[发明专利]一种无线传感器网络接入协议的实现装置

说明书

技术领域

本发明属于数字集成电路领域，具体涉及一种无线传感器网络接入协议的实现装置，该方法专用于媒介访问控制层(MAC，Medium AccessControl)的接入协议，尤其适用于带有冲突避免的载波监听多路访问(CSMA-CA，carrier sence multiple access with collision avoidance)接入协议的硬件实现。

背景技术

随着无线通信技术的高速发展，以之作为基础的无线网络技术应运而生。无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)就是其中一个杰出代表。WSN融合了现代网络技术、无线通信技术、传感器技术、嵌入式计算技术的优点，节点采用特定协议自组成网，协同工作，被广泛应用于军事、环境监测、空间探索等领域。2003年，美国《技术评论》杂志将它评为对人类未来产生深远影响的十大新兴技术之首。

无线传感器网络与传统的无线网络(如WLAN、蜂窝移动电话网络)有着不同的设计目标，后者旨在高速移动的环境中通过优化路由和资源管理策略来最大化带宽利用率，同时为用户提供服务质量保证。而在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动外，大部分节点是静止的，网络通常运行于人们无法接近的恶劣环境中，能源无法替代，故设计有效的策略来减少功耗，延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。

MAC协议主要用于为数据的传输建立连接以及在各个节点间合理有效地分配网络资源。无线传感器网络的特性和应用促使其MAC层协议与传统的无线MAC层协议有所不同，其主要目的是节能和成功传输，而每个节点的公平和时延是次要的。

针对不同传感网络的应用，研究人员从不同方面提出了多个MAC协议，其中IEEE802.15.4是最具代表性的协议，它采用CSMA-CA算法作为信道争用机制。此外，基于竞争的传感器MAC协议还有S-MAC，T-MAC等等。

CSMA-CA——MAC通道访问机制，无线传感器网络无线接入协议，涉及到避免碰撞和降低重传次数，是MAC设计的主要考虑之一。国内外出现了很多CSMA-CA算法的研究，有CSMA-CA算法与能量消耗，信道吞吐率的关系，有CSMA-CA算法的改进，有CSMA-CA算法对不同通信环境的适应性研究等等。但关于协处理硬件实现的研究很少。

实现接入算法的方式主要有两种，一种是软件方式，另一种是硬件方式。如果MAC协议尽可能用软件实现就可以节约成本，但相应地会产生更多的功耗。如果全部用硬件实现则增加成本。拟采取软硬件协同设计的方法在无线传感器网络协议的MAC层软件/硬件实现上取得平衡。

传统的IEEE802.3以太网MAC的设计主要包括发送，接收和控制三个部分，控制部分采用嵌入硬件流量控制器和CSMA算法控制器。IEEE802.11无线局域网MAC内嵌了CSMA-CA算法控制器。用于传感器网络的MAC由于受成本和功耗的制约，相对于传统MAC设计必须做相当大的调整来适应协议的要求。基于协处理器的MAC控制加速器是在对不同传感器网络MAC协议特别是IEEE802.15.4协议的研究基础上提出来的。该体系架构的MAC主要包括三部分：发送，接收和协处理器。协处理器是整个MAC的核心，控制接收和发送状态机协调半双工收发控制。协处理器的另外一个功能是通过程序执行的方式完成CSMA-CA算法或者提供对其它MAC协议的支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于协处理器的无线接入协议实现装置，将不同MAC协议的无线接入机制映射为协处理器内部的软件程序，利用协处理器可编程的灵活性来增强MAC的可重用性，提升硬件灵活性，降低硬件设计成本。

本发明提供的无线传感器网络接入协议的实现装置，包括发送部分，控制部分和接收部分；发送部分用于实现前导序列和帧分隔符插入，进行CRC计算，完成帧发送和自动应答；接收部分用于实现对物理层接收到数据帧分隔符识别和CRC校验，并进行地址匹配检查和帧信息过滤；其特征在于：所述控制部分为协处理器部分，包括中断标志位寄存器、随机数产生器、可编程MAC定时器和协处理器；

可编程MAC定时器通过编程生成固定时间，提供给协处理器，随机数产生器为协处理器提供需要的随机时间，协处理器通过内部总线接收来自CPU接口的信号，根据产生控制指令，控制发送部分、接收部分和中断标志位寄存器，完成接收状态，发送状态之间的切换控制以及CSMA/CA算法的实现；