實現LED路燈網絡的智能監控

　　(2)參數包

　　圖3(b)所示，為LED路燈網絡節點上傳的參數包格式。控制節點可采用定時輪詢或即時查詢方式獲取網絡內各LED節點的狀態參數，如電流值、發光亮度值等，各LED節點只有在接到讀取參數的命令后才會向控制節點發送參數包。參數包各字段定義如下：

　　包類型：為2;

　　源地址：為上傳參數LED節點的地址;

　　包序列號：為上傳參數LED節點發出的參數包編號;

　　接力模式：由于只有在節點收到讀取狀態參數命令后才會發送參數包，因此，參數包的接力模式由命令包的接力模式確定;

　　狀態標志：為0，表示對應LED節點無故障;為1，表示對應節點有故障;為2，表示對應節點及后繼節點有故障;

　　狀態參數1-3：為LED節點的有關參數，如電流值、電壓值以及LED的發光亮度值等。

　　(3)應答確認包

　　圖3(c)所示，為應答確認包格式。為了實現可靠傳輸，每個節點在收到命令包或參數包后需要發送應答確認信息包。如果信息包的發送(轉發)方在設定的時間內沒有收到應答確認包，則會啟動對該信息包的重新發送。應答確認包各字段的數值定義如下：

　　包類型：為3;

　　節點地址：發出確認應答包節點的地址。

　　確認類型：收到信息包的包類型;

　　確認號：為節點收到信息包的包序列號;

　　2.2網絡路由協議

　　LED路燈傳感網絡路由協議的核心是各節點對信息包的轉發機制。由于每一個節點的信號覆蓋范圍有限，其信息只能向鄰近的節點發送，如要將信息送往遠處節點則只能依賴中間節點的多次轉發。根據前述1.2定義的條件，節點轉發信息包可以分為三種模式，即單跳接力模式，雙跳接力模式和變跳接力模式，各LED節點將根據信息包中接力模式字段的定義進行選擇。

　　2.2.1單跳接力模式

　　圖2(a)所示，為單跳接力模式的拓撲結構圖。它是一個比較簡單的轉發模式，要求每個節點無線信號覆蓋的半徑范圍大于節點間距L即可，信息包只需往鄰近的前驅節點或后繼節點轉發。在這種模式下，節點處理收到信息包的方法如下：

　　①節點接收一個命令包(如圖3(a))后，向前驅節點發送接收確認應答包;將命令包中的跳數減1;比較節點自身地址(NA)與命令包中目標地址的大小，相等則執行包中的命令且無須轉發命令包，不等則向后繼節點轉發該包;如果是廣播命令(目標地址值為0xffff)，既在本節點執行該命令同時也向后繼節點轉發該命令包。轉發時的路由地址為：NA+1.當命令包傳送到網絡中的最后一個LED節點時，跳數減1后將為0，包將不再被轉發。

　　②節點接收到參數包(如圖3(b))后，只需向后繼節點發送接收確認包和向前驅節點轉發，轉發參數包的路由地址為：NA-1.

　　③節點收到命令包或參數包后，必須發送接收確認包(如圖3(c))，當收到命令包時，確認類型值為1，發送應答確認包的路由地址為NA-1;當收到參數包時確認類型值為2，發送應答確認包的路由地址為NA+1.

　　2.2.2雙跳接力模式

　　圖2(b)所示，為雙跳接力模式的拓撲結構圖。這種模式要求每一個節點的無線信號覆蓋半徑范圍≥2L.從圖2可知，雙跳接力模式每次跨越兩個節點，傳送信息包到指定節點的轉發次數比單跳接力模式要少一半，因此其傳送時延也要小。在雙跳接力模式下，將整個網絡所有LED節點按照其地址值的奇偶性分成2個接力鏈，即奇地址節點鏈和偶地址節點鏈。控制節點發送廣播命令時，需要針對奇地址節點鏈和偶地址節點鏈分別發送，命令信息包分別在奇地址節點鏈和偶地址節點鏈上同時傳播。在雙跳接力模式下，節點處理收到信息包的方法如下：

　　①節點接收到命令包后的處理方法與單跳接力模式基本相同，但包轉發時的路由地址變為：NA+2.

　　②同樣節點接收到數據包后的處理方法也與單跳接力模式基本相同，只是在包轉發時的路由地址變為：NA-2.

　　③節點收到命令包或參數包后，必須發送接收確認包，當收到命令包時，確認類型值為1，發送應答確認包的路由地址為NA-2;當收到參數包時確認類型值為2，發送應答確認包的路由地址為NA+2.

　　無論是單跳接力模式還是雙跳接力模式，節點發送命令信息包或參數信息包后，在規定的時間內未收到確認信息包，則需要重發，重發次數一般不超過3次。

　　2.2.3變跳接力模式

　　變跳接力模式實際上是單跳接力模式和雙跳接力模式的一種補充，主要用于下一跳節點出現通信故障時。在單跳接力模式或雙跳接力模式工作時，如果在多次重發后仍收不到下一跳節點的應答確認信息包，說明下一跳節點出現了通信故障。這時通過改變接力模式，由單跳變雙跳或者由雙跳變單跳可以繞開下一跳有通信故障的節點，繼續信息包的接力傳送。同時，將故障節點的相關信息反饋到控制節點。變跳接力模式要求每一個節點的無線信號覆蓋半徑范圍≥2L.變跳接力模式分為兩種情況：

　　(1)初始傳送為單跳接力模式

　　設LED節點i的地址為NAi，當LED節點i以單跳模式轉發命令包(或參數包)時，即使重發，仍然收不到LED節點i+1(或i-1)的確認包，于是斷定下一跳節點出現故障。這時如果傳送的是命令包則從①開始執行，如果傳送的是參數包則執行②，因為故障節點在傳命令包時已遇上，傳送參數包時遇故障節點無須重復報告故障信息。

　　①LED節點i向控制節點報告故障節點信息。此時，節點i向控制節點發送參數包，包的狀態參數置為1，源地址為故障節點的地址，即NAi+1，發送參數包的路由地址為NAi-1.

　　②改變接力模式為雙跳模式，將信息包轉發給節點i+2(或i-2)，以繞開故障節點，路由地址為NAi+2(或NAi-2)，若能收到應答確認包，則本節點轉發完成，否則說明遇上了兩個或兩個以上連續故障節點，需繼續執行③。

　　③如果此時傳送的是命令包，則LED節點i需向控制節點報告故障節點狀態信息，狀態參數包的狀態標志置為2，源地址為故障節點的地址，即NAi+2，發送參數包的路由地址為NAi-1.隨后，轉發中止。

　　(2)初始傳送為雙跳接力模式

　　當LED節點i(地址為NAi)欲以雙跳接力模式轉發命令包(或參數包)時，必須對包進行分析，根據接力模式字段的值為2或3，可以判定當前為偶地址鏈或奇地址鏈接力模式。當NAi的值為奇數，跳變模式為奇鏈，或者NAi的值為偶數，跳變模式為偶鏈時，執行如下步驟①;當NAi的值為奇數，跳變模式為偶鏈，或者NAi的值為偶數，跳變模式為奇鏈時，執行如下步驟②;

　　①節點i以雙跳接力模式轉發命令包(或參數包)，路由地址為NAi+2(或NAi-2)，如果收不到應答確認，則下一跳節點出現故障。如果這時轉發的是命令包，則需向控制節點報告故障，往其前驅節點i-2發送故障信息參數包，路由地址為NAi-2，故障信息參數包的源地址(即故障節點的地址)為NAi+2，狀態標志為1.同時，改用單跳接力模式將信息包轉發給節點i+1(或i-1)，以繞開故障節點，轉發的路由地址為NAi+1(或NAi-1);若能收到確認包，則本節點轉發完成，否則執行③;

　　②節點i改為單跳接力模式轉發命令包(或參數包)，路由地址為NAi+1(或NAi-1)，若能收到確認包，則本節點轉發完成，否則，再改用雙跳接力模式轉發，將信息包轉發給節點i+2(或i-2)，以繞開故障節點，轉發的路由地址為NAi+2(或NAi-2);若能收到確認包，則本節點轉發完成，否則執行③;

　　③說明遇上了兩個或兩個以上連續故障節點，LED節點i需向控制節點報告故障節點信息。此時，節點i向控制節點發送故障參數包的狀態標志為2，源地址為故障節點的地址，即NAi+1，發送參數包，路由地址為NAi-1.隨后轉發中止。

　　上述變跳接力模式能解決分散的單個通信故障節點接力傳送問題。但當網絡中出現連續2個或2個以上通信故障節點時，則只能報告故障節點位置而不能再繼續接力傳送。若要解決連續多故障節點的問題，既需要改變接力算法，也需要各節點的無線信號覆蓋半徑范圍更大。