Протокол SimpliciTI был разработан компанией для небольших беспроводных сетей, имеющих не более 100 узлов. С его помощью можно организовывать сети по топологиям «звезда», «звезда» с ретрансляцией и «точка-точка».

Благодаря малому размеру кода требования к аппаратной части довольно низки, из-за чего себестоимость сети получается довольно незначительной. Протокол разрабатывался с учетом того, что устройства большую часть времени должны быть в «спящем» режиме, благодаря этому потребляемый элементами сети ток достаточно мал. Гибкость и универсальность протокола позволяет использовать для построения сети различные микроконтроллеры и приемопередатчики разных частотных диапазонов. Перечисленные достоинства дают возможность применения SimpliciTI в таких областях как охранная и пожарная автоматика, счетчики газа, воды, электросчетчики, домашняя автоматизация и многих других. Пример топологии сети на базе протокола SimpliciTI показан на рисунке 1.

 

 

Рис. 1. Пример топологии протокола SimpliciTI

Для начала работы с протоколом можно приобрести отладочную плату микроконтроллера MSP430 с интерфейсной платой трансиверов CC1100 или СС2500 (рисунок 2).

 

 

Рис. 2. Отладочная плата MSP430

Можно также использовать отладочный набор eZ430-RF2500 с трансивером СС2500 (рисунок 3).

 

 

Рис. 3. Отладочный набор eZ430-RF2500

Рассмотрим пример реализации протокола SimpliciTI на базе этого набора. Этот набор поставляется с уже загруженным программным обеспечением SimpliciTI двух типов узлов: точки доступа и конечного устройства. Пример называется Wireless Sensor Monitor. Точка доступа имеет стационарное питание и управляет сетью. Конечное устройство имеет батарейное питание и основную часть времени находится в спящем режиме. Раз в секунду оно просыпается, измеряет температуру окружающей среды, передает данные на точку доступа и снова засыпает. Точка доступа подключена через USB-интерфейс к компьютеру и с помощью программы Network Visualizer GUI можно просмотреть информацию о температуре с каждого датчика. Точка доступа также может измерять температуру окружающей среды, кроме того, она постоянно тестирует сеть на факт появления новых устройств.

Блок-схема алгоритма работы точки доступа приведена на рисунке 4.

 

 

Рис. 4. Блок схема алгоритма работы дочки доступа

Исходный код этой программы для точки доступа содержится в файле demo_AP.c.

На этапе инициализации функция BSP_Init() инициализирует светодиоды, функция MCU_init() инициализирует процессор, далее выдается сообщение на COM-порт, и функция SMPL_init(sCB) инициализирует трансивер и протокол SimpliciTI. Параметр sCB представляет собой указатель на функцию обратного вызова, которая будет выполняться в обработчике прерываний при получении точкой доступа пакета. Эта функция определяет источник посылки пакетов в зависимости от идентификатора канала. Если идентификатор канала имеет нулевое значение, это означает, что происходит запрос на подключение. В случае принятия запроса точка доступа присваивает подключившемуся устройству очередной идентификатор из диапазона от 0x01 до 0x1D. Пример Wireless Sensor Monitor версии 1.03 позволяет подключить максимум 8 конечных устройств к точке доступа.

В зависимости от идентификатора канала функция обратного вызова sCB определяет и увеличивает значения соответствующих семафоров sPeerFrameSem или sJoinSem для того, чтобы обработать их в теле основной программы. В программе также используется семафор sSelfMeasureSem, который устанавливается таймером В, чтобы каждую секунду измерять напряжение питания и температуру точки доступа. Таким образом, после инициализации логикой программы управляют три семафора. Функция обратного вызова sCB возвращает определенное значение. Если это значение больше нуля, значит, функция обработала принятый пакет и освободила память. В коде demo_AP.c функция возвращает нулевое значение, потому что оставляет принятый пакет в памяти для его обработки самим приложением. Это сделано для того, чтобы уменьшить время, проведенное в обработчике этого прерывания. Когда устройство работает со многими конечными устройствами, важно иметь код небольшого размера в обработчике, чтобы минимизировать риск потерь пакетов.

Блок-схема алгоритма работы конечного устройства представлена на рисунке 5.

 

 

Рис. 5. Блок-схема алгоритма работы конечного устройства

Инициализация конечного устройства похожа на инициализацию точки доступа, однако есть некоторые отличия: адрес точки доступа генерируется случайным образом и передается в функцию инициализации SMPL_init(). Таким образом, если конечное устройство по какой либо причине перезапустится, оно получит тот же самый адрес, по которому его запомнила точка доступа, и для точки доступа оно не будет новым конечным устройством. После инициализации конечное устройство подключается к точке доступа, переходит в режим пониженного энергопотребления, из которого оно раз в секунду пробуждается по прерыванию таймера, измеряет напряжение питания и температуру, передает на точку доступа и опять засыпает.

Более подробно с работой сети на примере Wireless Sensor Monitor можно познакомиться в документе slaa378b.pdf, который можно скачать c сайта Texas Instruments.

Концептуально протокол SimpliciTI состоит из трех программных уровней, которые показаны на рисунке 6.

 

 

Рис. 6. Программные уровни протокола SimpliciTI

В этой архитектуре пользователю достаточно только работы с уровнем приложения пользователя для построения законченного устройства. Поддержка связи обеспечивается простой установкой API-символов, используемых для инициализации сети, чтения и записи сообщений. Эта архитектура отличается от 7-уровневой сетевой архитектуры OSI. В SimpliciTI нет уровня PHY или MAC/LLC: данные принимаются непосредственно от радиоинтерфейса уже сформированными, таким образом, радиоинтерфейс выполняет функции этих уровней. Также в SimpliciTI нет уровня представления, где его функции берет на себя сетевой уровень, и нет транспортного уровня, в случае его необходимости его можно реализовать в уровне приложений.

Возможные топологии сети SimpliciTI показаны на рисунках 7, 8, 9, 10.

 

 

Рис. 7. Соединение точка-точка (ED1,2 - конечное устройство 1,2)

 

 

Рис. 8. Соединение точка-точка с сохранением и перенаправлением данных

 

Рис. 9. Соединение точка-точка через ретранслятор

 

 

Рис. 10. Соединение точка-точка с сохранением и перенаправлением данных через
ретранслятор и точку доступа

Структура фрейма протокола SimpliciTI представлена на рисунке 11.

 

 

Рис. 11. Структура фрейма протокола SimpliciTI

Описания структуры фрейма приведено в таблице 1.

Таблица 1. Описание структуры фрейма

Поле	Описание	Комментарии
Preamble	Радиосинхронизация	Заполняется трансивером
Sync	Радиосинхронизация	Заполняется трансивером
Length	Длина пакета в байтах	Заполняется программно при передаче. Частично фильтруется при приеме.
MISK	Различные данные	Различно для разных трансиверов, может не заполняться
DSTADDR	Адрес получателя	Заполняется программно. Фильтруется в зависимости от трансивера.
SRCADDR	Адрес отправителя	Заполняется программно.
PORT	Биты шифрования - 6-7 Номер порта приложения - биты 5-0	Заполняется программно. Номера портов 0х20 - 0х3F зарезервированы за приложением пользователя, 0-1F - за сетевым уровнем
Device info	Отправитель/получатель и возможности платформы	Заполняется программно.
TRACTID	Идентификатор транзакции	Заполняется программно. Порядок зависит от контекста, каждый раз увеличивается.
APP Payload	Данные приложения	0≤n≤52 (50 байт для некоторых трансиверов, которые берут данные о 64 байтовом буфере FIFO для получения информации о сигнале)
FSC	Контрольная сумма	Обычно CRC прибавляется самим трансивером

Более детальную информацию по протоколу SimpliciTI можно получить, скачав с сайта http://www.ti.com/  пакет, который содержит компоненты протокола, документацию и примеры.

Ответственный за направление в КОМПЭЛе - Мария Рудяк

 

 

Получение технической информации, заказ образцов, поставка -
e-mail: wireless.vesti@compel.ru