CSMA／CA协议的实现及实现小型ZigBee通信系统个构建
本文中csma／ca协议的实现基于mcl3213芯片。构建了1个小型zigbee通信系统，仅使用了mcl3213的物理层无线收发功能和内嵌单片机，所以本算法实现也可以移植到433 mhz通信等其他短距离无线通信系统中。
1、 mcl3213芯片及通信小系统
mcl3213集成了1个符合ieee 807.15.4协议的2.4 ghz收发器和飞思卡尔公司的低电压低功耗hcs08单片机核心，并带有嵌入式闪存、uart接口、低压中断和键盘中断等功能。mcl3213支持专用点到点、简单星形和mush网络，以及采用figure 8 wireless z-stack的符合zigbee标准的网络。
本设计只使用了mcl3213的1个串口，连接电脑或者传感器，用于从电脑接收需要通过无线发送的数据，并把无线接收到的数转发到电脑。
（1）数据发送
数据发送主程序的流程如图1所示。
（2）csma_mac协议及3次重发的实现
流程如图2所示。
（3）无线接收数据至串口的实现
流程如图3所示。
2、无线状态转换图
程序上电初始化后，第一次的无线状态为initial_state初始化状态。初始化状态后，无线模块进入rx_state接收状态，将模块的接收天线打开。而后进入waiting_for_ack等待状态，等待接收无线数据。当接收到无线数据时，根据wt_txbuffer0_flag来判断此时接收到的数据帧为ack还是数据帧：如果wt_txbuffer0_flag=0xff，则说明此时接收到的数据帧为ack，进入waiting_ack处理，处理完毕，无线模块重新进入rx_state接收状态；如果wt_txbuffer0_flag=0x00，则说明此时接收到的数据为无线发送来的数据帧，进入good_packet好包状态，处理完毕，无线模块重新进入rx_state接收状态。
无线状态转换图如图4所示。
3、实现协议的关键
①串口数据帧的拷贝。为保存串口接收到的数据帧，并为以后能区分缓存不同的数据帧，设计了能缓存4个数据帧的缓存空间。在接收到串口的数据帧时，跟原来直接处理数据的做法不同，新的程序中，首先将数据存在缓存区中，如果缓存区满，则不再保存新的数据帧。
②串口缓存区数据帧的处理顺序。按照接收到数据的先后顺序进行处理。
③随机退避的处理。由于mcl3213不仅需要发送数据和接收数据，还需要与串口进行通信，此处随机退避采用中断方式，当退避时间到时，置退避时间完成标志位，而后进入随机退避完成的处理过程。
④无线数据帧3次重发的实现。data类型的数据如果发送不成功，需要有3次重传机制，实现过程与之前有很大不同。当数据发送成功后，在一定的时间内等待ack，如果没有接收到ack，则判断是否重传3次。
若未到3次，置重传标志位，重传数据帧，否则丢弃此帧。随机退避次数大于最大退避次数时，同样判断是否重传3次：若未到3次，置重传标志位，重传数据帧，否则丢弃此帧。在此帧数据没有发送成功，并且重传次数未到时，不处理之后的数据帧，保证重传的数据帧是需要重传的数据帧。
⑤无线模块的状态切换。为了保证无线模块状态切换的时序没有错误，防止由于无线模块状态切换而导致的严重问题，在csma_mac协议实现过程中，无论对无线模块进行了什么操作，最终都需要把无线模块的状态置为rx_state，打开无线模块的接收天线。
⑥串口数据帧3次重发的实现。data类型的数据帧发送完成后，如果在一定的时间内未收到ack，将对数据进行重发，直至收到ack；或者重发超过3次，丢弃此帧。
4 、测试结果
在我们搭建的一个无线定位小系统测试中，定位节点与定位卡通信，工作正常；两个定位节点之间的通信，定位节点收发状态正常，工作正常；定位节点将接收到的定位卡的数据帧转发至pc上，经过定位算法处理后，定位误差在2 m范围之内。
5、结 语
本文基于zigbee基带芯片实现了简单的csma／ca协议，同时也适用于其他短距离无线通信系统。已经在1套433 mhz定位系统中使用了同一协议，收到了良好的效果。本文介绍实现的只是基本的csma／ca协议，在应用于不同的无线通信系统中时，可以根据系统的特点再加以改进，就可以达到更好的无线通信效果。
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（1）数据发送
数据发送主程序的流程如图1所示。
（2）csma_mac协议及3次重发的实现
流程如图2所示。
（3）无线接收数据至串口的实现
流程如图3所示。
2、无线状态转换图
程序上电初始化后，第一次的无线状态为initial_state初始化状态。初始化状态后，无线模块进入rx_state接收状态，将模块的接收天线打开。而后进入waiting_for_ack等待状态，等待接收无线数据。当接收到无线数据时，根据wt_txbuffer0_flag来判断此时接收到的数据帧为ack还是数据帧：如果wt_txbuffer0_flag=0xff，则说明此时接收到的数据帧为ack，进入waiting_ack处理，处理完毕，无线模块重新进入rx_state接收状态；如果wt_txbuffer0_flag=0x00，则说明此时接收到的数据为无线发送来的数据帧，进入good_packet好包状态，处理完毕，无线模块重新进入rx_state接收状态。
无线状态转换图如图4所示。
3、实现协议的关键
①串口数据帧的拷贝。为保存串口接收到的数据帧，并为以后能区分缓存不同的数据帧，设计了能缓存4个数据帧的缓存空间。在接收到串口的数据帧时，跟原来直接处理数据的做法不同，新的程序中，首先将数据存在缓存区中，如果缓存区满，则不再保存新的数据帧。
②串口缓存区数据帧的处理顺序。按照接收到数据的先后顺序进行处理。
③随机退避的处理。由于mcl3213不仅需要发送数据和接收数据，还需要与串口进行通信，此处随机退避采用中断方式，当退避时间到时，置退避时间完成标志位，而后进入随机退避完成的处理过程。
④无线数据帧3次重发的实现。data类型的数据如果发送不成功，需要有3次重传机制，实现过程与之前有很大不同。当数据发送成功后，在一定的时间内等待ack，如果没有接收到ack，则判断是否重传3次。
若未到3次，置重传标志位，重传数据帧，否则丢弃此帧。随机退避次数大于最大退避次数时，同样判断是否重传3次：若未到3次，置重传标志位，重传数据帧，否则丢弃此帧。在此帧数据没有发送成功，并且重传次数未到时，不处理之后的数据帧，保证重传的数据帧是需要重传的数据帧。
⑤无线模块的状态切换。为了保证无线模块状态切换的时序没有错误，防止由于无线模块状态切换而导致的严重问题，在csma_mac协议实现过程中，无论对无线模块进行了什么操作，最终都需要把无线模块的状态置为rx_state，打开无线模块的接收天线。
⑥串口数据帧3次重发的实现。data类型的数据帧发送完成后，如果在一定的时间内未收到ack，将对数据进行重发，直至收到ack；或者重发超过3次，丢弃此帧。
4 、测试结果
在我们搭建的一个无线定位小系统测试中，定位节点与定位卡通信，工作正常；两个定位节点之间的通信，定位节点收发状态正常，工作正常；定位节点将接收到的定位卡的数据帧转发至pc上，经过定位算法处理后，定位误差在2 m范围之内。
5、结 语
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