无线mesh网络设计方案.doc

无线mesh网络设计方案

黄河科技学院

无线mesh 网络

王志刚

2013年04月

目录

第1章 关于本方案 3
第2章 概述 3
2.1 项目背景 3
第3章 总体设计 3
3.1 总体设计目标 3
3.2 软件系统协议设计说明 4
3.3 软件系统传输协议格式说明 4
第4章 详细设计 7
4.1 技术架构设计 7
4.1.1 无线mesh总体方案设计 7
4.1.2 节点通信架构设计 7
4.2 通信子节点原理设计 8
4.2.1 节点查询原理： 8
4.2.2 查询关键约 9
4.2.3 接点通信方式 9
4.3 中心节点实现功能设计 10
4.3.1 硬件组成框图 10
4.3.2 软件流程框图 10
4.3.3 函数的详细说明 11
4.4 终端节点实现功能设计 12
4.4.1 硬件组成框图 12
4.4.2 软件流程框图 13
4.4.3 函数的详细说明 14
4.5 传输协议设计 14
4.5.1 接点通信方式 14
4.6 数据库设计 15
4.6.1 节点信息表 T1 15
4.6.2 电量表 T2 15
4.6.3 水量表 T3 15
4.6.4 温度表 T4 15
4.6.5 湿度表 T5 15
4.6.6 烟雾告警表 T6 16
第5章 项目实施计划 16
5.1 硬件人员分工和时间安排 16
5.2 软件人员分工和时间安排 16
5.3 网站人员分工和时间安排 16
第6章 经费预算 16

第17页 共17 页
第1章 关于本方案
本方案为黄河科技学院信息工程学院无线mesh网络硬件平台设计提供详细的需求分析和设计方案，包括但不限于硬件平台、软件设计、数据库、项目人员分配、项目完成计划。
第2章 概述
2.1 项目背景
无线mesh网络设计方案为无线mesh团队提供算法的支持平台。
第3章 总体设计
3.1 总体设计目标
本项目由软件和硬件两部分组成
硬件：
1、做板子。有显示、键盘组成。LPC2148芯片。
（1）、步骤一：以LPC2148开发板为平台，连接Unet测试板。以RS232串口连接。Unet测试板用5V供电，和LPC2148开发板的串口1以电缆连接。LPC2148串口2监控水表、电表等。
（2）、步骤二：画SCH板子，自己做板，焊接。
2、底层程序
（1）、显示部分
（2）、键盘
（3）、U_Net连接部分。用RS232连接。
（4）、连接电表、水表等。用RS485。
（5）、数据的发送和接受。
3、上位机程序。
（1）、串口通信部分。
（2）、显示部分
（3）、数据库部分
（3）、TCP\IP和web服务器链接部分。
4、web服务器部分
（1）、TCP\IP和上位机连接部分
（2）、显示部分
（3）、数据库部分
（4）、界面部分
3.2 软件系统协议设计说明
Unet协议操作流程
（1）NP 发送的时候，串口是透明的，但是在网络层会有地址码，所以AP收到会知道来自哪个NP，只是需要用API的格式表现出来
（2）基本上 unet不需要额外的操作设置，NP透传上报数据到AP，AP透传广播到所有的NP或者API的格式发到某一个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是没有透明模式的，用+++返回OK就说明PC和模块通信是可以的
Unet 的设置
1、AP
（1）API设置命令，串口 9600,n,8,1
+++ATAP 0
ATWR
ATCN
收到OK为正确接收。
（2）透传的设置命令，串口 2400,n,8,1
+++ATAP 1
ATWR
ATCN
收到OK为正确接收。
2、NP
（1）输入 +++ 返回 ok；传输模式到AT命令集。
（2）输入 ATCN ，从AT命令集到透传模式。
3、数据发送
（1）、AP数据发送
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数据接收
01 23 45 67 89 AB CD EF 01 23 45 67 89 AB CD EF
（2）、NP发送
1234567890ABCDEF
AP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 C4
3.3 软件系统传输协议格式说明
1．数据格式
API 模式 (AP 参数 = 1)
在API 模式(AP=1)下，串口数据的帧结构定义如下：
串口数据的每个帧均由4个字段组成，分别是Start Delimiter、Length、Frame Data和ChecksumStart Delimiter。

Start Delimiter 是帧头标志，API 模式的帧头固定为0x7E。
Length：Length 是有效数据长度，是 Frame Data字段的长度，MSB=高字节, LSB=低字节。
Frame Data：Frame Data是有效数据字段。
Checksum：Checksum 为校验和，它用于校验整个数据帧的正确性。校验和的计算: 不包括帧头和长度(1-3 字节)在内，将“FrameData”字段的内容逐个相加并只保留一个字节的和，再用0xFF减去这个和即可。校验: 不包括帧头和长度(1-3 字节)在内，将“Frame Data” 字
段的内容逐个相加并只保留一个字节的和， 然后再加上Checksum 的值，如果相加的结果等于0xFF 则说明校验正确。
2．帧结构定义
API 模式下串口的帧结构及“Frame Data”字段的定义如下：

“cmdID”字段(API-identifier) 是用于标示该数据帧执行何种API 命令的命令码。下面各节将介绍几个不同的API 命令，需要注意的是，对多于一个字节组成的字段(比如“Length”字段)，其高字节在前。
3．数据发送请求
API 命令码: 0x01
模块在收到命令码为0x01 的数据发送请求帧后，将会把数据帧中的“RF Data”字段的内容，发送到“Destination Address”指定的16-bit 目的地址。
下图：数据发送请求的帧结构

注：16-bit地址为模块标签上的地址，如1001、1002等，它们分别表示模块的地址为0x1001、0x1002，当数据发送请求中的16-bit目的地址为FFFF时，表示数据为广播。
4．数据接收
API 命令码: 0x81当模块收到空中数据后，将按照以下的帧结构定义将数据打包后发送到串口。下图，数据接收的帧结构

第4章 详细设计
4.1 技术架构设计
4.1.1 无线mesh总体方案设计

图一：中心控制点总体框图
4.1.2 节点通信架构设计

4.2 通信子节点原理设计
4.2.1 节点查询原理：
(1)所有节点不用地址设置。节点的地址通过查询得到。节点之间的联系采用主从节点查询方式，主从节点查询方式用于节点之间的识别和定位。节点内信息传送方式，用于主节点和从节点之间的信息传递。主从节点查询工作流程如下：主节点发送查询消息。由于是节点查询，需要查询所有的节点。每个节点都有其关键字，可以是时间序列。无线信号覆盖的一定区域，所有的节点相应。由于主节点接受的信息是无序的，所以，主节点缩小查询时间序列范围，继续查询。直到收到正常的时间序列，此时的从接点为S1。

图二 无线网络查询流程框图
Fig 2 Wireless network inquires the flow diagram
(2)重复(1)的过程，查询主节点覆盖区域。对所有查询的节点中，已经被正确查询的节点不在响应。没有被正确查询的节点响应主节点的查询。根据查询结果，得到主节点查询的节点集合S：{S1、S2、S3、…、Sn}；
(3)以集合S：{S1、S2、S3、…、Sn}的节点为主节点，重复(1)、(2)的过程，递归查询服务区域的所有从节点。
4.2.2 查询关键约
（1）、已经通过查询定位的子节点，不在响应之列，如集合S：{S1、S2、S3、…、Sn}。
（2）、区域内没有定位子节点，均需响应，以此找到最大区域的主节点系列集合M：{M1、M2、…、Mn}。
（3）、根据查找顺序，取得查询列表，以链表方式表示。
（4）、主链表如下表示：Lm：{Lm1、Lm2、…、Lmn}；
（5）、每个主链表下从节点链表如下表示：Ls：{Ls1、Ls2、…、Lsk}；
（6）、根据查询结果，形成一个小区无线节点分布图。
4.2.3 接点通信方式
（1）、主机发命令，由主节点定时查询集合S：{S1、S2、S3、…、Sn}。
（2）、以集合S：{S1、S2、S3、…、Sn}内的节点为主节点，定时查询区域内的主接点系列集合M：{M1、M2、…、Mn}。
（3）、以集合M：{M1、M2、…、Mn}为主节点，定时查询其下的从节点链表Ls：{Ls1、Ls2、…、Lsk}所有节点的信息上报。
4.3 中心节点实现功能设计
4.3.1 硬件组成框图

主控制计算机和中心节点通过RS232接口连接。中心节点节AP点。
4.3.2 软件流程框图

4.3.3 函数的详细说明

4.4 终端节点实现功能设计
4.4.1 硬件组成框图

终端节点由HAC-Unet Ep或NP、LPC2148、计量水表（或电表）、存储器、按键、显示、温度传感器、湿度传感器、烟雾告警等组成
4.4.2 软件流程框图

4.4.3 函数的详细说明

4.5 传输协议设计
4.5.1 接点通信方式
按照主节点查询所有子节点方式，定义如下：
命令字：0x01, 查询数据
电量查询：0x10
水表查询：0x11
温度查询：0x12
湿度查询：0x13
烟雾告警：0x14
从节点数据返回：
命令字：0x80
电量查询：0x10。
返回值：共4字节。如 aa bb cc dd；其中，dd为小数部分
水表查询：0x11
返回值：共4字节。如 aa bb cc dd；其中，dd为小数部分
温度查询：0x12
返回值：共2字节。如 cc dd；其中，dd为小数部分
湿度查询：0x13
返回值：共2字节。如 cc dd；其中，dd为小数部分
烟雾告警：0x14。
返回：0xaa，烟雾告警。其他待定。
4.6 数据库设计
4.6.1 节点信息表 T1
ID：用户的节点号（4字节）
NAME：用户名字（20字节）
4.6.2 电量表 T2
ID：用户的节点号（4字节）
NAME：用户名字（20字节）
Time：用户时间（4字节）
Date：用户日期（4字节）
Elec：电量值：共4字节。如 aa bb cc dd；其中，dd为小数部分
4.6.3 水量表 T3
ID：用户的节点号（4字节）
NAME：用户名字（20字节）
Time：用户时间（4字节）
Date：用户日期（4字节）
Water：水量值：共4字节。如 aa bb cc dd；其中，dd为小数部分
4.6.4 温度表 T4
ID：用户的节点号（4字节）
NAME：用户名字（20字节）
Time：用户时间（4字节）
Date：用户日期（4字节）
Temp：温度值：共2字节。如 cc dd；其中，dd为小数部分
4.6.5 湿度表 T5
ID：用户的节点号（4字节）
NAME：用户名字（20字节）
Time：用户时间（4字节）
Date：用户日期（4字节）
Climarc：湿度值：共2字节。如 cc dd；其中，dd为小数部分

4.6.6 烟雾告警表 T6
ID：用户的节点号（4字节）
NAME：用户名字（20字节）
Time：用户时间（4字节）
Date：用户日期（4字节）
Alert：0xaa，烟雾告警。其他待定。
第5章 项目实施计划
5.1 硬件人员分工和时间安排
1、文档熟悉，2013-6-20到2013-6-30。人员：李小亮、王鸿运、王丽霞、肜瑶。
2、硬件一期，指的是把测试板和LPC2148开发板安装在一起，电池供电。时间：2013-7-1到2013-7-15。
3、硬件二期，指的是外围电路的添加。外围电路是指：电表、水表、温度、湿度、烟雾告警。时间从2013-8-1到2013-8-15。
4、硬件三期，根据前面的示例，画PCB板子。时间从2013-8-16到2013-8-31。
5、硬件四期，硬件板子调试。时间从2013-9-1到2013-12-31。焊接板子，测试。
5.2 软件人员分工和时间安排
1、文档熟悉，2013-6-20到2013-6-30。人员：王志刚。
2、软件一期，2013-7-1到2013-7-15。编写中心点的软件。人员：王志刚。
3、软件一期。时间从2013-8-1到2013-8-15。编写节点的软件。人员：王志刚。
4、调试。时间从2013-8-16到2013-8-31。人员：王志刚。
5、联调。时间从2013-9-1到2013-12-31。人员：王志刚。
5.3 网站人员分工和时间安排
1、文档熟悉，2013-6-20到2013-6-30。人员：王鸿运。
2、数据库一期，2013-7-1到2013-7-15。编写项目的数据库。
3、网站界面。时间从2013-8-1到2013-8-15。
4、调试。时间从2013-8-16到2013-8-31。
5、联调。时间从2013-9-1到2013-12-31。
第6章 经费预算
1、 购买LPC2148开发板：1500=750*2。
2、 购买uLink仿真器：1600=800*2。
3、 购买电池，实验板子等。100
4、 PCB画图制版。500元。
5、 元器件。500元。
6、 电表、水表、温度、湿度、烟雾告警。500。
大概需要 4700元。