ESP32C2+LoRa SX1262自组网方案设计
网络架构概述
采用混合拓扑结构:主节点与中继节点形成Mesh网络,中继节点与子节点形成星型网络。每个子节点可接入多个中继节点,支持多路径传输。网络规模为主节点+5~6级中继,每级中继带16~32个子节点。
硬件初始化函数设计
void hardware_init() {
// SPI初始化
spi_bus_config_t buscfg = {
.miso_io_num = GPIO_MISO,
.mosi_io_num = GPIO_MOSI,
.sclk_io_num = GPIO_SCLK,
.quadwp_io_num = -1,
.quadhd_io_num = -1
};
spi_bus_initialize(HSPI_HOST, &buscfg, SPI_DMA_CH_AUTO);
// SX1262初始化
sx126x_params_t radio_params = {
.freq = 868000000,
.tx_power = 22,
.spi_host = HSPI_HOST,
.cs_pin = GPIO_CS,
.busy_pin = GPIO_BUSY,
.dio1_pin = GPIO_DIO1
};
sx126x_init(&radio_params);
}
网络构建过程
- 主节点广播信标
void send_beacon() {
uint8_t beacon_packet[16] = {
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, // 广播地址
0x01, // 信标类型
network_level,
parent_id,
rssi_threshold
};
sx126x_send(beacon_packet, sizeof(beacon_packet), SX126X_TXMODE_SYNC);
}
- 中继节点发现与注册
void handle_beacon(uint8_t *data, int len) {
int received_level = data[5];
if (received_level < current_level - 1) {
send_join_request(data[6]); // 父节点ID
}
}
路由表管理
typedef struct {
uint8_t node_id;
uint8_t parent_id;
int8_t rssi;
uint8_t hop_count;
uint32_t last_seen;
} routing_entry;
routing_entry routing_table[32];
void update_routing_table(uint8_t node_id, uint8_t parent_id, int8_t rssi) {
for (int i = 0; i < 32; i++) {
if (routing_table[i].node_id == node_id) {
routing_table[i].rssi = rssi;
routing_table[i].last_seen = esp_timer_get_time();
return;
}
}
// 添加新条目
}
防冲突与避让算法
#define CSMA_CA_MAX_BACKOFF 5
bool channel_access_check() {
int backoff = 0;
while (backoff < CSMA_CA_MAX_BACKOFF) {
if (sx126x_get_rssi() < RSSI_THRESHOLD) {
return true;
}
int delay_ms = (esp_random() % (1 << backoff)) * 10;
vTaskDelay(delay_ms / portTICK_PERIOD_MS);
backoff++;
}
return false;
}
多信道选择实现
uint32_t channels[] = {868000000, 868500000, 869000000};
void channel_hop() {
static int current_channel = 0;
current_channel = (current_channel + 1) % 3;
sx126x_set_frequency(channels[current_channel]);
}
数据包转发逻辑
void packet_forward(uint8_t *data, int len) {
uint8_t dest_id = data[1];
uint8_t next_hop = find_next_hop(dest_id);
if (next_hop == own_id) {
deliver_to_application(data, len);
} else {
sx126x_send(data, len, SX126X_TXMODE_ASYNC);
}
}
不同自组网方案对比
方案1:分簇层次路由
void cluster_formation() {
if (is_cluster_head()) {
broadcast_cluster_head_announcement();
} else {
join_best_cluster();
}
}
方案2:AODV路由协议
void aodv_route_discovery(uint8_t dest_id) {
route_request_packet rreq = {
.source_id = own_id,
.dest_id = dest_id,
.hop_count = 0
};
broadcast_packet((uint8_t*)&rreq, sizeof(rreq));
}
方案3:OLSR主动路由
void olsr_topology_control() {
periodic_hello_messages();
if (is_mpr_node()) {
forward_tc_messages();
}
}
信道质量检测
typedef struct {
uint32_t channel;
int16_t rssi_avg;
uint8_t noise_floor;
uint16_t packet_loss;
} channel_quality_t;
channel_quality_t channel_scan() {
channel_quality_t result;
for (int i = 0; i < 3; i++) {
sx126x_set_frequency(channels[i]);
result.rssi_avg = sx126x_get_rssi();
// 其他指标计算
}
return best_channel(result);
}
关键设计要点
- 采用混合路由协议:中继间使用改进的OLSR协议,星型网络部分采用简化AODV
- 动态时隙分配:基于节点密度自适应调整TDMA时隙
- 多路径冗余:关键数据通过多个中继路径传输
- 信道质量感知:实时监测信道状态并动态切换
完整实现需要约5000-8000行代码,包含以下模块:
- 物理层驱动(SPI/SX1262)
- MAC层协议(CSMA/CA+TDMA混合)
- 网络层路由协议
- 应用层接口
- 网络管理工具
建议采用事件驱动架构,所有网络操作通过状态机管理,确保低功耗运行。关键算法如路由选择、信道分配等需要在实际部署中通过OTA进行参数优化。
硬件参考冰河无线的无线模组开发板。

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