基于CSMA -CA协议的无线星型网络的应用案例介绍

1、CSMA/CA特点

在无线网络通信中,一种被称为CSMA/CA的协议解决了上诉数据冲突问题,CSMA(Carrier Sense Multiple Access),中文为冲突避免的载波侦听多路访问,具体工作方式为,发送数据前,先检测到信道状态,等到信道空闲后,再等待一段时间后,再次检测信道是否空闲,如果还是空闲,那么立刻发送数据,否则,随机退避一定时间,等时间到期后,再次发送检测。通过这种方式来确保每个节点发送数据前当前信道处于空闲以保证数据传输的可靠性,其中退避的时间采用高级二进制算法来获取,充分保证退避时间的合理性。二进制指数类型退避算法过程如下:

1)、确定基本退避时间,一般为端到端的往返时间为2t,2t也成为冲突窗口或争用期。

2)、定义参数k,k与冲突次数有关,规定k不能超过10,k=Min[冲突次数,10]。在冲突次数大于10,小于16时,k不再增大,一直取值为10。

3)、从离散的整数集合[0,1,2,……,(2^k-1)]中随机的取出一个数r,等待的时延为r倍的基本退避时间,即退避时间T等于:T= r x 2t。r的取值范围与冲突次数k有关,r可选的随机取值为2^K个。

4)、当冲突次数大于10以后,都是从0—2^10-1个2t中随机选择一个作为等待时间。

5)、 当冲突次数超过16次后,发送失败,丢弃传输的帧,发送错误报告。

由此可见,重传数次越多,则退避的时间就越长,称为动态退避。

2、无线星型网络特点

无线星型网络以网络协调器为中心,所有设备只能与网络协调器进行通信,因此在星型网络的形成过程中,第一步就是建立网络协调器。任何一个FFD设备都有成为网络协调器的可能,一个网络如何确定自己的网络协调器由上层协议决定。一种简单的策略是:一个FFD设备在第一次被激活后,首先广播查询网络协调器的请求,如果接收到回应说明网络中已经存在网络协调器,再通过一系列认证过程,设备就成为了这个网络中的普通设备。如果没有收到回应,或者认证过程不成功,这个FFD设备就可以建立自己的网络,并且成为这个网络的网络协调器。当然,这里还存在一些更深入的问题,一个是网络协调器过期问题,如原有的网络协调器损坏或者能量耗尽;另一个是偶然因素造成多个网络协调器竞争问题,如移动物体阻挡导致一个FFD自己建立网络,当移动物体离开的时候,网络中将出现多个协调器。

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3、应用案例介绍

 1)、现代化畜牧业

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场景描述

在大型的养殖农场中,需要对牛羊等信息监管,第一时间知道牛羊的状态,但会存在多个设备同时上传的场景,传统的无线点对点通信会存在信息冲突造成信息无法及时准确送达的情况,但CSMA/MA协议的星型网络模型完美解决该问题,极大化简化人工操作,同时省去不必要的人力成本。

2)、酒店智能门锁

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场景描述

现代化智能酒店门锁应用中,门锁需要定期向主控中心发送状态信息,同时门锁端需要支持手机智能开锁等应用需求,采用CSMA协议的无线星型网络+蓝牙/WIFI系统即可实现上诉应用,极大化提升用户体验。

4、成品方案

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E70(433NWxxS)是成都公司自主研发的星型网络系统,工作在433MHz频段,模块集协调器、终端为一体,具有长距离、高速率两种传输模式,协调器支持长地址、短地址、广播透3种传输模式,一个协调器支持多达200个节点与其通讯,设备通讯采用CSMA/CA协议,完美解决多设备相互冲突问题,同时节点设备可配置为低功耗类型,无数据收发期间设备自动休眠,极大化减小系统功耗,完美适用于电池设备供电场景。同时,所有操作配置采用行业标准AT指令,极大简化用户操作,适用于多种无线通讯组网场景,同时若将E70(433NWxxS)与公司其他产结合即可实现各种物联网应用场景,比如:E70(433NWxxS)协调器+E103_W01/W02 (WIFI)或者E70(433NWxxS)协调器+E810系列 (以太网),即可实现物联网终端设备到互联网云端的数据传输。

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