城市道路照明越來越多采用LED照明技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的照明技術(shù),，其目的是為了降低對電能的消耗,。由于LED使用低壓直流電源，便于附加檢測與控制電路,，這對路燈網(wǎng)絡(luò)的智能化管理,，進一步節(jié)能降耗帶來了方便。對于路燈網(wǎng)絡(luò)的管理與控制,，既可以采用電力載波通信技術(shù),，也可技術(shù)的快速發(fā)展，使得短距離無線通信技術(shù)在應(yīng)用成本,、可靠性與通信速率等方面均已優(yōu)于電力載波通信技術(shù),，例如Zigbee短距離無線通信技術(shù)。本文提出一種解決方案,，采用短距離無線通信技術(shù)構(gòu)建LED路燈無線傳感網(wǎng)絡(luò)，能對LED路燈網(wǎng)絡(luò)任意單盞燈或多盞燈或全網(wǎng)絡(luò)所有燈進行開關(guān),、調(diào)光等控制,，進行發(fā)光亮度、電流參數(shù)等檢測，從而實現(xiàn)對LED路燈網(wǎng)絡(luò)的智能化管理,。作為無線傳感網(wǎng)絡(luò),，其體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含四個基本層次：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層,。LED路燈無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用IEEE802.15.4標(biāo)準作為其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的技術(shù)標(biāo)準,，網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層集成在一起，采用單跳,、雙跳以及變跳3種接力通信模式作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ),。本文圍繞LED無線傳感網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，以網(wǎng)絡(luò)拓撲及通信節(jié)點的組成為基礎(chǔ),，論述了網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議包格式,、路由工作原理，以及節(jié)點通信的設(shè)計流程,。

       1 網(wǎng)絡(luò)體系

       LED無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系是網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)路由的基礎(chǔ),，包括節(jié)點組成及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

       1.1 LED路燈傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的組成

       LED路燈網(wǎng)絡(luò)由間隔均勻的若干盞路燈組成,，每一盞LED路燈均為網(wǎng)絡(luò)的一個通信節(jié)點,，用來構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)。圖1所示,，為構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)LED路燈節(jié)點的組成,，除了照明部分的電路外，還附加了對LED電流的采樣,、LED發(fā)光亮度的檢測,、以及對LED發(fā)光亮度的PWM控制等電路。每一盞LED路燈既是傳感器節(jié)點也是網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點,；每一個節(jié)點包含一個微控制器（MCU,，如cc2530），都具有射頻通信功能,，既能發(fā)送信號也能接收信號,；每一個節(jié)點具有32bit（位）的唯一ID號。通過在物理層和MAC層采用IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準,，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層的協(xié)議,，所有這些節(jié)點有機地組合在一起，便構(gòu)成了LED路燈無線傳感網(wǎng)絡(luò),。由于現(xiàn)有的一些網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層協(xié)議如Zigbee,、RF4CE等并不是很適合LED路燈傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，因此,，需要重新設(shè)計網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層協(xié)議,。

       圖1 LED路燈節(jié)點的組成

       1.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲

       根據(jù)LED路燈的分布規(guī)律,，每盞LED路燈作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成無線通信網(wǎng)絡(luò)，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示,，（a）是信號逐點（單跳）接力傳送拓撲結(jié)構(gòu)圖,，（b）是信號隔點（雙跳）接力傳送拓撲結(jié)構(gòu)圖。為便于下文網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議的設(shè)計與討論,，作出如下定義：

       （1）所有節(jié)點可分為2類,，即LED路燈節(jié)點(簡稱LED節(jié)點，如a1 a2 … an , b1 b2 … bn)和路燈控制器節(jié)點(簡稱控制節(jié)點,如a,b),；

       （2）相鄰節(jié)點之間的距離均為L,，每個節(jié)點的無線信號覆蓋半徑大于等于2L；

       （3）根據(jù)節(jié)點的相對位置,，節(jié)點可分為前驅(qū)節(jié)點與后繼節(jié)點,，離控制器近的是前趨節(jié)點，離控制器遠的是后繼節(jié)點,。例如a1是a2前驅(qū)節(jié)點,，a3是a2后繼節(jié)點；同理b2是b4前驅(qū)節(jié)點,，b6是b4后繼節(jié)點,，以此類推。

       圖2 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖

       （4）控制節(jié)點與LED節(jié)點之間,，LED節(jié)點相互之間,，只要無線信號可以覆蓋到,都可以相互通信，不需要設(shè)基站或?qū)ｉT的路由協(xié)調(diào)裝置,。

       （5）每個節(jié)點的32bit唯一ID號由兩部分組成,，分別為網(wǎng)絡(luò)ID和節(jié)點地址（編號），均為16bit,。同一路燈網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)ID相同,；從控制節(jié)點開始，節(jié)點地址由小到大順序編排,。