通信与网络中的一种分布式节能测控网络的设计

引言 　　CC1101是TI公司生产的一种单片、低成本的UHF频段无线收发器，基于IEEE 802．15．4标准开发，主要应用领域为低功耗无线测控。芯片具有无线电唤醒(WOR)、数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道*估、链接质量指示等功能，内部的参数寄存器和数据传输FIFO可通过SPI接口控制，所需的周边器件很少，使用简单。受限于发射功率和天线结构，CC1101的视距传输距离一般在400～800 m范围内，超出此距离范围则必须由中继设备对无线信号进行放大、转发。本文设计的一种分布式无线测控系统通过局域网对中继设备进行互连，大大降低了系统的无线通信协议复杂性，同时达到了使用无线通信时伴 通信与网络中的一种分布式节能测控网络的设计，其核心在于利用TI公司的CC1101无线收发器芯片构建一个高效、低功耗的无线测控系统。CC1101是一款专为低功耗应用设计的单片UHF频段收发器，符合IEEE 802.15.4标准，适用于无线测控和传感器网络。该芯片拥有多种功能，包括无线电唤醒（WOR）、数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、信道评估和链接质量指示。通过SPI接口，用户可以方便地控制其内部参数寄存器和数据传输FIFO。然而，由于发射功率限制和天线设计，CC1101的传输距离通常在400至800米之间，超过这个范围需要中继设备来增强信号。 设计的分布式无线测控网络采用了3级结构，包括底层的测控基站、中间层的中继节点和顶层的中心计算机。测控基站负责数据采集和控制指令的执行，使用CC1101与中继节点进行通信，由电池供电。中继节点接收并转发中心计算机的控制指令，并将底层基站的测量数据传递给中心计算机，同时接入局域网，由市电供电。中心计算机收集所有基站数据，进行数据管理和控制指令的发送，采用市电供电。 通信协议设计是系统的关键部分。中继节点与中心计算机间的通信利用有线局域网，而中继节点与测控基站之间的无线链路层协议需要解决防冲突和节能问题。系统中四种基本数据帧包括命令帧、基站应答帧、中继应答帧和测量帧，所有数据帧采用统一的12字节格式，以简化处理。CC1101的包长度设置为12字节，利用其内置功能处理链路层以下的通信协议。帧结构包括同步头、地址、帧类型、数据和CRC校验，确保数据的准确性和可靠性。 测控基站的设计注重节能，特别是在无线通信方面。使用CC1101的低功耗特性，通过优化无线通信链路协议，减少不必要的能量消耗。测控基站采用电池供电，必须在无人值守的环境中长期工作，因此低功耗设计至关重要。 这种分布式节能测控网络利用了CC1101的特性，结合合理的网络结构和通信协议，实现了远距离、低功耗的无线数据传输，适用于各种远程监控和自动化应用场景。其设计思路和实施方法对于无线传感器网络、物联网以及工业自动化等领域具有很高的参考价值。