SimpliciTI 網絡協議棧

【參考博文】
【1】SimpliciTI組網過程

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1. SimpliciTI 概述

SimpliciTI 是TI公司針對簡單小型RF網絡開發的低功耗RF協議，主要實現無線網絡的初始化、節點加入、節點之間建立連接、終止連接、Ping查詢（類似因特網的ping,但不計算延時）、發送和接收數據等操作。
它在網絡裏提供了三種類似的節點：AP(Access Point)節點、ED（End Device）節點和RE(Range Extender)節點，即網絡接入點、終端接入點、和中繼節點。

2. SimpliciTI 的系統組成

2.1 加密技術

2.2 頻率捷變

2.3 網絡管理

2.4 訪問接入

2.5 範圍擴展器

2.6 電池供電網絡

3. 網絡拓撲結構

SimpliciTI 協議棧支持點對點和星形網絡的拓撲結構

1. 星形：該網絡中，AP可作爲數據中心的Hub,這時AP可以爲睡眠的數據接收設備保護和轉發數據。如果沒有睡眠設備AP節點就可以作爲RE來使用。在這個網絡中節點之間同樣可以建立連接，實現點對點的通信
2. 點對點：要求每個接收設備都是始終開啓，直接接收來自數據源節點的數據幀，或者來自RE。

4. 節點類型

4.1 AP節點

1. 始終開啓，一個網絡中只允許一個AP存在
2. 當作爲中心（data hub）存在時，負責上位機對整個網絡的控制接入點，通過接口（串口）控制網絡信息
3. 一個AP節點可以負責網絡地址（網絡標識符Join Token）的管理，爲網絡分配連接標識符（Link Token）

4.2 RE節點

1.當網絡數據幀的跳數設置不爲0 時，RE節點只是對原數據進行轉發，相當於將原來的射頻節點的射頻有效範圍擴大了。並且，RE節點不能轉發來自另一個RE的數據

4.3 ED節點

1. 終端節點實現整個網絡終端的功能（如傳感器數據採集、控制模塊的動作）
2. ED可始終開啓，也可不始終開啓，進入睡眠模式

5. 網絡協議分層

SimpliciTI 協議棧簡單地分了三層，即MRFI、NWK、APP層SimpliciTI
SimpliciTI 沒有嚴格按照OSI參考模型設計

1. 沒有正式的物理層（PHY）和數據鏈路層（LLC和MAC）。數據直接在射頻無線模塊被成幀結構化了。也就是說在射頻無線模塊部分已經做了這方面的工作
2. 如果對可靠的數據傳輸有要求的話，需要在應用層中實現，因此也就沒有了傳輸層

5.1 application 層

應用層包含了一個應用TCP/IP協議中很典型的端口（port）機制。有網絡本事使用的和用戶可用的端口。對應用層來說，只需要知道建立連接的相關信息，利用網絡層處理連接參數即可。端口模式如下

5.2 NWK（Network）層

網絡層處理了整個協議的很多任務，如數據收發的網絡管理、射頻收發管理（包括射頻無線參數）、加密算法管理等。網絡層的參數主要有下面幾個

1. 中心頻率和頻率間隔
2. 可用的信道數目
3. 調製技術、數據波特率和其他的射頻參數
4. 默認和產生加密算法的密碼
5. 支持保存並轉發數據的個數
6. 設備地址
7. Tx-only 設備的重發週期
8. 加入和連接標誌

5.3 MRFI（Minimal RF Interface）

不同的射頻芯片具有不同的物理和鏈路層操作，MRFI層將這些統一裝入一個層中設置，因此對於SimpliciTI 來說沒有真正意思上的物理層和數據鏈路層，而是利用射頻芯片特徵，將這些操作功能全部封裝在了MRFI這一層，利用芯片的CCA（信道清理）功能實現了信道的接入，數據包的收發，向上傳遞數據包等任務。

6. SimpliciTI 幀結構

一個SimpliciTI 協議的數據幀結構包括了三個部分：

1. 由MRFI(PHY/MAC)層處理的部分，包括了由硬件處理的前導碼和同步字節部分
2. 由NWK層處理的網絡管理實現，包括了幀類型、加密狀態、跳數、序列號、同時一些連接和加入的參數分配也在該層完成。在該層負責了將數據幀分發到不同的端口以提供處理的任務。
3. 應用層使用的有效負載部分

7. 網絡協議應用

網絡應用層的芝麻端口是用來管理網絡的點對點通信的手段。一些應用是強制要求的，而另一些是在一定條件下可選的。

7.1 查詢 Ping (0X01)

用來探測一個特定節點的存在性，發送者發送一個數據給接收者，接收者則迴應以惡搞應答幀給發起者。發送之後發起者將會等待應答，因此這裏需要使用一直超時機制。

7.2 連接 Link(0x02)

爲兩個節點的連接提供服務。提供兩種連接請求內容

7.2.1 連接請求（Link Request）

一旦連接請求建立，雙方就可以方便地相互傳送數據
請求發起者的數據幀請求是廣播的，而應答者的數據幀則是單播的。雙方都從數據幀中獲得對方的地址。
可以通過發起多個連接請求來建立多個連接。接收方將每個連接設置一個訪問標誌（Access Token）以建立多個連接。而發起方可以發起多個連接請求建立多個連接

• 連接發起方負載（Client side）：廣播
  未加密
  
  加密
  
  – Link Token
  – Local Port
  – Rx Type
  – Protocol Ver
  – CTR Value

• 連接接收方負載（Server side）： 單播

未加密

加密

7.2.2 終止連接請求 （Unlink Request）

7.3 加入網絡 Join(0x03)

7.4 安全 Security(0x04)

7.5 頻率捷變 Freq(0x05)

7.5.1 頻率切換命令

7.5.2 迴應請求

7.5.3 頻率切換請求

7.6 網絡管理

7.7 終端節點查詢