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ZigBee RF4CE技术是第一个对家庭设备进行双向交互控制的公共分布规范,具有低速率、近距离、低功耗、低成本、简单易用的特点,成为智能家居组网协议的新选择。然而,RF4CE协议栈易受WiFi干扰,网络内部易发生信息阻塞进而导致实时性信息丢失。 论文设计的低延时RF4CE协议栈包括硬件驱动层、物理层、MAC层、网络层和应用层。其中,MAC层和网络层为低延时设计重点。在MAC层,首先针对网络内部信息阻塞问题,改进时隙CSMA/CA算法使之能够基于网络负荷自适应地改变竞争窗口长度;然后针对WiFi干扰问题,采用恢复型信道切换机制以避免节点错误切换信道,并采用轮回型信道切换机制选取WiFi干扰最小信道;最后针对实时性信息问题,将超帧的保护时隙分配给实时性要求高的目标节点。在网络层,放弃传统ZigBee的协调器、路由器和终端节点组网方式,改为仅使用控制节点和目标节点的优化组网形式,节点间通过发现、配对和同步命令组建网络,降低了系统的复杂度。 论文对低延时RF4CE协议栈的性能进行实测,测试结果表明:在不同网络负荷及WiFi干扰情况下,同标准RF4CE协议栈相比,低延时RF4CE协议栈能够将数据传输延时降低30%以上,丢包率降到1%以下,且能够让指定节点在保护时隙发送数据帧。由此可见,此低延时RF4CE协议栈达到了课题提出的设计指标,实现了初步的工程应用。