無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

1、第 1 頁(yè) 共 17 頁(yè)無(wú)線 mesh 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案黃河科技學(xué)院無(wú)線 mesh 網(wǎng)絡(luò)王志剛王志剛2013 年年 04 月月第 2 頁(yè) 共 17 頁(yè)目錄目錄第第 1 章章關(guān)于本方案關(guān)于本方案 .3第第 2 章章概述概述 .32.1項(xiàng)目背景 .3第第 3 章章總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) .33.1總體設(shè)計(jì)目標(biāo) .33.2軟件系統(tǒng)協(xié)議設(shè)計(jì)說(shuō)明 .43.3軟件系統(tǒng)傳輸協(xié)議格式說(shuō)明 .4第第 4 章章詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì) .74.1技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì) .74.1.1無(wú)線mesh總體方案設(shè)計(jì).74.1.2節(jié)點(diǎn)通信架構(gòu)設(shè)計(jì).74.2通信子節(jié)點(diǎn)原理設(shè)計(jì) .84.2.1節(jié)點(diǎn)查詢(xún)?cè)恚?84.2.2查詢(xún)關(guān)鍵約.94.2.3接點(diǎn)通信方

2、式.94.3中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì) .104.3.1硬件組成框圖.104.3.2軟件流程框圖.104.3.3函數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明.114.4終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì) .124.4.1硬件組成框圖.124.4.2軟件流程框圖.134.4.3函數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明.144.5傳輸協(xié)議設(shè)計(jì) .144.5.1接點(diǎn)通信方式.144.6數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) .154.6.1節(jié)點(diǎn)信息表 T1.154.6.2電量表 T2.154.6.3水量表 T3.154.6.4溫度表 T4.154.6.5濕度表 T5.154.6.6煙霧告警表 T6.16第第 5 章章項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃 .165.1硬件人員分工和時(shí)間安排 .165.2軟件人員分工

3、和時(shí)間安排 .165.3網(wǎng)站人員分工和時(shí)間安排 .16第第 6 章章經(jīng)費(fèi)預(yù)算經(jīng)費(fèi)預(yù)算 .16第 3 頁(yè) 共 17 頁(yè)第第 1 1 章章 關(guān)于本方案關(guān)于本方案本方案為黃河科技學(xué)院信息工程學(xué)院無(wú)線 mesh 網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的需求分析和設(shè)計(jì)方案，包括但不限于硬件平臺(tái)、軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)、項(xiàng)目人員分配、項(xiàng)目完成計(jì)劃。第第 2 2 章章 概述概述2.12.1項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景無(wú)線 mesh 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案為無(wú)線 mesh 團(tuán)隊(duì)提供算法的支持平臺(tái)。第第 3 3 章章 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)3.13.1總體設(shè)計(jì)目標(biāo)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)本項(xiàng)目由軟件和硬件兩部分組成硬件：1、做板子。有顯示、鍵盤(pán)組成。LPC2148 芯片

4、。（1）、步驟一：以 LPC2148 開(kāi)發(fā)板為平臺(tái)，連接 Unet 測(cè)試板。以 RS232 串口連接。Unet 測(cè)試板用 5V 供電，和 LPC2148 開(kāi)發(fā)板的串口 1 以電纜連接。LPC2148 串口 2 監(jiān)控水表、電表等。（2）、步驟二：畫(huà) SCH 板子，自己做板，焊接。2、底層程序（1）、顯示部分（2）、鍵盤(pán)（3）、U_Net 連接部分。用 RS232 連接。（4）、連接電表、水表等。用 RS485。（5）、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受。3、上位機(jī)程序。（1）、串口通信部分。（2）、顯示部分（3）、數(shù)據(jù)庫(kù)部分（3）、TCPIP 和 web 服務(wù)器鏈接部分。4、web 服務(wù)器部分（1）、TCPIP

5、和上位機(jī)連接部分（2）、顯示部分（3）、數(shù)據(jù)庫(kù)部分（4）、界面部分第 4 頁(yè) 共 17 頁(yè)3.23.2軟件系統(tǒng)協(xié)議設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)協(xié)議設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)明Unet 協(xié)議操作流程（1）NP 發(fā)送的時(shí)候，串口是透明的，但是在網(wǎng)絡(luò)層會(huì)有地址碼，所以 AP 收到會(huì)知道來(lái)自哪個(gè) NP，只是需要用 API 的格式表現(xiàn)出來(lái)（2）基本上 unet 不需要額外的操作設(shè)置，NP 透?jìng)魃蠄?bào)數(shù)據(jù)到 AP，AP 透?jìng)鲝V播到所有的 NP 或者 API 的格式發(fā)到某一個(gè) NP。（3）unet 地址改不了，固化了的 1001 1002 1003（4）NP 2400（5）如果接的是 NP，NP 是沒(méi)有透明模式的，用+返回 OK 就說(shuō)明 P

6、C 和模塊通信是可以的Unet 的設(shè)置1、AP （1）API 設(shè)置命令，串口 9600,n,8,1+ATAP 0ATWRATCN收到 OK 為正確接收。（2）透?jìng)鞯脑O(shè)置命令，串口 2400,n,8,1+ATAP 1ATWRATCN收到 OK 為正確接收。2、NP（1）輸入 + 返回 ok；傳輸模式到 AT 命令集。（2）輸入 ATCN ，從 AT 命令集到透?jìng)髂Ｊ健?、數(shù)據(jù)發(fā)送（1）、AP 數(shù)據(jù)發(fā)送7E 00 15 01 00 FF FF 00 01 23 45 67 89 AB CD EF 01 23 45 67 89 AB CD EF 80 NP 數(shù)據(jù)接收01 23 45 67 89 AB

7、 CD EF 01 23 45 67 89 AB CD EF （2）、NP 發(fā)送1234567890ABCDEFAP 接收7E 00 15 81 10 08 00 00 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 41 42 43 44 45 46 C43.33.3軟件系統(tǒng)傳輸協(xié)議格式說(shuō)明軟件系統(tǒng)傳輸協(xié)議格式說(shuō)明1數(shù)據(jù)格式API 模式 (AP 參數(shù) = 1)在 API 模式(AP=1)下，串口數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)定義如下：串口數(shù)據(jù)的每個(gè)幀均由 4 個(gè)字段組成，分別是 Start Delimiter、Length、Frame Data 和 ChecksumStart Delimiter。

8、第 5 頁(yè) 共 17 頁(yè)Start Delimiter 是幀頭標(biāo)志，API 模式的幀頭固定為 0 x7E。Length：Length 是有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，是 Frame Data 字段的長(zhǎng)度，MSB=高字節(jié), LSB=低字節(jié)。Frame Data：Frame Data 是有效數(shù)據(jù)字段。Checksum：Checksum 為校驗(yàn)和，它用于校驗(yàn)整個(gè)數(shù)據(jù)幀的正確性。校驗(yàn)和的計(jì)算: 不包括幀頭和長(zhǎng)度(1-3 字節(jié))在內(nèi)，將“FrameData”字段的內(nèi)容逐個(gè)相加并只保留一個(gè)字節(jié)的和，再用 0 xFF 減去這個(gè)和即可。校驗(yàn): 不包括幀頭和長(zhǎng)度(1-3 字節(jié))在內(nèi)，將“Frame Data” 字段的內(nèi)容逐個(gè)相

9、加并只保留一個(gè)字節(jié)的和， 然后再加上 Checksum 的值，如果相加的結(jié)果等于 0 xFF 則說(shuō)明校驗(yàn)正確。2幀結(jié)構(gòu)定義API 模式下串口的幀結(jié)構(gòu)及“Frame Data”字段的定義如下：“cmdID”字段(API-identifier) 是用于標(biāo)示該數(shù)據(jù)幀執(zhí)行何種 API 命令的命令碼。下面各節(jié)將介紹幾個(gè)不同的 API 命令，需要注意的是，對(duì)多于一個(gè)字節(jié)組成的字段(比如“Length”字段)，其高字節(jié)在前。3數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求API 命令碼: 0 x01模塊在收到命令碼為 0 x01 的數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求幀后，將會(huì)把數(shù)據(jù)幀中的“RF Data”字段的內(nèi)容，發(fā)送到“Destination Address

10、”指定的 16-bit 目的地址。下圖：數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求的幀結(jié)構(gòu)第 6 頁(yè) 共 17 頁(yè)注：16-bit 地址為模塊標(biāo)簽上的地址，如 1001、1002 等，它們分別表示模塊的地址為 0 x1001、0 x1002，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求中的 16-bit 目的地址為 FFFF 時(shí)，表示數(shù)據(jù)為廣播。4數(shù)據(jù)接收API 命令碼: 0 x81 當(dāng)模塊收到空中數(shù)據(jù)后，將按照以下的幀結(jié)構(gòu)定義將數(shù)據(jù)打包后發(fā)送到串口。下圖，數(shù)據(jù)接收的幀結(jié)構(gòu)第 7 頁(yè) 共 17 頁(yè)第第 4 4 章章 詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)4.14.1技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)4.1.14.1.1 無(wú)線無(wú)線 mesh 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)客服

11、端客服端客服端服務(wù)器中心節(jié)點(diǎn)總體框架圖系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖圖一：中心控制點(diǎn)總體框圖4.1.24.1.2 節(jié)點(diǎn)通信架構(gòu)節(jié)點(diǎn)通信架構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)第 8 頁(yè) 共 17 頁(yè)4.24.2通信子節(jié)點(diǎn)原理設(shè)計(jì)通信子節(jié)點(diǎn)原理設(shè)計(jì)4.2.14.2.1 節(jié)點(diǎn)查詢(xún)?cè)恚汗?jié)點(diǎn)查詢(xún)?cè)恚?1)所有節(jié)點(diǎn)不用地址設(shè)置。節(jié)點(diǎn)的地址通過(guò)查詢(xún)得到。節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系采用主從節(jié)點(diǎn)查詢(xún)方式，主從節(jié)點(diǎn)查詢(xún)方式用于節(jié)點(diǎn)之間的識(shí)別和定位。節(jié)點(diǎn)內(nèi)信息傳送方式，用于主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間的信息傳遞。主從節(jié)點(diǎn)查詢(xún)工作流程如下：主節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢(xún)消息。由于是節(jié)點(diǎn)查詢(xún)，需要查詢(xún)所有的節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其關(guān)鍵字，可以是時(shí)間序列。無(wú)線信號(hào)覆蓋的一定區(qū)域，所有的節(jié)點(diǎn)相應(yīng)

12、。由于主節(jié)點(diǎn)接受的信息是無(wú)序的，所以，主節(jié)點(diǎn)縮小查詢(xún)時(shí)間序列范圍，繼續(xù)查詢(xún)。直到收到正常的時(shí)間序列，此時(shí)的從接點(diǎn)為 S1。主節(jié)點(diǎn)查詢(xún)所有的子節(jié)點(diǎn)得到主節(jié)點(diǎn)查詢(xún)的節(jié)點(diǎn)集合S查詢(xún)區(qū)域內(nèi)主節(jié)點(diǎn)系列集合M得到主鏈表：Lm以集合S內(nèi)的節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，遞歸查詢(xún)所有的子節(jié)點(diǎn)得到從節(jié)點(diǎn)鏈表Ls圖二 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)流程框圖Fig 2 Wireless network inquires the flow diagram(2)重復(fù)(1)的過(guò)程，查詢(xún)主節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域。對(duì)所有查詢(xún)的節(jié)點(diǎn)中，已經(jīng)被正確查詢(xún)的節(jié)點(diǎn)不在響應(yīng)。沒(méi)有被正確查詢(xún)的節(jié)點(diǎn)響應(yīng)主節(jié)點(diǎn)的查詢(xún)。根據(jù)查詢(xún)結(jié)果，得到主節(jié)點(diǎn)查詢(xún)的節(jié)點(diǎn)集合 S：S1、S2、S3、Sn；(

13、3)以集合 S：S1、S2、S3、Sn的節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，重復(fù)(1)、(2)的過(guò)程，遞歸查詢(xún)服務(wù)區(qū)域的所有從節(jié)點(diǎn)。第 9 頁(yè) 共 17 頁(yè)4.2.24.2.2 查詢(xún)關(guān)鍵約查詢(xún)關(guān)鍵約（1）、已經(jīng)通過(guò)查詢(xún)定位的子節(jié)點(diǎn)，不在響應(yīng)之列，如集合S：S1、S2、S3、Sn。（2）、區(qū)域內(nèi)沒(méi)有定位子節(jié)點(diǎn)，均需響應(yīng)，以此找到最大區(qū)域的主節(jié)點(diǎn)系列集合 M：M1、M2、Mn。（3）、根據(jù)查找順序，取得查詢(xún)列表，以鏈表方式表示。（4）、主鏈表如下表示：Lm：Lm1、Lm2、Lmn；（5）、每個(gè)主鏈表下從節(jié)點(diǎn)鏈表如下表示：Ls：Ls1、Ls2、Lsk；（6）、根據(jù)查詢(xún)結(jié)果，形成一個(gè)小區(qū)無(wú)線節(jié)點(diǎn)分布圖。4.2.34.2.3

14、 接點(diǎn)通信方式接點(diǎn)通信方式（1）、主機(jī)發(fā)命令，由主節(jié)點(diǎn)定時(shí)查詢(xún)集合 S：S1、S2、S3、Sn。（2）、以集合 S：S1、S2、S3、Sn內(nèi)的節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，定時(shí)查詢(xún)區(qū)域內(nèi)的主接點(diǎn)系列集合 M：M1、M2、Mn。（3）、以集合 M：M1、M2、Mn為主節(jié)點(diǎn)，定時(shí)查詢(xún)其下的從節(jié)點(diǎn)鏈表Ls：Ls1、Ls2、Lsk所有節(jié)點(diǎn)的信息上報(bào)。第 10 頁(yè) 共 17 頁(yè)4.34.3中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)4.3.14.3.1 硬件組成框圖硬件組成框圖主控制計(jì)算機(jī)中心節(jié)點(diǎn)RS232接口主控制計(jì)算機(jī)和中心節(jié)點(diǎn)通過(guò) RS232 接口連接。中心節(jié)點(diǎn)節(jié) AP 點(diǎn)。4.3.24.3.2 軟件流程框圖軟件流程

15、框圖開(kāi)始啟動(dòng)查詢(xún)節(jié)點(diǎn)命令，節(jié)點(diǎn)查詢(xún)和計(jì)算機(jī)通信通過(guò)計(jì)算機(jī)的命令。查詢(xún)節(jié)點(diǎn)第 11 頁(yè) 共 17 頁(yè)4.3.34.3.3 函數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明函數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明終端監(jiān)控服務(wù)器中心節(jié)點(diǎn)頂層包:主角1查詢(xún)命令（）節(jié)點(diǎn)查詢(xún)命令 FindOutNode()節(jié)點(diǎn)查詢(xún)命令節(jié)點(diǎn)電量查詢(xún)命令 FindOutElec()節(jié)點(diǎn)水表查詢(xún)命令 FindOutWater()節(jié)點(diǎn)告警查詢(xún)命令 FindOutAlert()節(jié)點(diǎn)溫度查詢(xún)命令 FindOutTemp()節(jié)點(diǎn)濕度查詢(xún)命令 FindOutClimate()節(jié)點(diǎn)電量查詢(xún)命令 FindOutElec()節(jié)點(diǎn)水表查詢(xún)命令 FindOutWater()節(jié)點(diǎn)告警查詢(xún)命令 FindOut

16、Alert()節(jié)點(diǎn)溫度查詢(xún)命令 FindOutTemp()節(jié)點(diǎn)濕度查詢(xún)命令 FindOutClimate()第 12 頁(yè) 共 17 頁(yè)4.44.4終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)4.4.14.4.1 硬件組成框圖硬件組成框圖LPC2148HAC-Unet EP計(jì)量水表表、電表存儲(chǔ)器按鍵顯示溫度濕度煙霧告警終端節(jié)點(diǎn)由 HAC-Unet Ep 或 NP、LPC2148、計(jì)量水表（或電表）、存儲(chǔ)器、按鍵、顯示、溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧告警等組成第 13 頁(yè) 共 17 頁(yè)4.4.24.4.2 軟件流程框圖軟件流程框圖開(kāi)始初始化，掃描響應(yīng)主節(jié)點(diǎn)查詢(xún)命令計(jì)量電表數(shù)據(jù)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)發(fā)送濕度數(shù)據(jù)發(fā)送

17、煙霧告警數(shù)據(jù)發(fā)送第 14 頁(yè) 共 17 頁(yè)4.4.34.4.3 函數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明函數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明主節(jié)點(diǎn)子節(jié)點(diǎn)查詢(xún)處理初始化，掃描響應(yīng)主節(jié)點(diǎn)查詢(xún)命令計(jì)量電表數(shù)據(jù)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)發(fā)送濕度數(shù)據(jù)發(fā)送煙霧告警數(shù)據(jù)發(fā)送4.54.5傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)4.5.14.5.1 接點(diǎn)通信方式接點(diǎn)通信方式按照主節(jié)點(diǎn)查詢(xún)所有子節(jié)點(diǎn)方式，定義如下：命令字：0 x01, 查詢(xún)數(shù)據(jù)電量查詢(xún)：0 x10水表查詢(xún)：0 x11溫度查詢(xún)：0 x12濕度查詢(xún)：0 x13煙霧告警：0 x14從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)返回：命令字：0 x80電量查詢(xún)：0 x10。返回值：共 4 字節(jié)。如 aa bb cc dd；其中，dd 為小數(shù)部分水表查詢(xún)：0 x11返

18、回值：共 4 字節(jié)。如 aa bb cc dd；其中，dd 為小數(shù)部分溫度查詢(xún)：0 x12返回值：共 2 字節(jié)。如 cc dd；其中，dd 為小數(shù)部分濕度查詢(xún)：0 x13返回值：共 2 字節(jié)。如 cc dd；其中，dd 為小數(shù)部分第 15 頁(yè) 共 17 頁(yè)煙霧告警：0 x14。返回：0 xaa，煙霧告警。其他待定。4.64.6數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)4.6.14.6.1 節(jié)點(diǎn)信息表節(jié)點(diǎn)信息表 T1ID：用戶(hù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)（4 字節(jié)）NAME：用戶(hù)名字（20 字節(jié)）4.6.24.6.2 電量表電量表 T2ID：用戶(hù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)（4 字節(jié)）NAME：用戶(hù)名字（20 字節(jié)）Time：用戶(hù)時(shí)間（4 字節(jié)）Date：

19、用戶(hù)日期（4 字節(jié)）Elec：電量值：共 4 字節(jié)。如 aa bb cc dd；其中，dd 為小數(shù)部分4.6.34.6.3 水量表水量表 T3ID：用戶(hù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)（4 字節(jié)）NAME：用戶(hù)名字（20 字節(jié)）Time：用戶(hù)時(shí)間（4 字節(jié)）Date：用戶(hù)日期（4 字節(jié)）Water：水量值：共 4 字節(jié)。如 aa bb cc dd；其中，dd 為小數(shù)部分4.6.44.6.4 溫度表溫度表 T4ID：用戶(hù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)（4 字節(jié)）NAME：用戶(hù)名字（20 字節(jié)）Time：用戶(hù)時(shí)間（4 字節(jié)）Date：用戶(hù)日期（4 字節(jié)）Temp：溫度值：共 2 字節(jié)。如 cc dd；其中，dd 為小數(shù)部分4.6.54.6.5

20、 濕度表濕度表 T5ID：用戶(hù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)（4 字節(jié)）NAME：用戶(hù)名字（20 字節(jié)）Time：用戶(hù)時(shí)間（4 字節(jié)）Date：用戶(hù)日期（4 字節(jié)）Climarc：濕度值：共 2 字節(jié)。如 cc dd；其中，dd 為小數(shù)部分第 16 頁(yè) 共 17 頁(yè)4.6.64.6.6 煙霧告警表煙霧告警表 T6ID：用戶(hù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)（4 字節(jié)）NAME：用戶(hù)名字（20 字節(jié)）Time：用戶(hù)時(shí)間（4 字節(jié)）Date：用戶(hù)日期（4 字節(jié)）Alert：0 xaa，煙霧告警。其他待定。第第 5 5 章章 項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃5.15.1硬件人員分工和時(shí)間安排硬件人員分工和時(shí)間安排1、文檔熟悉，2013-6-20 到 2013-6-30。人員：李小亮、王鴻運(yùn)、王麗霞、肜瑤。2、硬件一期，指的是把測(cè)試板和 LPC2148 開(kāi)發(fā)板安裝在一起，電池供電。時(shí)間：2013-7-1 到 2013-7-15。3、硬件二期，指的是外圍電路的添加。外圍電路是指：電表、水表、溫度、濕度、煙霧告警。時(shí)間從 2013-8-1 到 2013-8-15。4、硬件三期