基于NRF24L01+无线自组网标定归组的通讯协议设计和思考

基于NRF24L01+的无线自组网标定归组的通讯协议设计和思考

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ALGORITHM DESCRIPTION:

在面对不定数量的测量模块并且物理地址随机的情况下，如何进行快速组网并进行标定归组？
我们都知道在集合排队时，当教官下达排队指令时，有的人反应较快，能够迅速做出回应，但是也有的人反应较慢，动作稍微有些迟缓。但是最终都能形成队列。

基于上述现象原理，现提出一种快速组网并且进行标定归组的算法。

DATA FORMAT:

说明	信号类型(1Byte)	根地址(1Byte)	一级地址(1Byte)	二级地址(1Byte)	器件地址(4Byte)	当前信号频道(1Byte)	信号强度(1Byte)	跳频信号频道(1Byte)	功能码(1Byte)	数据(4Byte)	预留位(3Byte)	校验值(1Byte)
广播信号	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00	1Byte	1Byte	1Byte	0x00	0x00	0x00	1Byte
响应信号	0x88	0x00	0x01~0xFF	0x00~0xFF	4Byt	1Byte	1Byte	1Byte	0x00	0x00	0x00	1Byte
确认信号	0xFF	0x00	0x01~0xFF	0x00~0xFF	4Byt	1Byte	1Byte	1Byte	0x00	0x00	0x00	1Byte
跳频信号	0x0A	0x00	0x01~0xFF	0x01~0xFF	4Byt	1Byte	1Byte	1Byte	0xA1	0x00	0x00	1Byte
查询信号	0xA0	0x00	0x01~0xFF	0x01~0xFF	4Byt	1Byte	1Byte	1Byte	0xA2	0x00	0x00	1Byte
数据信号	0xAA	0x00	0x01~0xFF	0x01~0xFF	4Byt	1Byte	1Byte	1Byte	0xA4	4Byte	0x00	1Byte

PROTOCOL DESCRIPTION：

广播信号：
1. 根节点主机在固定的间隔时间内发送的自组网信号；其中广播信号中包括信号类型、根地址、当前信号频道、实时信号强度、跳频信号、功能码（用于广播信号发送计数）和校验值。（其他为0x00）接收到的第一个从机信号后，立马将它归为根地址为0x00，一级地址为0x01，二级地址为0x02，其他的不变，并保存下来；对于其他的从机信号要求确立为一级节点的，根据一级节点的主机数量而定，超过额定数量的予以驳回或不予理会。
2. 节点从机在接受到广播信号后，对信号类型进行检查；当为广播信号时，检查自身的一级地址和二级地址是否为0，不为0时，忽略剩余广播信息，并发出已配置地址信号；为0时，则自身给自己分配一个一级地址和二级地址并附加随机延时，回传响应信号给根节点主机，并得到确认信号确认，并且保各自都要有保存备份。（地址分配由低到高）
响应信号：
1. 根节点主机接收到从机返回的信号；其中响应信号中包括信号类型、根地址、一级地址、二级地址、物理地址、当前信号频道、信号强度、跳频信号频道和校验值。（其他为0x00）
2. 节点从机在接收到广播信号后，自身给自己分配一、二级地址后，经过随机延时发送的的信号。
确认信号：
1. 根节点主机在一个广播信号周期内接收到响应信号后，对标定归组信息检查无误后，对相应的物理地址的从机发出确认信号；其中确认信号中包括信号类型、根地址、一级地址、二级地址、物理地址、当前信号频道、信号强度、调频信号频道和校验值。（其他为0x00）
2. 节点从机接收到确认信号后，检查自身是否符合确认信号中的物理地址并作出相应的动作，否则忽略该确认信号。得到确认信号的节点从机，发出已经组网完成信号，并自动忽略往后的组网、响应和确认信号。
调频信号：
1. 根节点主机完成对信号强度的检测，并决定是否进行调频操作，此模式只在组网完成后才能进行操作。
查询信号：
1. 根节点主机对相应一、二级地址的从机下发数据查询指令；
2. 节点从机接收到查询信号后，回传数据信号给根节点主机，此模式只在组网完成后才能进行操作。
数据信号：
1. 根节点主机接收到数据信号后，将有效数据存入缓存区；
2. 节点从机返回的采集数据信号，此模式只在组网完成后才能进行操作。

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ADDITIONAL INFORMATIONS：

问题难点：
1. 由于根节点主机发送的所有信号，其他从机都能够接收到，为了避免通讯冲突，从机发送响应信号时引入了随机延时的机制，让响应信号有了先后之分，但是仍然有可能导致个别从机的延时时间是一样的。
2. 由于根节点主机和所有的节点从机通讯的频道相同，是否会因为节点从机的数量过多会引起通讯质量下降？
3. 在当前通讯频道的信号强度弱的情况下，主机如何控制所有从机切换频道，进行跳频操作？
4. 是否在根据一、二级地址和物理地址的基础上，进行频道的分组？
5. 如何确定从机地址的唯一性？