低功耗短距无线电参考设计

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以往经验

在短距无线电（SR-Radio/WPAN）或传感器网络（WSN）中我的主要工程经验是电子货架标签，基于CC2500/CC430F5137之上的SimpliciTI协议栈。回顾原先的工程经验，有不少问题存在。

理论与实际

虽然教科书上存在着大量的理论知识，我也对于竞争型、TDMA/FDMA/CDMA、单通道、多通道等相关的MAC设计有一定的了解。也知道一些著名的WSN堆栈，比如6LowPAN、OpenRF、RadioHead等。但是很难将开源堆栈与理论知识相结合。而TI/Chipcom为自己芯片的提供的堆栈SimpliciTI也很一般。

WSN/SR-Radio就是一个需要定制的领域，尤其体现在MAC层和DLL层面。所以，很难采用一种堆栈覆盖所有需求。

LP-SR-Radio MAC

最近有朋友在询问一个封闭区域内的WSN项目，商业原因，具体的无法披露。但是听下来和电子货架标签非常类似：

1. 高密度，系统规模弹性大，单一Hub需要支持上千节点设备。
2. 低功耗，要求电池供电，以月或年计算。
3. 低占空比，对于系统延时要求不高，10秒内反应即可。
4. 简单拓扑，星型即可，即节点围绕Hub即可，无需多跳转发。
5. 覆盖面积小，覆盖半径30~50米以内。

TI SimpliciTI堆栈其他都还好，就是高密度无法满足，只能够同时支持8个节点。当然，不通讯的节电设备可以断开连接，但是这样可能就会产生一个无法反向寻呼的问题。所以，这个堆栈必须有所裁剪才能够使用。

在ARM mbed社区代码中有一个CC1101的参考实现，简单有效。在现有的CSMA/CD算法之上的Aloha数据帧、RTS/CTS控制帧可以构成完整的MAC层设计。参考RadioHead的设计，可以提供数据报和数据流服务。

初步决定使用：Aloha/CSMA-CD，以及S-MAC作为开发基础。DLL层再参考SimpliciTI的某些设计，而且命名规则需要重新修改。

硬件资源

考虑到2.4GHz太容易受到干扰，就不使用nRF24/CC2500了，购入了三个CC1101/SI4463模块作为测试，至于节点的MCU颇费思量，因为目前STM32的货源和价格都不理想，所以考虑采用LPC824（32KB ROM + 8KB RAM + 低功耗 Cortex-M0+）作为设备控制器，而Hub控制器采用需要较大的RAM和USB，STM32F401RE/405RG即可，当然STM32F103C8也凑合用。甚至在工程中直接使用对应的NUCLEO开发板。

设备入网认证

简单的设备可以不认证，但是如果涉及到网络安全，则需要一个完整的加密、认证、授权流程设计。这里，加密采用AES，认证在AES通道中可以实现，授权配合网关和云端应用可以实现，比较麻烦的是设备和网关之间采用何种方法实现AES密钥生成。ECDHE依然需要配合ECDSA实现，或许会参考Mifare这种私有

Hub/网关

之前因陋就简，直接使用CC430F5137的调试器中的USB CDC连接到Windows主机，和现有的设计思路无法相比。现在可以参考panStamp工程实现一个可以完整后台运行的Hub和网关。

应用相关

Hub网关将网络和设备抽象成REST API，提供给后台应用。