電子貨架標(biāo)簽的無線自組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)※

陳德軍，葉元，梅攀

(武漢理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，武漢 430070)

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電子貨架標(biāo)簽的無線自組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)※

陳德軍，葉元，梅攀

(武漢理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，武漢 430070)

分析了傳統(tǒng)紙質(zhì)標(biāo)簽的弊端，利用電子貨架標(biāo)簽組網(wǎng)的便捷性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和穩(wěn)定性，結(jié)合Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)和無線傳感網(wǎng)(Wireless Sensor Network，WSN)的特點(diǎn)，提出了一種面向電子貨架標(biāo)簽的無線自組網(wǎng)協(xié)議，并從網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議、MAC協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸正確性和穩(wěn)定性，以及標(biāo)簽的低功耗等方面對其設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了闡述。

電子貨架標(biāo)簽；無線自組網(wǎng)；路由協(xié)議；MAC協(xié)議

引 言

目前，國內(nèi)外的一些公司在電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)上進(jìn)行了很多嘗試，比較主流的有Wi-Fi方案、有線電子標(biāo)簽方案，以及RFID方案等。但是由于射頻芯片有距離的限制，Wi-Fi方案并不能支持足夠數(shù)量的標(biāo)價(jià)牌；有線電子標(biāo)簽更不合理，因?yàn)樨浖芙?jīng)常需要移動，每次移動都需要重新布線；此外，RFID成本高，功耗不夠低，而且需要適用于電子標(biāo)價(jià)牌系統(tǒng)的專用RFID。所以構(gòu)建電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)需要解決好如下技術(shù)問題：系統(tǒng)組網(wǎng)方便快捷、數(shù)據(jù)傳輸正確穩(wěn)定、電子標(biāo)簽耗電量低。

無線射頻技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)相當(dāng)成熟，利用短距離無線通信技術(shù)，使用自定義的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使電子標(biāo)價(jià)牌系統(tǒng)自成局域網(wǎng)，由于采用了無線通信方式，從而避免了大規(guī)模布局布線的麻煩。當(dāng)前無線自組網(wǎng)已經(jīng)形成了一系列標(biāo)準(zhǔn)，包括MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，例如IEEE 802.11b、IEEE 802.15.4以及ZigBee協(xié)議棧等。然而，目前各種無線自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議大多是針對普遍情況而研究的，為滿足本系統(tǒng)的功能需求，本文參考了無線自組網(wǎng)的MAC協(xié)議和路由協(xié)議，結(jié)合電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，設(shè)計(jì)了一種面向電子貨架標(biāo)簽的無線自組網(wǎng)協(xié)議。

1 無線自組網(wǎng)路由協(xié)議的研究與設(shè)計(jì)

路由協(xié)議面向的是數(shù)據(jù)傳輸路由過程，由于網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)性能的差異，傳統(tǒng)的Internet路由協(xié)議并不適用，而且不同的應(yīng)用場景需求相差極大，設(shè)計(jì)通用的路由協(xié)議不僅過于復(fù)雜，而且也不科學(xué)，因此需要針對不同的應(yīng)用背景來設(shè)計(jì)協(xié)議棧。

無線自組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)可移動、可自主加入或者離開網(wǎng)絡(luò)以及節(jié)點(diǎn)休眠或者故障等因素，使得自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷在變化，另外無線收發(fā)和復(fù)雜的路由計(jì)算需要消耗節(jié)點(diǎn)較多的能量，傳統(tǒng)路由協(xié)議顯然并不適用。根據(jù)無線自組網(wǎng)的特性，結(jié)合本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了如下路由協(xié)議：系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用分層分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｈ舾蓚€(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)簇，每個(gè)簇都有一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，簇與簇之間通過簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，簇頭節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成高一級的網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)高一級的網(wǎng)絡(luò)里，還可以再次進(jìn)行分簇，這個(gè)過程可以一直進(jìn)行下去，直到最高層。簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的管理，并且完成簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息的收集、融合和轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)還負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。分層路由的優(yōu)勢在于可擴(kuò)展性好，可以用于大規(guī)模節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用場合，但是由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化，使得路由算法實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。典型的分層路由協(xié)議有LEACH、TEEN、APTEEN以及ZigBee協(xié)議棧中的路由協(xié)議等。本系統(tǒng)路由協(xié)議參照了LEACH協(xié)議和ZigBee協(xié)議棧路由機(jī)制，根據(jù)系統(tǒng)自身的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分層分簇路由協(xié)議設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)中Sink節(jié)點(diǎn)和Router節(jié)點(diǎn)均固定不變，Label與Sink節(jié)點(diǎn)通過Router中繼，網(wǎng)絡(luò)由Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)起建立。從圖1中可以看出，本系統(tǒng)中的Router節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于LEACH協(xié)議中的簇頭節(jié)點(diǎn)，但是簇頭節(jié)點(diǎn)固定。路由結(jié)構(gòu)與ZigBee樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似，Sink節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于ZigBee協(xié)調(diào)器，Router和Label節(jié)點(diǎn)就如同ZigBee路由和終端設(shè)備，但是Sink節(jié)點(diǎn)不帶終端節(jié)點(diǎn)。與二者不同的是，本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一旦構(gòu)成，則保持比較固定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的路由維護(hù)主要面向節(jié)點(diǎn)損壞的情況，在本系統(tǒng)中Router節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)各方數(shù)據(jù)，因此路由協(xié)議與LEACH協(xié)議和ZigBee路由機(jī)制不同，是二者的有機(jī)結(jié)合。

自組網(wǎng)路由協(xié)議描述如下：

(1) 網(wǎng)絡(luò)建立和設(shè)備加入過程

網(wǎng)絡(luò)的建立過程主要分為兩個(gè)階段：Router節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)階段和Label節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)階段。Sink節(jié)點(diǎn)接收到組網(wǎng)命令后，開始定時(shí)廣播組網(wǎng)信標(biāo)幀，并監(jiān)聽路由入網(wǎng)請求，收到子節(jié)點(diǎn)信標(biāo)請求后，如果自身地址空間未滿，可以容納該子節(jié)點(diǎn)，則回復(fù)子節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)請求。Router節(jié)點(diǎn)第一種入網(wǎng)方式為開機(jī)后處于實(shí)時(shí)監(jiān)聽狀態(tài)，準(zhǔn)備接收組網(wǎng)信標(biāo)幀，收到信標(biāo)幀，則回復(fù)信標(biāo)請求。收到信標(biāo)請求回復(fù)后，提取其中的路由信息存儲到準(zhǔn)父節(jié)點(diǎn)信息列表中，繼續(xù)偵聽，直到偵聽時(shí)間結(jié)束，從準(zhǔn)父節(jié)點(diǎn)信息列表中獲取最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)絡(luò)深度最小則最優(yōu))，并發(fā)送連接請求，收到該父節(jié)點(diǎn)連接請求回復(fù)，表示Router節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)成功，同時(shí)父節(jié)點(diǎn)將入網(wǎng)信息反饋至Sink節(jié)點(diǎn)，由Sink節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)庫，否則從剩下的準(zhǔn)父節(jié)點(diǎn)信息列表中獲取最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述過程，直至入網(wǎng)成功或者列表空。Router節(jié)點(diǎn)的第二種入網(wǎng)方式為到監(jiān)聽時(shí)間段結(jié)束從未收到組網(wǎng)信標(biāo)幀，就自動發(fā)信標(biāo)請求，等待發(fā)送次數(shù)到，查詢準(zhǔn)父節(jié)點(diǎn)信息列表，后續(xù)過程同第一種入網(wǎng)方式。Router節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)成功后，等待 Sink節(jié)點(diǎn)結(jié)束廣播，收到來自Sink節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)命令后，Router節(jié)點(diǎn)開始廣播組網(wǎng)信標(biāo)幀并監(jiān)聽信標(biāo)請求，如此循環(huán)，等待路由入網(wǎng)時(shí)間結(jié)束，此后如果有單個(gè)新路由節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，就通過第二種方式入網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)建立的第二階段為Label節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，在Router節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)階段結(jié)束后，Router節(jié)點(diǎn)均處于監(jiān)聽狀態(tài)，Label節(jié)點(diǎn)主動發(fā)送入網(wǎng)請求，等待Router節(jié)點(diǎn)回應(yīng)，Label節(jié)點(diǎn)提取路由信息，并存儲到準(zhǔn)父節(jié)點(diǎn)信息列表中，等待請求次數(shù)到，查詢列表并從中選擇最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)發(fā)送連接請求。收到父節(jié)點(diǎn)的連接請求回復(fù)表示入網(wǎng)成功，此時(shí)父節(jié)點(diǎn)將向Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送Label節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)信息(包括物理地址和網(wǎng)絡(luò)地址)，Sink將節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。

(2) 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址分配

由于本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)同ZigBee協(xié)議中的樹形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相同，故采用類似的路由機(jī)制。ZigBee協(xié)調(diào)器決定網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備最多可以擁有多少子設(shè)備，還規(guī)定了子設(shè)備中路由器的數(shù)目。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備有唯一的物理地址，入網(wǎng)后分配網(wǎng)絡(luò)地址，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址來尋址。設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址分配主要依據(jù)3個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：最多子設(shè)備數(shù)(Cm)，最大網(wǎng)絡(luò)深度(Lm)和最大子路由數(shù)(Rm)。根據(jù)式(1)計(jì)算地址偏移量Cskip(d)，其中d為網(wǎng)絡(luò)深度(Sink網(wǎng)絡(luò)深度為0)，地址偏移量決定了設(shè)備可以分配子設(shè)備的地址塊大小。

(1)

當(dāng)子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，父節(jié)點(diǎn)(Sink節(jié)點(diǎn)或Router節(jié)點(diǎn))給Router節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址的計(jì)算公式為式(2)，給Label節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址計(jì)算公式為式(3)，其中index為子路由或子標(biāo)簽的序號。

(2)

(3)

根據(jù)系統(tǒng)的背景，設(shè)定Sink節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址為2個(gè)字節(jié)長度，每個(gè)Sink節(jié)點(diǎn)以下的所有對象采用統(tǒng)一編址的方式。由此設(shè)定Lm= 3、Cm= 246、Rm= 6，地址分配情況如圖2所示。根據(jù)式(2)，Sink下的第一個(gè)子路由節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址為0+0+1=1，第二個(gè)子路由節(jié)點(diǎn)為0+1×1723+1=1724，即為十六進(jìn)制的0x06BC，而網(wǎng)絡(luò)地址為0x0001的路由下的最后一個(gè)入網(wǎng)的標(biāo)簽的網(wǎng)絡(luò)地址為1+6×247+240=1723，即為0x06BB。通過計(jì)算不難發(fā)現(xiàn)，所有在網(wǎng)絡(luò)地址為0x0001下的子設(shè)備，其網(wǎng)絡(luò)地址分配范圍為0x0002～0x06BB，可見網(wǎng)絡(luò)地址的分配是分段進(jìn)行的。根據(jù)上述說明，在給定Lm=3、Cm=246、Rm=6的情況下，網(wǎng)絡(luò)中的標(biāo)簽個(gè)數(shù)為6×240+6×6×240=10 080，路由的個(gè)數(shù)為6+6×6=42。

圖2 網(wǎng)絡(luò)地址分配

(3) 路由機(jī)制

網(wǎng)絡(luò)建立穩(wěn)定后，網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行通信，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，先判斷不等式A

2 無線自組網(wǎng)MAC協(xié)議研究與設(shè)計(jì)

MAC(Medium Access Control)協(xié)議是無線自組網(wǎng)協(xié)議棧中的關(guān)鍵部分，它的主要任務(wù)是提供網(wǎng)絡(luò)中無線節(jié)點(diǎn)對信道的接入方式，為其分配有限的無線通信資源，包括對無線信道進(jìn)行劃分、分配和能量控制等。

本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點(diǎn)是分層分簇，Label節(jié)點(diǎn)絕大部分時(shí)間工作在休眠態(tài)，而Sink和Router節(jié)點(diǎn)沒有針對低功耗的需求，而且Sink與Router、Router與Router之間的通信是通過nRF905完成的，Router與Label以及兩個(gè)Label之間的通信是通過CC2500完成的，所以在設(shè)計(jì)MAC協(xié)議時(shí)，可以分層考慮。此外本系統(tǒng)中Router節(jié)點(diǎn)是固定的，這與傳統(tǒng)的分簇型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的簇頭節(jié)點(diǎn)又有所不同，而且選用的射頻芯片都自帶了地址匹配功能和載波偵聽(CSMA)功能，CC2500還自帶信道評估(CCA)功能，根據(jù)這些特征，結(jié)合基于競爭型的S-MAC協(xié)議和TDMA型C-TDMA協(xié)議，本文設(shè)計(jì)了自身特有的混合型MAC層協(xié)議來滿足MAC協(xié)議要求，電子標(biāo)價(jià)牌系統(tǒng)MAC協(xié)議示意圖如圖3所示。

圖3 電子標(biāo)價(jià)牌系統(tǒng)MAC協(xié)議

具體協(xié)議描述略——編者注。

3 網(wǎng)絡(luò)性能保障機(jī)制

3.1 信號碰撞避免機(jī)制

影響網(wǎng)絡(luò)性能的首要因素就是多對一通信模式中的信號碰撞和串?dāng)_問題。當(dāng)多對節(jié)點(diǎn)同時(shí)在同一無線信道下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，或者多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向同一節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就容易發(fā)生信號碰撞，此時(shí)由于信號的疊加，極易使得接收數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致通信失敗。本系統(tǒng)MAC協(xié)議采用了物理載波幀和TDMA結(jié)合的方式來避免信號碰撞，能夠很好地解決信號碰撞問題。首先， NRF905和CC2500均自帶物理載波偵聽，發(fā)送前均偵聽信道是否空閑，若空閑則發(fā)送數(shù)據(jù)，否則就隨機(jī)退避；其次當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后，標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)的通信是通過TDMA方式進(jìn)行的，能夠避免簇內(nèi)的信號碰撞；網(wǎng)絡(luò)組建成功后路由節(jié)點(diǎn)與標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的通信是通過私有信道來完成的，故能夠很好地解決簇內(nèi)和簇間的信號碰撞問題。

3.2 串?dāng)_避免機(jī)制

在無線自組網(wǎng)中，接收并處理發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象稱為“串?dāng)_”。當(dāng)數(shù)據(jù)流較大、節(jié)點(diǎn)密度高的情況下，串?dāng)_會造成較大的能量浪費(fèi)，更嚴(yán)重的是當(dāng)節(jié)點(diǎn)等待特定數(shù)據(jù)包的時(shí)候收到串?dāng)_包，而錯(cuò)過了特定數(shù)據(jù)包，會導(dǎo)致通信失敗。在節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)過程和更新標(biāo)簽信息兩種情況下，最易發(fā)生串?dāng)_現(xiàn)象。本系統(tǒng)通過射頻芯片的地址匹配、數(shù)據(jù)幀地址匹配和信道分配來解決串?dāng)_問題。首先，帶nRF905模塊的發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過廣播的形式發(fā)送含有接收端地址的數(shù)據(jù)包，接收端收到數(shù)據(jù)后，通過私信地址進(jìn)行下一步通信，能夠有效防止串?dāng)_；其次，帶CC2500模塊的發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過公共信道發(fā)送含有接收端地址的數(shù)據(jù)包，接收端接收到數(shù)據(jù)后，通過私有信道進(jìn)行下一步通信，同樣能夠有效防止串?dāng)_；再次網(wǎng)絡(luò)組建穩(wěn)定后，標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)在TDMA的機(jī)制下，定時(shí)喚醒與路由節(jié)點(diǎn)通信，避免了串?dāng)_。由于系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一的物理地址和網(wǎng)絡(luò)地址，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，接收數(shù)據(jù)均需要進(jìn)行地址匹配(入網(wǎng)前采用物理地址匹配，入網(wǎng)后采用網(wǎng)絡(luò)地址匹配)，當(dāng)?shù)刂凡黄ヅ鋾r(shí)，接收節(jié)點(diǎn)立刻進(jìn)入特定狀態(tài)(繼續(xù)偵聽或者休眠)，能夠有效避免串?dāng)_或者減小串?dāng)_的影響。

3.3 心跳維護(hù)機(jī)制

系統(tǒng)采用分層分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立之后，一段時(shí)間內(nèi)是能保持穩(wěn)定的，當(dāng)簇建立后，路由節(jié)點(diǎn)采用TDMA方式為每個(gè)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)分配心跳信息傳輸?shù)臅r(shí)間片，正常的心跳通信過程標(biāo)識無線通信鏈路正常。鏈路表現(xiàn)出不正常的情況會逐級反饋至Sink節(jié)點(diǎn)，并反饋至客戶端，從而對無線網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)有了很好的實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)監(jiān)測到節(jié)點(diǎn)狀態(tài)異常，可以及時(shí)對異常進(jìn)行定位并作出相應(yīng)的處理，因此能夠較好地保障網(wǎng)絡(luò)故障及時(shí)恢復(fù)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

TDMA方式下，難點(diǎn)在于網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。由于網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)硬件層限制，加上對標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)功耗的苛刻要求，多跳的無線自組網(wǎng)絡(luò)難以完成全局的時(shí)間同步，然而每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)信號只是覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一小部分，因此基于一跳網(wǎng)絡(luò)覆蓋來建立簇內(nèi)的時(shí)間同步就相對容易得多，不僅滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，而且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)因?yàn)闀r(shí)間復(fù)用提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。簇內(nèi)的時(shí)間同步過程以及心跳機(jī)制描述略——編者注。

4 無線自組網(wǎng)絡(luò)測試

4.1 節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)測試

為了方便調(diào)試，上位機(jī)界面在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)Sink節(jié)點(diǎn)反饋的信息將入網(wǎng)信息解析，顯示在節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)信息反饋列表里，反饋信息列表內(nèi)容略——編者注。

4.2 大規(guī)模標(biāo)簽?zāi)M測試

由于硬件節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限，為了測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本文給出一種大規(guī)模標(biāo)簽的模擬測試方案。對有限數(shù)量的標(biāo)簽進(jìn)行循環(huán)更新，輪流循環(huán)向下發(fā)送商品更新數(shù)據(jù)命令，并統(tǒng)計(jì)更新次數(shù)、更新成功次數(shù)和更新失敗次數(shù)，以及需要的時(shí)間。測試結(jié)果如圖4所示。根據(jù)結(jié)果可以得出以下3個(gè)結(jié)論：

圖4 大規(guī)模標(biāo)簽?zāi)M測試結(jié)果

① 根據(jù)已發(fā)命令次數(shù)等于更新成功次數(shù)和更新失敗次數(shù)之和，可以推斷Sink節(jié)點(diǎn)很穩(wěn)定，能夠正常收到管理平臺下發(fā)的商品更新信息，并按規(guī)定回復(fù)。

② 根據(jù)發(fā)送1450次更新命令，而更新成功次數(shù)達(dá)到1435，成功率達(dá)到99%，可以推斷系統(tǒng)內(nèi)路由節(jié)點(diǎn)和標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)也很穩(wěn)定，而且在更新失敗的情況下，能夠恢復(fù)正常，說明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自愈性。

③ 更新失敗的情況下，需要3.5 s反饋更新失敗，平均計(jì)算，單個(gè)標(biāo)簽更新成功需要419 ms。

4.3 標(biāo)簽網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測測試

根據(jù)系統(tǒng)MAC協(xié)議和路由協(xié)議的描述，系統(tǒng)內(nèi)由標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)定期向上發(fā)送心跳包，該時(shí)間間隔是固定分配好的，路由下的某標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)向路由發(fā)送心跳包，通過自組網(wǎng)絡(luò)成功反饋至客戶端時(shí)，表示標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)在線，否則表示標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)離線。狀態(tài)監(jiān)測效果略——編者注。

結(jié) 語

本文綜合了Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)和無線傳感網(wǎng)(Wireless Sensors Network，WSN)的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了適合的無線網(wǎng)的組網(wǎng)方案，實(shí)現(xiàn)了無線自組網(wǎng)的MAC協(xié)議和路由協(xié)議，完成了標(biāo)簽的組網(wǎng)和多跳通信。利用物理載波偵聽、TDMA以及信道復(fù)用等機(jī)制避免了信號碰撞和串?dāng)_，提升了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)正確率。通過設(shè)置數(shù)據(jù)加密以及報(bào)警功能，保證了系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的安全性。

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陳德軍(教授)，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)。

Chen Dejun,Ye Yuan,Mei Pan

(Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China)

In order to overcome the shortcomings of paper tags,this paper proposes a new electronic shelf label protocol in Ad-Hoc Network which Combining with the characters of Ad-Hoc Network and Wireless Sensor Network(WSN) and the advantages of electronic shelf label such as convenience,correctness and stability of data transmission.The article includes the following contents such as network routing protocol,MAC protocol,correctness and stability of data transmission and the low power design of the label.

electronic shelf label;Ad-Hoc Network;routing protocol;MAC protocol

TN929.5

A

士然

2014-08-23)