远程无线抄表系统设计方案V2.0

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无线抄表系统总体设计方案

Version 2.0

上海XX信息技术开发中心

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序言 (4)

1 术语定义 (5)

2 适用范围 (5)

3 系统组成 (6)

4 网络结构 (6)

5 协议模型 (7)

5.1 硬件层........................................................................................... 错误!未定义书签。

5.2 数据连接子层............................................................................... 错误!未定义书签。

5.3 Broadcast广播 (8)

5.3.1 Package Identity field (9)

5.3.2 Command Type field (9)

5.3.3 Group ID field (10)

5.3.4 Source ID field (10)

5.3.5 Target ID field (10)

5.3.6 Command Code field (10)

5.3.7 CRC field (11)

5.4 数据包 (11)

5.4.1 Package Identify field (11)

5.4.2 Group ID field (11)

5.4.3 Source ID field (11)

5.4.4 Target ID field (11)

5.4.5 Data Length field (12)

5.4.6Data field (12)

5.4.7 CRC field (12)

5.5 Response回复 (12)

5.5.1 Package Type field (12)

5.5.2 Group ID field (13)

5.5.3 Source ID field (13)

5.5.4 Target ID field (13)

5.5.5 Data Length field (13)

5.5.6 Data field (13)

5.5.7 CRC field (13)

5.6 链路管理 (14)

5.7 MAC子层 (14)

5.7.1 CSMA (14)

5.7.2 监听算法 (15)

5.7.3 CSMA-CA (15)

5.8 网络路由 (16)

6 网络拓扑发现 (16)

6.1 一对多 (17)

6.1.1 建立链路 (17)

6.1.2 防碰撞 (18)

6.2 ad-hoc (19)

6.2.1 构建路由树 (19)

6.2.2 防碰撞调度机制 (21)

6.2.3 新节点入网过程 (21)

6.2.4 节点失效异常处理 (22)

7 应用层 (24)

8 附录1：包格式 (25)

8.1 Interrogator发出的路由广播 (25)

8.2 Interrogator发出的检索广播 (25)

8.3 Interrogator发出的特定检索广播 (25)

8.4 Tag发出数据后无法收到回复时发出的广播 (26)

8.5 数据包 (26)

8.6 回复包 (26)

序言

本协议的主要目的是为远程无线收集RFID数据和状态而设计，为上层应用屏蔽下层具体硬件细节，为系统提供面向连接的服务。

整个系统网络包括两种设备：Interrogator和RFID Tag，系统由一个Interrogator和多个RFID Tag（Tag的数量可多至上百个）组成，Interrogator与Tag之间、Tag与Tag之间都通过无线网络传输命令和数据。Interrogator为整个网络的根节点，整个网络的初始化（确定网络号和路由）开始由Interrogator发起；T ag既可作为最底层的子节点也可作为下一层Tag的父节点，Tag可以发起广播（在该Tag已经初始化之后）或者向自身的父节点发送数据。

每个Interrogator和RFID Tag在出厂时都已经分配好一个全球唯一的48bit ID作为该设备的唯一标志，并且该标志一旦确定便无法更改。

根据本协议实现的系统应该可以完成如下功能：

- 自动完成网络分组

- 识别网络内的RFID Tag

- 从所有的RFID Tag中读取数据

- 从指定的RFID Tag中读取数据

- 获得每个RFID Tag的状态

1术语定义

RFID：射频识别

Tag：标签

Interrogator：阅读器

2适用范围

本协议是专门为远程无线抄表系统设计，用于远程无线收集数据量比较少的数字信息。通过无线网络接收有源RFID发送的电表信息，每一个RFID节点每一次需要传送的数据都可以通过一个数据包发送完成。

3系统组成

一个典型的应用系统必须包括如下几个组件：

- 一个MCU作为主控制器

- 一个射频发射/接收模块

- 一个天线，可以是单极天线或者PCB上的微带天线

图1 系统硬件平台

图1所示，我们选择TI公司的MSP430作为主控制MCU，CHIPCON公司的CC1020作为射频发射/接收模块。MSP430通过SPI总线和一些离散控制信号与CC1020相连，MSP430作为Master，CC1020为Slave。MSP430实现了我们需要的协议栈和一些需要的应用逻辑，通过SPI接口与CC1020交换数据，通过一些离散的控制信号对CC1020进行控制。协议栈封装了对CC1020的操作，上层应用程序不需要直接控制CC1020。CC1020是一个可工作在多个频段的窄带射频发送/接收芯片，我们设定其工作频点为433MHz，调制方式为FSK，并支持FHSS。

4网络结构

网络拓扑结构如下所示：