壓力傳感器的網(wǎng)絡(luò)組織和規(guī)模
壓力傳感器的網(wǎng)絡(luò)組織和規(guī)模也許是最重要的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，它往往對(duì)接下來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程起著告知和指導(dǎo)作用。它還有約束作用，因?yàn)榇笮途W(wǎng)絡(luò)通常更難設(shè)計(jì)和維護(hù)。幸運(yùn)的是，如今已經(jīng)有方法能輕松實(shí)現(xiàn)和維護(hù)非常大的網(wǎng)絡(luò)。 目前最先進(jìn)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在300到500個(gè)節(jié)點(diǎn)之間。這個(gè)規(guī)模看起來(lái)不大，但試想一下，所有這些節(jié)點(diǎn)工作在同一物理信道上，彼此在同一時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的行為路由數(shù)據(jù)，并在同一時(shí)間試圖保持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的完整性(通過(guò)發(fā)送周期性控制消息)，這該是個(gè)很吵很擁擠的網(wǎng)絡(luò)。另外還要注意，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)所依據(jù)的802.15.4規(guī)范使用了CSMA/CA(載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)/碰撞避免)協(xié)議，也就是說(shuō)，在各自“聽(tīng)力”范圍內(nèi)沒(méi)有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)能同時(shí)“說(shuō)話”。如果同時(shí)“說(shuō)話”，都會(huì)遭遇通信失敗，必須延遲一段時(shí)間后重試。如果網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)擁塞，那么這些重試將產(chǎn)生級(jí)聯(lián)傳輸故障，試圖發(fā)起空中訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)將越來(lái)越多，從而加劇信道的擁擠。 事實(shí)上，在設(shè)計(jì)數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)以上的網(wǎng)絡(luò)時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是如何有效地管理網(wǎng)絡(luò)擁塞(另外一個(gè)挑戰(zhàn)是在運(yùn)行時(shí)優(yōu)化用于存儲(chǔ)內(nèi)部堆棧狀態(tài)的系統(tǒng)資源)。下面的小節(jié)將簡(jiǎn)要介紹用于解決擁塞問(wèn)題的三種不同策略
網(wǎng)絡(luò)密度
顯然，“300個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)”給我們提供的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)組織的信息是很少的。由于存在上述沖突碰撞問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)密度也是影響網(wǎng)絡(luò)健康的一個(gè)重要因素，也就是說(shuō)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)聽(tīng)力范圍內(nèi)存在多少個(gè)節(jié)點(diǎn)，或者換句話說(shuō)，一個(gè)普通節(jié)點(diǎn)可以聽(tīng)到多少個(gè)其它節(jié)點(diǎn)？專(zhuān)家建議是小于5個(gè)，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)量支持冗余設(shè)計(jì)和相對(duì)無(wú)阻塞的通信介質(zhì)。7個(gè)節(jié)點(diǎn)以上的網(wǎng)絡(luò)很可能出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)砣木W(wǎng)段而加重網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。 一個(gè)相關(guān)的問(wèn)題隨之而來(lái)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師該如何判斷有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)能被聽(tīng)到？一個(gè)顯而易見(jiàn)的策略是定制嵌入式應(yīng)用程序。有關(guān)相鄰節(jié)點(diǎn)的信息實(shí)際上是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議操作的一個(gè)重要部分。事實(shí)上，節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)廣播他們自己的信息，并且這些信息會(huì)被有效范圍內(nèi)的每個(gè)其它節(jié)點(diǎn)接收到。相鄰表格可以被駐留程序查詢，并計(jì)算唯一性條目的數(shù)量。然后駐留程序再將這個(gè)診斷結(jié)果發(fā)送給指定節(jié)點(diǎn)。很明顯，這樣做只有在網(wǎng)絡(luò)密度仍能改變的網(wǎng)絡(luò)安裝過(guò)程中才有意義。一旦網(wǎng)絡(luò)安裝完畢并開(kāi)始運(yùn)行，密度信息將在故障排除過(guò)程中發(fā)揮顧問(wèn)的作用。 請(qǐng)注意，如果相鄰表格的大小小于周?chē)?jié)點(diǎn)的數(shù)量，ZigBee堆棧將強(qiáng)制周期性地撤消表格條目。這種撤消也可能負(fù)面影響總體網(wǎng)絡(luò)性能，因?yàn)榧词孤窂街袥](méi)有節(jié)點(diǎn)離線，也會(huì)強(qiáng)制路由被重新發(fā)現(xiàn)。因此，除了限制網(wǎng)絡(luò)密度以避免擁塞外，還必須根據(jù)系統(tǒng)資源(如相鄰表格的大小)確定網(wǎng)絡(luò)密度。 在節(jié)點(diǎn)的物理位置由于應(yīng)用要求而被固定的情況下，網(wǎng)絡(luò)密度可以方便地通過(guò)降低擁塞區(qū)域中收發(fā)器的輸出功率來(lái)得到控制。從理論上講，降低輸出功率與增加節(jié)點(diǎn)間距離、使它們彼此聽(tīng)到的可能性變小具有相同的效果。制造商傾向于將輸出功率設(shè)為最大值，以確保最大工作范圍和最佳鏈路質(zhì)量。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在距離性能不很重要的室內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)合，輸出功率可以很容易降低。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，輸出功率降低3dBm，有效距離范圍可以縮短1.5倍。 有關(guān)密度的最后一個(gè)考慮因素是，故障率增加到足夠高以致于觸發(fā)上述級(jí)聯(lián)故障效應(yīng)的理論極限。當(dāng)然，這個(gè)參數(shù)取決于應(yīng)用程序本身發(fā)送的信息量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)每秒發(fā)送一個(gè)最大長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包，那么在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的聽(tīng)力范圍內(nèi)這個(gè)極限值約為25個(gè)節(jié)點(diǎn)。密度極限似乎是不變的，與堆棧實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)，這意味著密度極限與MAC層更基本的CSMA操作有關(guān)。例如，我們可以推斷每隔n秒發(fā)送一個(gè)包的節(jié)點(diǎn)的密度極限值，就是將最大密度乘以1.2n倍。這個(gè)近似值從來(lái)不應(yīng)被用作網(wǎng)絡(luò)密度的精確指導(dǎo)值，因?yàn)閷?shí)際值將取決于網(wǎng)絡(luò)中的路由器和終端設(shè)備的比例。
