后必須給中繼節(jié)點(diǎn)回送一個(gè)應(yīng)答幀，確認(rèn)命令幀執(zhí)行情況。為了防止應(yīng)答幀引起其它測(cè)控基站的錯(cuò)誤觸發(fā)，應(yīng)答幀同步頭與命令幀同步頭不同，為0x146F。

　　3．3 發(fā)送協(xié)議處理流程

　　當(dāng)測(cè)控基站需要反饋控制命令執(zhí)行情況或主動(dòng)上傳測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，必須通過(guò)CC1101向外發(fā)送數(shù)據(jù)。為減少測(cè)控基站對(duì)無(wú)線(xiàn)信道的占用，只有在設(shè)備狀態(tài)產(chǎn)生變化時(shí)，測(cè)控基站才主動(dòng)向中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)幀通知本設(shè)備產(chǎn)生了狀態(tài)變化，需要中繼節(jié)點(diǎn)向中心計(jì)算機(jī)登記該次變化。

　　為了防止多個(gè)測(cè)控基站同時(shí)共用無(wú)線(xiàn)信道時(shí)發(fā)生沖突，必須對(duì)發(fā)送協(xié)議進(jìn)行防沖突設(shè)計(jì)，這通過(guò)CC1101的載波偵聽(tīng)功能實(shí)現(xiàn)。在每次需要發(fā)送數(shù)據(jù)前，CC1101檢測(cè)無(wú)線(xiàn)信道中載波功率電平值，并將電平值反映到RSSI寄存中，當(dāng)測(cè)控基站發(fā)現(xiàn)RSSI電平高于某一閾值時(shí)，認(rèn)為無(wú)線(xiàn)信道已被占用，將一直等待直到RSSI值低于閾值時(shí)才使用無(wú)線(xiàn)信道發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　使用載波偵聽(tīng)功能，測(cè)控基站向中繼節(jié)點(diǎn)上傳測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)處理流程如圖4所示。由于需要上傳測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)間占總工作時(shí)間的比例很小，CC1101不需工作在WOR模式以節(jié)約電能。為防止測(cè)量幀觸發(fā)其他處于接收命令狀態(tài)的測(cè)控基站，測(cè)量幀同步頭設(shè)置為0x1ACF。

圖4 發(fā)送協(xié)議處理流程