城市道路照明越來(lái)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(duì)電能的消耗。由于LED使用低壓直流電源，便于附加檢測(cè)與控制電路，這對(duì)路燈網(wǎng)絡(luò)的智能化管理，進(jìn)一步節(jié)能降耗帶來(lái)了方便。對(duì)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(wú)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(wú)線通信技術(shù)。本文提出一種解決方案，采用短距離無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)建LED路燈無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，能對(duì)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(jìn)行開(kāi)關(guān)、調(diào)光等控制，進(jìn)行發(fā)光亮度、電流參數(shù)等檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED路燈網(wǎng)絡(luò)的智能化管理。作為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，其體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含四個(gè)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)作為其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼巴ㄐ殴?jié)點(diǎn)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(diǎn)通信的設(shè)計(jì)流程。

       1 網(wǎng)絡(luò)體系

       LED無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系是網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)路由的基礎(chǔ)，包括節(jié)點(diǎn)組成及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

       1.1 LED路燈傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(gè)通信節(jié)點(diǎn)，用來(lái)構(gòu)建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。圖1所示，為構(gòu)建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)LED路燈節(jié)點(diǎn)的組成，除了照明部分的電路外，還附加了對(duì)LED電流的采樣、LED發(fā)光亮度的檢測(cè)、以及對(duì)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(diǎn)也是網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)；每一個(gè)節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)微控制器（MCU，如cc2530），都具有射頻通信功能，既能發(fā)送信號(hào)也能接收信號(hào)；每一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有32bit（位）的唯一ID號(hào)。通過(guò)在物理層和MAC層采用IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層的協(xié)議，所有這些節(jié)點(diǎn)有機(jī)地組合在一起，便構(gòu)成了LED路燈無(wú)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(jì)網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層協(xié)議。

       圖1 LED路燈節(jié)點(diǎn)的組成

       1.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

       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(diǎn)構(gòu)成無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，（a）是信號(hào)逐點(diǎn)（單跳）接力傳送拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，（b）是信號(hào)隔點(diǎn)（雙跳）接力傳送拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。為便于下文網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議的設(shè)計(jì)與討論，作出如下定義：

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

       （2）相鄰節(jié)點(diǎn)之間的距離均為L(zhǎng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線信號(hào)覆蓋半徑大于等于2L；

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

       圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

       （4）控制節(jié)點(diǎn)與LED節(jié)點(diǎn)之間，LED節(jié)點(diǎn)相互之間，只要無(wú)線信號(hào)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(gè)節(jié)點(diǎn)的32bit唯一ID號(hào)由兩部分組成，分別為網(wǎng)絡(luò)ID和節(jié)點(diǎn)地址（編號(hào)），均為16bit。同一路燈網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)ID相同；從控制節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，節(jié)點(diǎn)地址由小到大順序編排。