關鍵性技術介紹與分析
2.2.1 SWSN 無線傳感器網絡技術
本系統有很多的功能節點，這些功能節點是通過成本很低和可靠性相對較高的 SWSN（Simple Wireless Senor Network）無線傳感器通信技術實現數據傳輸的。SWSN 協議是我們利用射頻芯片 CC1101 開發的一個無線傳感器網絡，這個網絡是我們自己組建的，是用于智能家電控制系統的一種面向小型化應用、低功耗的無線通信網絡。SWSN 網絡支持點對點的通信結構和星型拓撲結構我們可以根據家庭的實際情況設計出一種適合智能家電控制系統的網絡拓撲結構?？梢栽诤芏痰臅r間內，利用 SWSN 網絡協議建立一個面向不用應用的網絡布局。SWSN 協議棧分為應用層、網絡層和物理層。下面分別介紹 SWSN 協議棧。
2.2.1.1 SWSN 應用層SWSN?
網絡協議的應用層是提供用戶開發的，該層主要負責用戶命令的處理、信息數據的采集和網絡設備的管理等。應用層由兩部分組成：應用層管理和應用層服務數據管理。應用層管理主要管理網絡中的終端，例如查詢網絡節點的個數、判斷節點是否在網絡中、查詢網絡內節點的地址等。應用層數據管理負責管理網絡用戶發送的指令處理和處理采集節點的數據信息。
2.2.1.2 SWSN 網絡層SWSN?
網絡層由數據服務管理、網絡層管理和網絡安全管理三部分組成。數據服務管理主要用于對應用層數據發送到指定目的地址的管理；接收并解析底層消息序列，判斷這一消息是在本層處理解決，還是發送到應用層處理，由應用層處理，網絡鏈接號指定數據的通信。網絡管理的工作主要有網絡建立、網絡參數管理、節點加入、地址管理、休眠節點數據存儲等功能。在對網絡安全要求比較高的情況下，網絡安全管理可以對網絡進行加密算法管理，從而實現網絡數據通信的安全，保證信息的安全。
2.2.1.3 SWSN 物理層SWSN?
協議棧的物理層由射頻接口和協議處理的板級支持包 BSP 組成。板級支持包是實現 SWSN 軟件的“工具”，是射頻層和網絡層之間的橋梁，支持射頻模塊和網絡之間的通信。BSP 除了處理 SWSN 網絡協議外，還預留了一些接口（如串口），用于連接需要處理的節點，還一些必要的外圍設備，如 LEDS、KEYS、GPIO 的引腳定義等。用戶還可以根據之間的需求定做 BSP 滿足實際的需要。射頻接口部分對消息幀的基本讀/寫進行了抽象。射頻芯片的不同，具體實施的方式也不相同，但是 SWSN 協議提供的基本接口是一樣的。所以不同的射頻芯片，SWSN 可以提供不同的支持。另外，物理層可以封裝射頻接口，可以消除硬件的差異。
2.2.1.4 SWSN 網絡應用分析
SWSN無線網絡協議是按幀格式進行數據的收發操作，實現無線數據傳輸的。硬件上主要是由一個射頻收發芯片（CC1101）和微控制器（MSP430F149）構成，協議字節命令是由軟件程序控制的，這些程序運行在微控制器上，微控制器控制著射頻芯片的發送與接收。CC1101 芯片有幾種工作狀態（用于收發數據的發射狀態和接收狀態，用于節能的休眠狀態和沒有數據傳輸的空閑狀態等）。該芯片的不同工作狀態之間是可以進行切換的，切換的方式主要是通過操作芯片的外部引腳和內部寄存器來實現的。CC1101 芯片無線模塊上電后，大約 10ms 的時間，芯片開始進入休眠狀態。在休眠狀態下，CC1101 芯片的工作電流是400n A，這么小的電流保證了無線模塊的低功耗。雖然 CC1101 芯片在休眠狀態已經停止繼續工作，不過該芯片的內部寄存器的值不像掉電那樣，是不會丟失的。通過把 CC1101 芯片的CSn 引腳拉低，經過 1.5ms 的時間后，它的工作狀態就從休眠模式轉換到空閑模式。在空閑模式下，CC1101 芯片可以進行數據的讀寫和狀態間的切換。之后便可對發送 STX 位或接收SRX 位進行寫操作，芯片開始發送或接受數據。CC1101 芯片是用 SPI 接口和 MCU（MSP430F149）單片機進行通信的，CC1101 芯片支持低速率的數據傳輸，所以無線傳輸的數據可以低速寫入 CC1101。SWSN 網絡中的設備信息交互是按數據包的形式，數據包是按照一定幀格式進行收發的。每個數據包的長度是 23+n個字節，n 是來自網絡應用層傳輸的有效數據，最大為 50,最小為 0。SWSN 數據幀由四部分組成：物理層數據幀、射頻接口數據幀、網絡層數據幀、應用層數據幀。?
SWSN 數據幀可以分為安全使能數據幀（如圖 2.3）和無安全使能數據幀（如圖 2.4）。SWSN 協議數據幀結構中各字段的含義如表 2-1 所示。
