实验3 节点-节点无线通信实验.docx

实验三 节点-节点无线通信实验
实验目的
本实验介绍了如何在TinyOS上进行节点与节点之间的无线通信。通过这个实验，熟悉通信相关的组件及接口以及如何发送和接收消息。

实验要求
根据提供的例子程序，详细了解程序结构，并尝试进行程序的修改运行。具体实验要求如下：
    1、熟悉TinyOS无线通信的接口和通信流程；
    2、修改例子程序，具体要求见后。

实验内容
1、基本概念介绍
TinyOS提供了许多接口来抽象底层的通讯服务，并且包含了许多提供这些接口的组件。这些接口和组件都使用了一个共同的消息抽象―message_t。这是一个nesC的结构体，如下：

    typedef nx_struct message_t
      {
        nx_uint8_t header[sizeof(message_header_t)];
        nx_uint8_t data[TOSH_DATA_LENGTH];
        nx_uint8_t footer[sizeof(message_footer_t)];
        nx_uint8_t metadata[sizeof(message_metadata_t)];
      } message_t;
一些典型的使用了message_t的接口如下：
· Packet：该接口提供了基本的操作message_t的功能，例如清楚消息内容，获取payload长度以及获取payload的地址指针等。
· Send：该接口提供了基本的不基于地址（address-free）的消息发送功能，例如发送一条消息以及取消一条待发消息的发送等。并且还提供了事件来提示发送是否成功。当然也提供了获取消息最大payload以及payload地址指针的功能。
· Receive：该接口提供了基本消息接收功能和获取payload信息的功能。
· PacketAcknowledgements：该接口提供了获取发送消息回执的机制。
· AMPacket：这个接口和Packet类似，提供了获取与设置一个节点的AM地址，AM包的目的地址以及AM包的类型等功能。
· AMSend：这个接口和Packet类似，提供了获取与设置一个节点的AM地址，AM包的目的地址以及AM包的类型等功能。
典型的提供了以上接口的组件有：
· AMReceiverC：提供了Receive，Packet，AMPacket接口。
· AMSenderC：提供了AMSend，Packet，AMPacket以及PacketAcknowledge接口。
· AMSnooperC：提供了Receive，Packet和AMPacket接口。
· AMSnoopingReceiverC：提供了Receive，Packet和AMPacket接口。
· ActiveMessageAddressC：提供了动态修改消息地址的命令。这个命令慎用，可能会导致网络奔溃。
2、消息发送
打开例子程序BlinkToRadio，这个程序通过消息发送自身的计数器至对方，同时收到对方的消息后，解析出对方的计数器，按照这个计数器亮灯，使用单个Timer实现发送的频率间隔。
首先，我们定义数据传送的消息格式。消息包括两个部分：节点ID和计数值。

    typedef nx_struct BlinkToRadioMsg
      {
        nx_uint16_t nodeid;
        nx_uint16_t counter;
      }BlinkToRadioMsg;

然后，现在要通过Radio把这条消息发送出去。
    1)首先，确认使用的接口和组件。AMSenderC组件来提供AMSend和Packet接口，使用AMSend接口来发送包，使用Packet接口来操作message_t。使用ActiveMessageC提供的SplitControl接口来启动Radio。因此在BlinkToRadioC.nc中可以看到如下声明：

    module BlinkToRadioC
      {
        ...
        uses interface Packet;
        uses interface AMSend;
        uses interface SplitControl as AMControl;
      }

    2)需要声明一些新的变量。message_t用来数据传输，busy用来标志是否在传输中。在BlinkToRadioC.nc中如下：

    implementation
      {
        bool busy = FALSE;
        message_t pkt;
        ...
      }

    3)处理Radio的初始化：

    event void Boot.booted()
      {
       call AMControl.start();
      }

    4)实现AMControl.startDone和AMControl.stopDone这两个事件处理器如下：

      event void AMControl.startDone(error_t err)
      {
        if (err == SUCCESS)
         {
           call
           Timer0.startPeriodic(TIMER_PERIOD_MILLI);
         }else{
           all AMControl.start();
         }
      }

    5)发送消息逻辑。在Timer0.fired中添加代码：

      event void Timer0.fired()
      {
        ...
        if (!busy) {
        BlinkToRadioMsg* btrpkt = (BlinkToRadioMsg*)(call Packet.getPayload(&pkt, sizeof         (BlinkToRadioMsg)));
        btrpkt->nodeid = TOS_NODE_ID;
        btrpkt->counter = counter;
        if (call AMSend.send(AM_BROADCAST_ADDR, &pkt, sizeof(BlinkToRadioMsg)) == SUCCESS) {
            busy = TRUE;
          }
        }
      }

    6)消息发送完毕后，清除忙标志位。

      event void AMSend.sendDone(message_t* msg, error_t error) {
        if (&pkt == msg) {
           busy = FALSE;
         }
      }

    7)为每个提供接口的组件添加组件声明，其中AM_BLINKTORADIO参数表明AMSenderC的AM类型。在头文件中有定义。

    implementation{
      ...
      components ActiveMessageC;
      components new AMSenderC(AM_BLINKTORADIO);
      ...
    }

    8)将接口的提供方和使用方连接起来。

    implementation{
      ...
      App.Packet -> AMSenderC;
      App.AMPacket -> AMSenderC;
      App.AMSend -> AMSenderC;
      App.AMControl -> ActiveMessageC;
    }
3、消息接受
接收到消息后，首先解析出消息中的计数器，然后计数器按照这个计数值的低三位亮灯，具体过程如下：
    1) 使用Receive接口来接收包。在BlinkToRadioC.nc文件中，添加以下声明：

    module BlinkToRadioC {
        ...
        uses interface Receive
      }

    2)实现接口Receive.receive事件处理：

    event message_t* Receive.receive(message_t* msg, void* payload, uint8_t len) {
      if (len == sizeof(BlinkToRadioMsg)) {
        BlinkToRadioMsg* btrpkt = (BlinkToRadioMsg*)payload;
        call Leds.set(btrpkt->counter);
       }
        return msg;
      }

    3)添加Receive接口对应的组件声明。

    implementation
      {
       ...
       components new AMReceiverC(AM_BLINKTORADIO);
       ...

      }

    4)把接口的提供方与使用方连接起来。

    implementation
      {
       ...
       App.Receive -> AMReceiverC;

      }

    5)测试程序
分别使用make telosb install,1以及make telosb install,2烧录两个节点。通电后查看效果。当按住某一个节点的RESET键时，另一个节点读数应当停止。

实验要求说明
实现一个节点控制亮灯读数，一个节点控制亮灯状态。具体如下：
节点1与节点2和节点3通信，节点1接受节点2的计数器后，保存该计数器值但不亮灯，节点1收到节点3计数值后，该值为偶数时，触发亮灯，否则，不亮灯。节点2与节点3的计数值都为自增字段。节点3的Timer1.5秒，节点2 Timer间隔250毫秒。效果：节点1，节点2和节点3都开着的时候，节点1亮灯在1.5秒内变换，在下一个1.5秒内灭灯。此时按住节点3 RESET，节点1停在当前亮灯状态（如果是亮，则读数变换，如果是灭，则一直是灭）。然后节点3 RESET松开，按住节点2 RESET，节点1每隔1.5秒亮闪一次，但是读数不变。
提示：需要分辨节点的编号来设置不同的状态。

实验过程说明
首先需要修改节点通信的相关信道，根据组号选择26信道，在Makefile文件中进行修改，PFLAGS+=-DCC2420_DEF_CHANNEL=26。在实验中分配的三个节点编号为38、39、41，分别对应上述实验要求中的节点1、2、3，修改配置文件的相关变量。
enum {
AM_RADIO3BLINK = 6,
TIMER_PERIOD_MILLI_1 = 256,
TIMER_PERIOD_MILLI_2 = 256,
TIMER_PERIOD_MILLI_3 = 1536,
NODE_ID_1 = 38,
NODE_ID_2 = 39,
NODE_ID_3 = 41
};

修改后的核心程序清单
Radio3BlinkC.nc
implementation {
uint16_t counter;
message_t pkt;
bool busy = FALSE;
uint16_t counter_2;
uint16_t counter_3;
uint16_t ledstatus;

void setLeds(uint16_t val) {

if (val & 0x01)
call Leds.led0On();
else
call Leds.led0Off();
if (val & 0x02)
call Leds.led1On();
else
call Leds.led1Off();
if (val & 0x04)
call Leds.led2On();
else
call Leds.led2Off();
}

event void Boot.booted() {
call AMControl.start();
}
event void AMControl.startDone(error_t err) {
if (err == SUCCESS) {
if (TOS_NODE_ID == NODE_ID_1) {
call Timer0.startPeriodic(TIMER_PERIOD_MILLI_1);
}
else if (TOS_NODE_ID == NODE_ID_2) {
call Leds.led1On();
call Timer0.startPeriodic(TIMER_PERIOD_MILLI_2);
}
else if (TOS_NODE_ID == NODE_ID_3) {
call Leds.led2On();
call Timer0.startPeriodic(TIMER_PERIOD_MILLI_3);
}
else {
call Leds.set(7);
}
} else {
call AMControl.start();
}
}
event void AMControl.stopDone(error_t err) {

}

event void Timer0.fired() {
counter++;
//call Leds.led0Toggle();
if (!busy) {
Radio3BlinkMsg* btrpkt =
(Radio3BlinkMsg*)(call Packet.getPayload(&pkt, sizeof(Radio3BlinkMsg)));
if (btrpkt == NULL) {
return;
}
btrpkt->nodeid = TOS_NODE_ID;
btrpkt->counter = counter;
if (call AMSend.send(AM_BROADCAST_ADDR,
&pkt, sizeof(Radio3BlinkMsg)) == SUCCESS) {
busy = TRUE;
}
}
}

event void AMSend.sendDone(message_t* msg, error_t err) {
if (&pkt == msg) {
busy = FALSE;
}
}

event message_t* Receive.receive(message_t* msg, void* payload, uint8_t len){
if (TOS_NODE_ID == NODE_ID_1) {
if (len == sizeof(Radio3BlinkMsg)) {
Radio3BlinkMsg* btrpkt = (Radio3BlinkMsg*)payload;
uint32_t node = btrpkt->nodeid;
uint16_t cnt = btrpkt->counter;
if (node == NODE_ID_2) {
counter_2 = cnt;
if (ledstatus) {
setLeds(counter_2);
}
} else if (node == NODE_ID_3) {
counter_3 = cnt;
ledstatus = counter_3&2;
if (ledstatus) {
setLeds(counter_2);
}
else {
setLeds(0);
}
}
}
}
return msg;
}
}

实验感想
本次试验主要是对节点之间通信函数接口的认识和应用。其实节点和计算机的通信大同小异，发送方，接收方，一些标志位等。本次试验还有一个因素是节点的申请并不是那么容易，要么一直申请不上，要么申请上了过一会儿就被抢占了。解决的办法是耐心的等待申请，频繁的申请和释放，会让大家都拿不到节点。