Tinyos中CC2420和CTP协议的数据包格式

1）消息缓冲区 message_t

在TinyOS 2.x 中，标准的消息缓冲区 message_t，该缓冲区定义在 tos/types/message.h中。比之前Tinyos 1.x 优化了许多。如下：

typedef nx_struct message_t {
  nx_uint8_t header[sizeof(message_header_t)];
  nx_uint8_t data[TOSH_DATA_LENGTH];
  nx_uint8_t footer[sizeof(message_footer_t)];
  nx_uint8_t metadata[sizeof(message_metadata_t)];
} message_t;

TinyOS 2.x的组件把数据包看成抽象数据类型（ADT），而不是C中的数据结构，好处在于：数据包层将不依赖于特定区域字段或位置，从而可以实现可选择数据包格式，并做出各种优化。

下面一一分析message_t中的各个定义：

1 header

typedef union message_header {
  cc2420_header_t cc2420;
  serial_header_t serial;
} message_header_t;

 typedef nx_struct cc2420_header_t {
  nxle_uint8_t length;
  nxle_uint16_t fcf;
  nxle_uint8_t dsn;
  nxle_uint16_t destpan;
  nxle_uint16_t dest;
  nxle_uint16_t src;
  /** CC2420 802.15.4 header ends here */
#ifdef CC2420_HW_SECURITY
  security_header_t secHdr;
#endif
  
#ifndef TFRAMES_ENABLED
  /** I-Frame 6LowPAN interoperability byte */
  nxle_uint8_t network;
#endif

  nxle_uint8_t type;
} cc2420_header_t; 

2 data

message_t的数据字段存储单跳数据包有效载荷。TOSH_DATA_LENGTH，默认大小28字节。可以修改。

3 footer

message_footer_t字段确保message_t中有足够的空间来存储所有底层链路层的​​MTU大小。在tinyos2.x中并未有该实际字段。

 /**
 * CC2420 Packet Footer
 */
typedef nx_struct cc2420_footer_t {
} cc2420_footer_t; 

4 metadata

存储收集到的信息但不用于发送。如RSSI或者时间戳。

typedef nx_struct cc2420_metadata_t {
  nx_uint8_t tx_power;
  nx_uint8_t rssi;
  nx_uint8_t lqi;
  nx_bool crc;
  nx_bool ack;
  nx_uint16_t time;
} cc2420_metadata_t;

/**
 * CC2420 Packet metadata. Contains extra information about the message
 * that will not be transmitted.
 *
 * Note that the first two bytes automatically take in the values of the
 * FCS when the payload is full. Do not modify the first two bytes of metadata.
 */
typedef nx_struct cc2420_metadata_t {
  nx_uint8_t rssi;
  nx_uint8_t lqi;
  nx_uint8_t tx_power;
  nx_bool crc;
  nx_bool ack;
  nx_bool timesync;
  nx_uint32_t timestamp;
  nx_uint16_t rxInterval;


  /** Packet Link Metadata */
#ifdef PACKET_LINK
  nx_uint16_t maxRetries;
  nx_uint16_t retryDelay;
#endif
} cc2420_metadata_t;

2）CTP数据包格式

                     1
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|P|C| reserved  |      THL        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|              ETX                |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|             origin              |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     seqno     |   collect_id    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    data ...
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

• P: Routing pull. P位允许节点从其它节点请求路由信息。如果节点收到一个P位置位的包，它应当传输一个路由帧。
• C: Congestion notification. 拥塞标志位。如果节点丢弃了一个CTP数据帧，它必须在下一个传输的数据帧中置C位。
• THL: Time Has Lived. 已存活时间。当节点产生一个CTP数据帧时，它必须设THL为0。当节点接收到一个CTP数据帧时，它必须增加THL值。如果节点接收到的数据包THL为255，则将它回绕为0
• ETX: The ETX routing metric of the single-hop sender. 单跳发送者的ETX值。当节点发送一个CTP数据帧时，它必须将到单跳目的地的路由ETX值填入ETX字段。如果节点接收到的路由梯度比自己的小，则它必须准备发送一个路由帧。
• origin: The originating address of the packet. 包的源地址。转发的节点不可修改这个字段
• seqno: Origin sequence number. 源顺序号。源节点设置了这个字段，转发节点不可修改它。
• collect_id: Higher-level protocol identifier. 高层协议标识。源节点设置了这个字段，转发节点不可修改它。
• data: the data payload数据负载。0个或多个字节。转发节点不可修改这个字段。

Tinyos 2.x实现在net/ctp中。

typedef nx_struct {
  nx_ctp_options_t    options;
  nx_uint8_t          thl;
  nx_uint16_t         etx;
  nx_am_addr_t        origin;
  nx_uint8_t          originSeqNo;
  nx_collection_id_t  type;
  nx_uint8_t (COUNT(0) data)[0]; // Deputy place-holder, field will probably be removed when we Deputize Ctp
} ctp_data_header_t;