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本文中CSMA／CA協議的實現基于MCl3213芯片。構建了1個小型ZigBee通信系統，僅使用了MCl3213的物理層無線收發功能和內嵌單片機，所以本算法實現也可以移植到433 MHz通信等其他短距離無線通信系統中。 1 MCl3213芯片及通信小系統 MCl3213集成了1個符合IEEE 807.15.4協議的2.4 GHz收發器和飛思卡爾公司的低電壓低功耗HCS08單片機核心，并帶有嵌入式閃存、UART接口、低壓中斷和鍵盤中斷等功能。MCl3213支持專用點到點、簡單星形和MUSH網絡，以及采用Figure 8 Wireless Z-stack的符合ZigBee標準的網絡。 本設計只使用了MCl3213的1個串口，連接電腦或者傳感器，用于從電腦接收需要通過無線發送的數據，并把無線接收到的數轉發到電腦。 (1)數據發送 數據發送主程序的流程如圖1所示。 (2)CSMA_MAC協議及3次重發的實現 流程如圖2所示。 (3)無線接收數據至串口的實現 流程如圖3所示。 2無線狀態轉換圖 程序上電初始化后，第一次的無線狀態為INITIAL_STATE初始化狀態。初始化狀態后，無線模塊進入RX_STATE接收狀態，將模塊的接收天線打開。而后進入WAITING_FOR_ACK等待狀態，等待接收無線數據。當接收到無線數據時，根據WT_Txbuffer0_Flag來判斷此時接收到的數據幀為ACK還是數據幀：如果WT_Txbuffer0_Flag=0xff，則說明此時接收到的數據幀為ACK，進入WAITING_ACK處理，處理完畢，無線模塊重新進入RX_STATE接收狀態；如果WT_Txbuffer0_Flag=0x00，則說明此時接收到的數據為無線發送來的數據幀，進入GOOD_PACKET好包狀態，處理完畢，無線模塊重新進入RX_STATE接收狀態。 無線狀態轉換圖如圖4所示。 3實現協議的關鍵 ①串口數據幀的拷貝。為保存串口接收到的數據幀，并為以后能區分緩存不同的數據幀，設計了能緩存4個數據幀的緩存空間。在接收到串口的數據幀時，跟原來直接處理數據的做法不同，新的程序中，首先將數據存在緩存區中，如果緩存區滿，則不再保存新的數據幀。 ②串口緩存區數據幀的處理順序。按照接收到數據的先后順序進行處理。 ③隨機退避的處理。由于MCl3213不僅需要發送數據和接收數據，還需要與串口進行通信，此處隨機退避采用中斷方式，當退避時間到時，置退避時間完成標志位，而后進入隨機退避完成的處理過程。 ④無線數據幀3次重發的實現。DATA類型的數據如果發送不成功，需要有3次重傳機制，實現過程與之前有很大不同。當數據發送成功后，在一定的時間內等待ACK，如果沒有接收到ACK，則判斷是否重傳3次。 若未到3次，置重傳標志位，重傳數據幀，否則丟棄此幀。隨機退避次數大于最大退避次數時，同樣判斷是否重傳3次：若未到3次，置重傳標志位，重傳數據幀，否則丟棄此幀。在此幀數據沒有發送成功，并且重傳次數未到時，不處理之后的數據幀，保證重傳的數據幀是需要重傳的數據幀。 ⑤無線模塊的狀態切換。為了保證無線模塊狀態切換的時序沒有錯誤，防止由于無線模塊狀態切換而導致的嚴重問題，在CSMA_MAC協議實現過程中，無論對無線模塊進行了什么操作，最終都需要把無線模塊的狀態置為RX_STATE，打開無線模塊的接收天線。 ⑥串口數據幀3次重發的實現。DATA類型的數據幀發送完成后，如果在一定的時間內未收到ACK，將對數據進行重發，直至收到ACK；或者重發超過3次，丟棄此幀。 4 測試結果 在我們搭建的一個無線定位小系統測試中，定位節點與定位卡通信，工作正常；兩個定位節點之間的通信，定位節點收發狀態正常，工作正常；定位節點將接收到的定位卡的數據幀轉發至PC上，經過定位算法處理后，定位誤差在2 m范圍之內。 結 語 本文基于ZigBee基帶芯片實現了簡單的CSMA／CA協議，同時也適用于其他短距離無線通信系統。筆者已經在1套433 MHz定位系統中使用了同一協議，收到了良好的效果。本文介紹實現的只是基本的CSMA／CA協議，在應用于不同的無線通信系統中時，可以根據系統的特點再加以改進，就可以達到更好的無線通信效果。 |
