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实现LED路灯网络的智能监控

作者:6up 发布时间:2020-08-10 16:57

  使用低压直流电源,便于附加检测与控制电路,这对路灯网络的智能化管理,进一步节能降耗带来了方便。对于路灯网络的管理与控制,既可以采用电力载波通信技术,也可技术的快速发展,使得短距离无线通信技术在应用成本、可靠性与通信速率等方面均已优于电力载波通信技术,例如Zigbee短距离无线通信技术。本文提出一种解决方案,采用短距离无线通信技术构建路灯无线传感网络,能对LED路灯网络任意单盏灯或多盏灯或全网络所有灯进行开关、调光等控制,进行发光亮度、电流参数等检测,从而实现对LED路灯网络的智能化管理。作为无线传感网络,其体系结构应该包含四个基本层次:物理层和数据链路层、网络层以及应用层。LED路灯无线传感网络采用IEEE 802.15.4标准作为其物理层和数据链路层的技术标准,网络层与应用层集成在一起,采用单跳、双跳以及变跳3种接力通信模式作为网络协议的基础。本文围绕LED无线传感网络的体系结构,以网络拓扑及通信节点的组成为基础,论述了网络层的协议包格式、路由工作原理,以及节点通信的设计流程。

  LED无线传感网络的网络体系是网络层实现路由的基础,包括节点组成及网络拓扑结构。

  LED路灯网络由间隔均匀的若干盏路灯组成,每一盏LED路灯均为网络的一个通信节点,用来构建无线所示,为构建无线传感网络LED路灯节点的组成,除了照明部分的电路外,还附加了对LED电流的采样、LED发光亮度的检测、以及对LED发光亮度的PWM控制等电路。每一盏LED路灯既是传感器节点也是网络路由节点;每一个节点包含一个微控制器(MCU,如cc2530),都具有射频通信功能,既能发送信号也能接收信号;每一个节点具有32bit(位)的唯一ID号。通过在物理层和MAC层采用IEEE 802.15.4协议标准,结合网络层与应用层的协议,所有这些节点有机地组合在一起,便构成了LED路灯无线传感网络。由于现有的一些网络层与应用层协议如Zigbee、RF4CE等并不是很适合LED路灯传感网络应用,因此,需要重新设计网络层与应用层协议。

  根据LED路灯的分布规律,每盏LED路灯作为网络节点构成无线通信网络,其拓扑结构如图2所示,(a)是信号逐点(单跳)接力传送拓扑结构图,(b)是信号隔点(双跳)接力传送拓扑结构图。为便于下文网络应用协议的设计与讨论,作出如下定义:

  (2)相邻节点之间的距离均为L,每个节点的无线)根据节点的相对位置,节点可分为前驱节点与后继节点,离控制器近的是前趋节点,离控制器远的是后继节点。例如a1是a2前驱节点,a3是a2后继节点;同理b2是b4前驱节点,b6是b4后继节点,以此类推。

  (4)控制节点与LED节点之间,LED节点相互之间,只要无线信号可以覆盖到,都可以相互通信,不需要设基站或专门的路由协调装置。

  (5)每个节点的32bit唯一ID号由两部分组成,分别为网络ID和节点地址(编号),均为16bit.同一路灯网络所有节点的网络ID相同;从控制节点开始,节点地址由小到大顺序编排。

  LED路灯传感网络协议包括协议包的定义与路由协议的定义,其设计目标是简单、实用,易实现。

  LED路灯传感网络协议传输的信息包共有3种类型,分别为命令包、参数包以及应答确认包。

  图3(a)所示,为控制器节点对LED路灯节点下发的命令包格式。命令有三种类型:针对整个网络所有LED节点的广播命令、针对部分LED节点的群组命令以及针对单个LED节点的单点命令。

  接力模式:为1时,表示单跳模式;为2时,表示双跳模式偶链;为3时,表示双跳模式奇链;

  命令字段的定义方法见表1,表1只列出了部分命令,实际中可以根据需要增加命令;

  命令参数字段:用来表示调光的亮度,数值越小LED发光亮度越低,耗电越少,数值为0时表示关灯;

  跳数:命令传送到目的地址所需经过的节点数,最大值为路灯网络所有LED节点的数量。传送命令包时,每经转发一次则跳数减1,当跳数值为0时,命令包不再被转发。


6up
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