城市道路照明越來越多采用LED照明技術代替傳統的照明技術，其目的是為了降低對電能的消耗。由于LED使用低壓直流電源，便于附加檢測與控制電路，這對路燈網絡的智能化管理，進一步節能降耗帶來了方便。對于路燈網絡的管理與控制，既可以采用電力載波通信技術，也可技術的快速發展，使得短距離無線通信技術在應用成本、可靠性與通信速率等方面均已優于電力載波通信技術，例如Zigbee短距離無線通信技術。本文提出一種解決方案，采用短距離無線通信技術構建LED路燈無線傳感網絡，能對LED路燈網絡任意單盞燈或多盞燈或全網絡所有燈進行開關、調光等控制，進行發光亮度、電流參數等檢測，從而實現對LED路燈網絡的智能化管理。作為無線傳感網絡，其體系結構應該包含四個基本層次：物理層和數據鏈路層、網絡層以及應用層。LED路燈無線傳感網絡采用IEEE802.15.4標準作為其物理層和數據鏈路層的技術標準，網絡層與應用層集成在一起，采用單跳、雙跳以及變跳3種接力通信模式作為網絡協議的基礎。本文圍繞LED無線傳感網絡的體系結構，以網絡拓撲及通信節點的組成為基礎，論述了網絡層的協議包格式、路由工作原理，以及節點通信的設計流程。
1 網絡體系
LED無線傳感網絡的網絡體系是網絡層實現路由的基礎，包括節點組成及網絡拓撲結構。
1.1 LED路燈傳感網絡節點的組成
LED路燈網絡由間隔均勻的若干盞路燈組成，每一盞LED路燈均為網絡的一個通信節點，用來構建無線傳感網絡。圖1所示，為構建無線傳感網絡LED路燈節點的組成，除了照明部分的電路外，還附加了對LED電流的采樣、LED發光亮度的檢測、以及對LED發光亮度的PWM控制等電路。每一盞LED路燈既是傳感器節點也是網絡路由節點；每一個節點包含一個微控制器（MCU，如cc2530），都具有射頻通信功能，既能發送信號也能接收信號；每一個節點具有32bit（位）的唯一ID號。通過在物理層和MAC層采用IEEE 802.15.4協議標準，結合網絡層與應用層的協議，所有這些節點有機地組合在一起，便構成了LED路燈無線傳感網絡。由于現有的一些網絡層與應用層協議如Zigbee、RF4CE等并不是很適合LED路燈傳感網絡應用，因此，需要重新設計網絡層與應用層協議。
圖1 LED路燈節點的組成
1.2 網絡拓撲
根據LED路燈的分布規律，每盞LED路燈作為網絡節點構成無線通信網絡，其拓撲結構如圖2所示，（a）是信號逐點（單跳）接力傳送拓撲結構圖，（b）是信號隔點（雙跳）接力傳送拓撲結構圖。為便于下文網絡應用協議的設計與討論，作出如下定義：
（1）所有節點可分為2類，即LED路燈節點(簡稱LED節點，如a1 a2 … an , b1 b2 … bn)和路燈控制器節點(簡稱控制節點,如a,b)；
（2）相鄰節點之間的距離均為L，每個節點的無線信號覆蓋半徑大于等于2L；
（3）根據節點的相對位置，節點可分為前驅節點與后繼節點，離控制器近的是前趨節點，離控制器遠的是后繼節點。例如a1是a2前驅節點，a3是a2后繼節點；同理b2是b4前驅節點，b6是b4后繼節點，以此類推。
圖2 網絡拓撲結構示意圖
（4）控制節點與LED節點之間，LED節點相互之間，只要無線信號可以覆蓋到,都可以相互通信，不需要設基站或專門的路由協調裝置。
（5）每個節點的32bit唯一ID號由兩部分組成，分別為網絡ID和節點地址（編號），均為16bit。同一路燈網絡所有節點的網絡ID相同；從控制節點開始，節點地址由小到大順序編排。