摘  要： 在研究2.4G技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了Wireless USB技術(shù)應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì),，并以此為平臺(tái),，以通用MCU為處理器，基于軟件無(wú)線電理念分別設(shè)計(jì)制作了傳感節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn),。軟件設(shè)計(jì)依托認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)組建分簇型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),，并在安全機(jī)制,、抗干擾機(jī)制和低功耗方面作了深入研究,，經(jīng)調(diào)試系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。
關(guān)鍵詞： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),；Wireless USB,；2.4G；分簇型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

　無(wú)線傳感系統(tǒng)較有線傳感系統(tǒng)有易于部署,、易于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì),，為此，人們開(kāi)發(fā)了多種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),。常用的無(wú)線通信技術(shù)有紅外技術(shù),、普通射頻技術(shù)（RF）、2.4G技術(shù)等,。紅外技術(shù)操作簡(jiǎn)單,、價(jià)格低廉，但存在直線對(duì)準(zhǔn)通信,、單向通信,、高功耗等缺點(diǎn)，不適合開(kāi)發(fā)傳感器網(wǎng)絡(luò),。射頻技術(shù)可輕松突破上述局限,，與其他射頻頻段相比，2.4G技術(shù)具有頻段免費(fèi),、全球通用,、設(shè)備體積小、數(shù)傳速率高,、抗干擾能力強(qiáng),、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面有巨大優(yōu)勢(shì),，目前較成熟的2.4G無(wú)線傳感系統(tǒng)是基于藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth,、　IEEE 802.15.1）和ZigBee技術(shù)（IEEE 802.15.4）的[1]。
與傳統(tǒng)的以電纜和紅外方式傳輸測(cè)控?cái)?shù)據(jù)相比,，在測(cè)控領(lǐng)域應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)主要有抗干擾能力強(qiáng),、節(jié)省成本、無(wú)方向限制、可實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備互通等優(yōu)勢(shì),，但藍(lán)牙的同步時(shí)鐘對(duì)電池的使用壽命有很大影響,，且一個(gè)藍(lán)牙主設(shè)備只能連接7個(gè)從設(shè)備，限制了其應(yīng)用范圍,。
　ZigBee依據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn),，可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn),，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)最多可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理,，最多可組成65 000個(gè)節(jié)點(diǎn)的較大網(wǎng)絡(luò),。但ZigBee復(fù)雜的協(xié)議也導(dǎo)致成本增加，且ZigBee在稍微高速率,、低延遲的應(yīng)用中表現(xiàn)不夠好,，制約了它在該領(lǐng)域的應(yīng)用。
　Wireless USB技術(shù)是由賽普拉斯半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)的一種新型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的2.4 GHz無(wú)線通信技術(shù),。該技術(shù)為這一領(lǐng)域的應(yīng)用提供了低功耗,、低延遲、低成本,、高可靠性的解決方案,，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文基于Wireless USB技術(shù),，以“模塊化,、小體積、低功耗,、低成本和通用性”為目標(biāo),，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了嵌入式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬、軟件系統(tǒng),，使其滿足監(jiān)測(cè)任務(wù)要求的數(shù)據(jù)采集,、計(jì)算、無(wú)線通信和互聯(lián)能力,。
1 系統(tǒng)構(gòu)架
1.1 Wireless USB技術(shù)簡(jiǎn)介
　Wireless USB在頻段管理上把2.4 GHz頻段分成98個(gè)信道,，每個(gè)信道帶寬1 MHz，包括26個(gè)快速信道（切換時(shí)間為100 μs）,、35個(gè)中速信道（切換時(shí)間為180 μs）,、37個(gè)慢速信道（切換時(shí)間為270 μs）[2]。該機(jī)制為實(shí)現(xiàn)頻分多址,、跳頻及頻率捷變提供了技術(shù)基礎(chǔ),。該技術(shù)在每一個(gè)信道上又使用了直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)，DSSS系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有：較強(qiáng)抗干擾能力；很強(qiáng)的隱蔽性和抗偵察,、抗竊聽(tīng),、抗測(cè)向能力；選址能力,，可實(shí)現(xiàn)碼分多址,；抗衰落，抗頻率選擇性能好,；抗多徑干擾,；可進(jìn)行高分辨率的測(cè)向和定位[3]。此外,，該技術(shù)還使用GFSK調(diào)制技術(shù),。
　Wireless USB協(xié)議層的設(shè)計(jì)采用了主-從方式的星形結(jié)構(gòu),，主設(shè)備實(shí)時(shí)處于接收狀態(tài),，接收來(lái)自從設(shè)備的信息，同時(shí)監(jiān)視干擾狀況,，選擇干凈的頻帶,，決定是否跳頻。從設(shè)備采集并發(fā)送數(shù)據(jù),，發(fā)送結(jié)束后立刻進(jìn)入睡眠狀態(tài),，最大限度地節(jié)省電池電量。協(xié)議中還可實(shí)現(xiàn)時(shí)分雙角色（既可接收,，也可發(fā)射）,，可以作為一個(gè)類似路由器的角色使用。一個(gè)主設(shè)備可以帶上百個(gè)從設(shè)備[4],。網(wǎng)絡(luò)ID是Wireless USB網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí),，是Wireless USB網(wǎng)絡(luò)彼此區(qū)分的依據(jù)，每個(gè)芯片在出廠時(shí)有6 B的ID,，此ID是唯一的,，網(wǎng)絡(luò)ID由這個(gè)芯片ID計(jì)算得到。相比那些沒(méi)有ID的其他射頻芯片,，這無(wú)疑又是一個(gè)優(yōu)點(diǎn),。
　此外，Wireless USB技術(shù)支持接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）功能,，為實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)提供了理論基礎(chǔ),，可以檢測(cè)復(fù)雜電磁環(huán)境的頻譜空洞，提高頻譜利用率[5],。
1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　本文采用層次性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，將整個(gè)系統(tǒng)分成3級(jí)網(wǎng)絡(luò)。
　匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink節(jié)點(diǎn)）與傳感器節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)網(wǎng)絡(luò),，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)警和數(shù)據(jù)基本處理功能，并根據(jù)上級(jí)網(wǎng)絡(luò)的通信指令完成與管理節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信,。每個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)每隔一定時(shí)間采集多組數(shù)據(jù),，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性求平均值，通過(guò)多址機(jī)制,，把采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn),。匯聚節(jié)點(diǎn)收到所有數(shù)據(jù)后，首先判斷數(shù)據(jù)是否超出設(shè)定閾值,，如果超出,，則發(fā)出報(bào)警信息。當(dāng)收到的數(shù)據(jù)正常時(shí),，就對(duì)數(shù)據(jù)再次累加求平均值,，接收到上級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)的通信指令時(shí)，封裝數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)焦芾砉?jié)點(diǎn),。
　第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)由匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)組成（管理節(jié)點(diǎn)由匯聚節(jié)點(diǎn)連接服務(wù)器構(gòu)成）,。匯聚節(jié)點(diǎn)作為第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的基本工作站，在聯(lián)合站內(nèi)的管理節(jié)點(diǎn)作為核心組成星形網(wǎng)絡(luò),。管理節(jié)點(diǎn)同時(shí)用于存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù),，管理人員可以進(jìn)行查詢、監(jiān)控和打印報(bào)表,。通常第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)需采用大功率的無(wú)線數(shù)傳模塊作為網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備,。
可以利用已經(jīng)建立的局域網(wǎng)構(gòu)成第三級(jí)辦公網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器分布在不同的聯(lián)合站內(nèi),，在局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺(tái)電腦上,，通過(guò)管理軟件可以對(duì)聯(lián)合站的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
　傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的基本單元，目前,，不同應(yīng)用中各種節(jié)點(diǎn)的組成結(jié)構(gòu)不盡相同,，導(dǎo)致通用性及可維護(hù)性降低[6]。本文構(gòu)建了一個(gè)類似于軟件無(wú)線電的通用節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),，將硬件功能軟件化以解決上述問(wèn)題[7],。
微控制器模塊是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算中心，選擇合適的微控制器在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要,。微控制器模塊的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面：（1）選擇帶Flash的8 bit或16 bit簡(jiǎn)單內(nèi)核的微控制器,，帶Flash的微控制器可將功耗降低5倍,；（2）低電壓供電可以大大降低系統(tǒng)的工作電流，基于漏電流的考慮,，選擇3 V（3.3 V）要比5 V供電的功耗至少降低40%[1],。綜合考慮功耗、體積和功能等因素,，本選擇ATmega8L單片機(jī)作為控制器[8],。
無(wú)線通信模塊是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要組成部分，需要滿足低功耗,、通信質(zhì)量,、通信距離、通信速度,、組網(wǎng)方便,、抗干擾和易于布控等要求。根據(jù)前面分析,，Wireless USB技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),，本文以基于該技術(shù)的CYRF6936芯片為核心設(shè)計(jì)射頻電路部分，CYRF6936是典型的低成本高集成度2.4 GHz DSSS射頻片上系統(tǒng),，具有可配置的雙向功能,。數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1 Mb/s，最大發(fā)射功率為4 dBm,，可工作在-55℃～125℃環(huán)境中，功耗低,，待機(jī)電流僅1 μA[9],。
　ATmega8L的PC0～PC5端口作為傳感器數(shù)據(jù)采集端口，通過(guò)SPI口連接CYRF6936,，SPI口（SS,、MOSI、MISO,、SCK）同時(shí)作為程序下載端口,。此外，ATmega8L的PD3（INT1）腳連接CYRF6936的IRQ腳,，接收射頻中斷信號(hào),。射頻部分元器件均采用0402封裝。單片機(jī)ATmega8L,、射頻芯片CYRF6936,、電源芯片XC6209B332的外圍電路分別見(jiàn)其參考設(shè)計(jì)。在單板上完全集成節(jié)點(diǎn)的全部組成部分,，結(jié)構(gòu)緊湊,，降低了使用功耗,。電路布局時(shí)，將強(qiáng)電信號(hào)電路和弱電信號(hào)電路分開(kāi),，數(shù)字信號(hào)電路和模擬信號(hào)電路分開(kāi),，完成同一功能的電路盡量安排在一定的范圍之內(nèi)，從而減小信號(hào)環(huán)路面積,。各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò)就近連接,，這樣不僅可以減少輻射，而且可以減小被干擾的幾率,，提高電路的抗干擾能力,。PCB布局、實(shí)體電路分別如圖2 所示,。

2.2 Sink節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用時(shí),，必須與其他信息設(shè)備或監(jiān)視設(shè)備相連接，將網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總顯示,，為觀察者提供所需數(shù)據(jù)信息,。很明顯，所設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)僅具有數(shù)據(jù)采集發(fā)射及轉(zhuǎn)發(fā)功能,，無(wú)法與觀察者交換信息,，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用是沒(méi)有意義的。本節(jié)在遵循傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上,，設(shè)計(jì)Sink節(jié)點(diǎn),，它是觀察者與網(wǎng)絡(luò)的交流窗口，同時(shí)是管理的核心,，也是與有線網(wǎng)絡(luò)連接的接口,。Sink節(jié)點(diǎn)作為第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)核心部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換,，還應(yīng)具有存儲(chǔ),、顯示和設(shè)置功能，接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)中傳感節(jié)點(diǎn)的采集信息,，處理,、顯示并可通過(guò)鍵盤區(qū)實(shí)現(xiàn)人工控制。也可通過(guò)串口與監(jiān)視器連接,，監(jiān)視器可同時(shí)看作數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,，并可通過(guò)它與互聯(lián)網(wǎng)連接?？紤]到Sink節(jié)點(diǎn)需較強(qiáng)處理能力,，選用ATmega16L單片機(jī)作為微控制器、以射頻芯片CYRF6936和2.4G射頻前端芯片CC2591構(gòu)成射頻電路部分,。CC2591外圍器件少,，集成轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),、匹配網(wǎng)絡(luò)和PA/LNA。此外,，以電平轉(zhuǎn)換模塊MAX3232,、RS-232串口轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成監(jiān)控模塊與監(jiān)視器相連，同時(shí)添加了5個(gè)功能按鍵,、11個(gè)指示燈和16個(gè)I/O接口（其中11個(gè)用于連接液晶顯示屏）,。
　網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)，該節(jié)點(diǎn)同時(shí)作為時(shí)鐘同步節(jié)點(diǎn),，定時(shí)發(fā)射時(shí)鐘同步幀,，保持網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步。節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示,。

3 軟件設(shè)計(jì)
　2.4 GHz頻段設(shè)備越來(lái)越多,，而且網(wǎng)絡(luò)內(nèi)眾多節(jié)點(diǎn)存在頻譜搶占現(xiàn)象，如何快速尋找空閑頻譜是傳感器網(wǎng)絡(luò)高效可靠工作的基礎(chǔ),。為此,，本文的軟件設(shè)計(jì)是基于認(rèn)知無(wú)線電理念的[10]，接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)（RSSI）是該理念的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ),。各終端在接收模式下,，通過(guò)讀取寄存器RSSI值判斷當(dāng)前信道上無(wú)線信號(hào)的功率密度即干擾強(qiáng)度，主動(dòng)尋找可用信道（頻譜空洞）,，類似頻譜感知,，系統(tǒng)功能框圖如圖4所示。其工作時(shí)序?yàn)椋合冗M(jìn)行監(jiān)聽(tīng),，如果信道有強(qiáng)干擾則跳轉(zhuǎn)到下一頻道,，若無(wú)強(qiáng)干擾，則傳輸數(shù)據(jù),。

　本設(shè)計(jì)以Visual Studio 2005為開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用C語(yǔ)言編寫了主程序和相應(yīng)的子程序,。
4 通信協(xié)議
4.1 MAC協(xié)議
　本文以一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)為中心節(jié)點(diǎn)（簇節(jié)點(diǎn)）設(shè)計(jì)了一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò),，該網(wǎng)絡(luò)是大型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，可認(rèn)為是大型網(wǎng)絡(luò)的子簇,。采用TDMA,、CDMA聯(lián)合方式組網(wǎng)，即各傳感節(jié)點(diǎn)采用固定的PN碼周期等待與簇節(jié)點(diǎn)通信,，而簇節(jié)點(diǎn)采用滑動(dòng)PN碼方式,，通過(guò)周期改變PN碼輪詢?cè)L問(wèn)的方式實(shí)現(xiàn)與各傳感器節(jié)點(diǎn)的通信（輪詢過(guò)程見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)拓展部分）。通信過(guò)程如圖5所示,。首先,，簇節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與同PN碼傳感節(jié)點(diǎn)綁定（本文在綁定過(guò)程中啟用載波偵聽(tīng)（RSSI）功能實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電理念）,，綁定完成后簇節(jié)點(diǎn)發(fā)送同步幀；傳感器節(jié)點(diǎn)收到同步幀后,，根據(jù)同步幀的信息修改自己的時(shí)鐘,，達(dá)到與簇節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步的目的，然后發(fā)送數(shù)據(jù)幀,；簇節(jié)點(diǎn)收到傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀（data）后,，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和融合，然后發(fā)送應(yīng)答幀（ACK）給傳感節(jié)點(diǎn),，之后傳感節(jié)器點(diǎn)進(jìn)入睡眠模式（sleep）,；簇節(jié)點(diǎn)開(kāi)始啟動(dòng)與下一節(jié)點(diǎn)通信。如此循環(huán)往復(fù),。簇節(jié)點(diǎn)可與Sink節(jié)點(diǎn)以同樣方式構(gòu)成父簇,，Sink節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口與連接有線網(wǎng)絡(luò)的電腦相連。

4.2 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的設(shè)計(jì)[11]
　時(shí)鐘同步對(duì)任何分布式系統(tǒng)而言都是很重要的,，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中許多算法或協(xié)議也需要節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘同步作為支撐,。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)如果沒(méi)有空間和時(shí)間信息是無(wú)任何意義的,。此外,，準(zhǔn)確的時(shí)間同步是實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)自身協(xié)議的運(yùn)行、數(shù)據(jù)聚集,、TDMA調(diào)度,、協(xié)同休眠、定位等的基礎(chǔ),。本文將簇節(jié)點(diǎn)同時(shí)作為時(shí)鐘同步節(jié)點(diǎn),，如MAC協(xié)議中所述，各傳感節(jié)點(diǎn)每次與簇節(jié)點(diǎn)通信時(shí)都以其時(shí)鐘為基準(zhǔn)進(jìn)行一次時(shí)鐘校準(zhǔn),，因?yàn)楦鞴?jié)點(diǎn)都定期以此節(jié)點(diǎn)為時(shí)鐘基準(zhǔn)校正,，可近似認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘是同步的（本文中所有節(jié)點(diǎn)使用的外部晶振時(shí)鐘漂移率不超過(guò)30 ppm）。
　本文MAC協(xié)議中,，簇節(jié)點(diǎn)采用輪詢?cè)L問(wèn)的方式與各節(jié)點(diǎn)通信,，故所用網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)的方法是：新節(jié)點(diǎn)采用各傳感節(jié)點(diǎn)未使用的合法PN碼（簇節(jié)點(diǎn)可產(chǎn)生的PN碼），當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要加入網(wǎng)絡(luò)時(shí),，先發(fā)送申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)的信息,，接著進(jìn)入偵聽(tīng)的狀態(tài)，持續(xù)1 s,，隨機(jī)延遲后再次發(fā)送申請(qǐng)信息,，如此循環(huán)，直到簇節(jié)點(diǎn)輪詢到該節(jié)點(diǎn)時(shí)接受其加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求,。然后,，根據(jù)收到的允許加入網(wǎng)絡(luò)的信息,，節(jié)點(diǎn)修改自己的時(shí)鐘，達(dá)到時(shí)間同步,，這樣新的節(jié)點(diǎn)就成功入網(wǎng),。輪詢過(guò)程如圖6所示。

4.3 功率控制
　傳感器節(jié)點(diǎn)的耗能,，除采用低功耗器件外,，還應(yīng)從節(jié)點(diǎn)的工作體制上考慮。除MAC協(xié)議中提到的睡眠機(jī)制外,，本文采用功率控制算法進(jìn)一步降低功耗,。功率控制是指通過(guò)合理地設(shè)置或動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，在保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連通的同時(shí),，降低對(duì)其他設(shè)備的干擾,，達(dá)到提高節(jié)點(diǎn)能量利用率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的目的,。文中各端節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的時(shí)鐘同步信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整發(fā)射功率[12],。
4.4 安全機(jī)制
　賽普拉斯建議采用微型加密算法（TEA）作為Wireless USB的加密算法。微型加密算法是現(xiàn)有最快速,、最高效的加密算法之一,，它是一種采用混合（正交）代數(shù)組（這里為XOR、ADD和SHIFT）運(yùn)算的Feistel密碼,，每次用128位密鑰加密64個(gè)數(shù)據(jù)比特,，抗差動(dòng)密碼分析的能力極強(qiáng)，6輪之后才能實(shí)現(xiàn)全漫射,。需說(shuō)明的是,，任何加密算法都可用于Wireless USB，不只限于TEA,。
4.5 抗干擾機(jī)制
　除協(xié)議中使用的擴(kuò)頻技術(shù)外,，本文還采用以下技術(shù)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力。
?。?）糾錯(cuò)編譯碼
　Wireless USB技術(shù)支持的數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)畫如圖7所示,。

　（2）CRC校驗(yàn)技術(shù)
　系統(tǒng)附加CRC16于每一個(gè)數(shù)據(jù)包中,。CRC16是一個(gè)16 bit的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC），使用USB的CRC多項(xiàng)式運(yùn)算所得,，可以檢測(cè)所有單位和雙位差錯(cuò),。
　（3）數(shù)據(jù)應(yīng)答與重發(fā)　
　為使傳感器節(jié)點(diǎn)盡量將每一周期內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)誤地發(fā)送到簇節(jié)點(diǎn),，本文使能Wireless USB的ACK功能,。簇節(jié)點(diǎn)收到正確數(shù)據(jù)包后自動(dòng)發(fā)送ACK信號(hào),。端節(jié)點(diǎn)發(fā)射數(shù)據(jù)前設(shè)定ACK等待時(shí)長(zhǎng)，發(fā)送完數(shù)據(jù)后,，打開(kāi)超時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí),，同時(shí)轉(zhuǎn)入接收模式。如果設(shè)定時(shí)間內(nèi)未收到ACK信號(hào),，重發(fā)數(shù)據(jù),，否則，進(jìn)入睡眠模式,。
?。?）頻率捷變
　只是在受到干擾時(shí)頻道才發(fā)生改變，如圖9所示,，如果當(dāng)前頻道受到了干擾,，系統(tǒng)通過(guò)鑒別錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包的數(shù)量來(lái)判斷信道的鏈接質(zhì)量。如果錯(cuò)誤包的數(shù)量超過(guò)了設(shè)計(jì)的極限,，就跳轉(zhuǎn)到下一頻道,；此外，還要周期性地偵聽(tīng)頻道信號(hào)強(qiáng)度,，如果一個(gè)強(qiáng)的信號(hào)持續(xù)一段時(shí)間,，則跳轉(zhuǎn)出去。

5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
?。?）有效通信距離測(cè)試
　CYRF6936支持SDR/DDR/8DR/GFSK 4種工作模式,，發(fā)射功率可控為-35、-30,、-24,、-18、-13,、-5,、0和4 dBm共8個(gè)檔次；CC2591最高發(fā)射增益22 dB,，最大發(fā)射功率22 dBm,，最高接收增益11 dB。測(cè)試中選擇8DR模式,，該模式下,，接收靈敏度為-97 dBm，Sink節(jié)點(diǎn)將發(fā)射功率和接收增益設(shè)置為最大值,，射頻頻率設(shè)定在2 400 MHz頻段,，4節(jié)5號(hào)電池供電，天線距離地面高度為1.5 m。傳感器節(jié)點(diǎn)之間有效通信距離,，室內(nèi)10 m,，戶外30 m。傳感器節(jié)點(diǎn)與Sink節(jié)點(diǎn)有效通信距離測(cè)試如表1所示,。

?。?）共存性能測(cè)試
　打開(kāi)實(shí)驗(yàn)室所有設(shè)備及藍(lán)牙、Wi-Fi,、WLAN等,，測(cè)試表明系統(tǒng)可在復(fù)雜電磁環(huán)境下正常工作。
所開(kāi)發(fā)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),，以Wireless USB技術(shù)為平臺(tái),，依托認(rèn)知無(wú)線電、軟件無(wú)線點(diǎn)理念,，充分利用頻率捷變技術(shù),、數(shù)據(jù)應(yīng)答與重發(fā)技術(shù)、CRC校驗(yàn)技術(shù),、DSSS技術(shù),、BCH技術(shù)和RSSI功能，功耗低,，抗干擾能力強(qiáng),，能在復(fù)雜電磁環(huán)境中正常工作。通過(guò)AGC調(diào)節(jié)發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)不同距離可變功率控制,。該設(shè)計(jì)性能優(yōu)越,，應(yīng)用前景廣闊。但研究尚處于試驗(yàn)階段,，各種功能尚不完善,，有待在以后的研究中深入開(kāi)發(fā)。
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