[发明专利]针对快速控制系统的IEEE802.15.4新协议设计方法

说明书

本发明提出一种针对快速控制系统的IEEE 802.15.4新协议设计方法，克服标准IEEE 802.15.4协议最低时延为15.36ms的局限性，能够达到快速控制系统对实时性的严格要求。步骤一、修改MAC数据帧格式；步骤二、将MAC层定时器由与任务管理系统共用定时器2改变为使用定时器1，通过使用协调器和一个普通通信节点的终端设备，测试节点中的数据从准备就绪到传送到缓冲区中总共花费时间，并根据步骤一修改的数据帧格式计算数据长度，通过该数据长度计算从缓冲区发送出去离开节点花费时间，以此计算出协调器和终端设备的工作时隙；步骤三、设计基于TDMA的MAC层接入方案。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种无线通信MAC层信道接入协议的分析、设计以及实现方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，无线网络控制系统由于其在调试以及维护方面的方便些已经得到越来越多的重视。很多工业自动化系统对传感器以及执行器的数据更新的时延有很严格的要求。IEEE802.15.4协议在其设计之初其一大特性就是能够应用于控制系统当中。但是其存在严重不足，如对于某些快速控制系统，采样周期需要低于10ms，这种情况下其满足不了。

发明内容

本发明是针对目前标准IEEE 802.15.4协议的不足，提出一种针对快速控制系统的IEEE 802.15.4新协议设计方法，克服标准IEEE 802.15.4协议最低时延为15.36ms的局限性，能够达到快速控制系统对实时性的严格要求。

本发明通过以下技术方案实现：

一种针对快速控制系统的IEEE 802.15.4新协议设计方法，包括以下步骤：

步骤一、修改MAC数据帧格式，使MAC层数据帧达到最小，减少每个终端发送数据的时间；

步骤二、将MAC层定时器由与任务管理系统共用定时器2改变为使用定时器1，通过使用协调器和一个普通通信节点的终端设备，测试节点中的数据从准备就绪到传送到缓冲区中总共花费时间，并根据步骤一修改的数据帧格式计算数据长度，通过该数据长度计算从缓冲区发送出去离开节点花费时间，以此计算出协调器和终端设备的工作时隙；

步骤三、设计基于TDMA的MAC层接入方案：通过步骤二计算出的协调器和终端设备的工作时隙，给协调器以及终端设备安排固定时隙，最大化信道利用率以及最小化时延；通过协调器创建网络，占用一个工作周期的第一个时隙，后续每一个终端节点加入网络，按照步骤二计算的工作时隙长度加入到网络当中，完成新协议设计方法。

上述新协议的设计在TI公司CC2530设备以及配套代码包上实现。

附图说明

图1.IEEE802.15.4超帧结构；

图2.无线控制系统拓扑结构

图3.IEEE802.15.4MAC数据结构；

图4.改进MAC协调器数据结构；

图5.改进MAC终端节点数据结构；

图6.协调器和终端节点数据处理时隙图；

图7.新协议超帧时隙结构；

图8.TDMA下Sniffer抓取的数据。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步介绍。

一、IEEE 802.15.4标准协议中，我们针对的是快速控制系统的应用场景，所以对于图1的超帧结构中，去除不活跃时隙。既有信标间隔等于超帧间隔。即SD＝BI(SD为超帧时隙间隔，BI为信标帧间间隔)，由