Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接rucb_open

摘要：

    本文讲述Rime协议栈单跳单播的连接建立过程，即rucb_open --> runicast_open --> stunicast_open --> unicast_open --> broadcast_open --> abc_open --> channel_open。

一、概述

1.1 讨论范围

    使用Rime协议栈进行通信，需要先建立连接。Rime协议栈提供单跳单播、单跳广播、多跳三种功能，本文仅介绍单跳单播(Single-hop unicast)连接建立过程，如下图红色箭头所示：

图1 Rime协议栈系统框图

    图1蓝色下划线suc、stuc是两篇不同论文的名称，事实上是同一个意思。因源代码用的也是stuc，故在以后讨论使用stuc。关于图1各名词解释，详见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈概述及学习资料》。

1.2 连接建立概述

Rime是层次型协议栈，整个连接过程是通过上层调用下层服务来完成的，具体如下：

    rucb_open --> runicast_open --> stunicast_open --> unicast_open --> broadcast_open --> abc_open --> channel_open

1.3 几点说明

    使用Rime协议栈进行通信之前，需要建立连接，也就需要保存该连接一些信息(如发送者、接收者)，Rime协议栈用一系列结构体保存这些链接状态信息。Rime每一层都有相应的连接结构体(以_conn结尾)，上层嵌套下层，如下：

    rucb_conn --> runicast_conn --> stunicast_conn --> unicast_conn --> broadcast_conn --> abc_conn

    每个连接结构体都有相应的回调结构体(以_callbacks后缀结尾)，该结构体的成员变量实为发送、接收函数指针。当接收到一个数据报，会调用该结构体相应的函数。回调结构体层次如下：

    rucb_callbacks --> runicast_callbacks --> stunicast_callbacks --> unicast_callbacks --> broadcast_callbacks --> abc_callbacks

    综上，连接建立_open、连接结构体_conn、回调结构体_callbacks间的关系如下图：

open、coon、callbacks对应关系源文件 open、coon、callbacks对应关系.rar   

图2 open、coon、callbacks对应关系

    为了便于叙述，将连接结构体_conn、回调结构体_callbacks分别单列成文，阅读本文后续内容，请结合如下博文：

博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之结构体rucb_conn》

博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之callbacks》

    事实上，整个连接过程，就是设置相应的连接结构体成员变量，所以建立先阅读下博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之结构体rucb_conn》。

1.4 一个实例

文件contiki/examples/rime/example-rucb.c给出一个使用rucb实例，建立连接部分源代码如下：

static struct rucb_conn rucb;
const static struct rucb_callbacks rucb_call =
{
  write_chunk,
  read_chunk,
  NULL
};
rucb_open(&rucb, 137, &rucb_call);

    定义连接结构体rucb，实现回调结构体中的函数并定义回调结构体rucb_call，指定一个通道号调用rucb_open建立连接。

二、rucb_open

rucb是块传输(Bulk transfer)层[1]，可以理解成传输层，rucb_open源代码如下：

void rucb_open(struct rucb_conn *c, uint16_t channel, const struct rucb_callbacks *u)
{
  rimeaddr_copy(&c->sender, &rimeaddr_null);
  runicast_open(&c->c, channel, &ruc);
  c->u = u;
  c->last_seqno =  - 1;
}

rimeaddr_copy

    将Rime地址rimeaddr_null拷贝到sender，即将sender设为0.0(当Rime地址长度为2)。关于Rime地址rimeaddr_t及函数rimeaddr_copy相关介绍见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈之Rime地址rimeaddr_t》。

runicast_open

    见第三部分。

c->u = u

    结构体rucb_callbacks有3个函数指针成员变量写数据块write_chunk、读数据块read_chunk、超时timedout，这三个函数由用户自己实现，建立连接时作为参数传给rucb_open(见1.4例子)。

c->last_seqno = -1

    一次数据发送多个片段的最后一个序列号，当接收端接收到数据时，判断其序列号是否等于最后一个序列号，若等于则不接收(即接收到最后一个数据块，停止接收)。last_seqno 初始化为-1。

三、runicast_open

    ruc是可靠通信的另一层，该层主要实现确认和序列功能(acknowledgments and sequencing)[1]，runicast_open源代码如下：

//static const struct runicast_callbacks ruc = {recv, acked, timedout};
//runicast_open(&c->c, channel, &ruc);

void runicast_open(struct runicast_conn *c, uint16_t channel, const struct runicast_callbacks *u)
{
  stunicast_open(&c->c, channel, &runicast);
  channel_set_attributes(channel, attributes);
  c->u = u;
  c->is_tx = 0;
  c->rxmit = 0;
  c->sndnxt = 0;
}

stunicast_open

    见第四部分。

channel_set_attributes

    设置通道channel属性，关于结构体通道channel及函数channel_set_attributes介绍见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈通道channel》。这里的参数attributes是数组指针，具体展开比较繁琐，遂单独成文《Contiki学习笔记：Rime协议栈Rime协议栈单跳单播头部》。

c->u = u

    结构体runicast_callbacks有3个函数指针成员变量接收recv、发送sent、超时timedout，分别映射到接收recv、确认acked、超时timedout函数(在contiki/core/net/rime/rucb.c实现)，详情见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之callbacks》。

is_tx、rxmit、max_rxmit

    is_tx、rxmit、max_rxmit是结构体runicast_conn的成员变量，均初始化为0，关于is_tx、rxmit、max_rxmit介绍见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之结构体rucb_conn》。

四、stunicast_open

    stuc是可靠通信的另一层，该层在给定的时间间隔不断地重发数据包，直到上层让其停止。为了防止无限重发，需要指定最大重发次数(maximum retransmission number)[1]，stunicast_open源代码如下：

//static const struct stunicast_callbacks runicast = {recv_from_stunicast,sent_by_stunicast};
//stunicast_open(&c->c, channel, &runicast);

void stunicast_open(struct stunicast_conn *c, uint16_t channel, const struct stunicast_callbacks *u)
{
  unicast_open(&c->c, channel, &stunicast);
  c->u = u;
}

unicast_open

    见本文第五部分。

c->u = u

    结构体stunicast_callbacks有2个函数指针成员变量接收recv、发送sent，分别映射到接收recv_from_stunicast、发送sent_by_stunicast函数(在contiki/core/net/rime/runicast.c实现)，详情见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之callbacks》。

五、unicast_open

    uc(unicast abstraction)将上层的数据包添加一个接收者头部(adds a receiver header field)[1]，unicast_open源代码如下：

//static const struct unicast_callbacks stunicast = {recv_from_uc, sent_by_uc};
//unicast_open(&c->c, channel, &stunicast);

void unicast_open(struct unicast_conn *c, uint16_t channel, const struct unicast_callbacks *u)
{
  broadcast_open(&c->c, channel, &uc);
  c->u = u;
  channel_set_attributes(channel, attributes);
}

broadcast_open

    见本文第六部分。 

c->u = u

    结构体unicast_callbacks有2个函数指针成员变量接收recv、发送sent，分别映射到接收recv_from_uc、发送sent_by_uc函数(在contiki/core/net/rime/stunicast.c实现)，详情见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之callbacks》。

channel_set_attributes

    设置通道channel属性，关于结构体通道channel及函数channel_set_attributes介绍见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈通道channel》。这里的参数attributes是数组指针，具体展开比较繁琐，遂单独成文《Contiki学习笔记：Rime协议栈Rime协议栈单跳单播头部》。

六、broadcast_open

    ibc(identified sender best-effort broadcast)将上层的数据包添加一个发送者身份(sender identity)头部[1]，broadcast_open源代码如下：

//static const struct broadcast_callbacks uc = {recv_from_broadcast, sent_by_broadcast};
//broadcast_open(&c->c, channel, &uc);

void broadcast_open(struct broadcast_conn *c, uint16_t channel, const struct broadcast_callbacks *u)
{
  abc_open(&c->c, channel, &broadcast);
  c->u = u;
  channel_set_attributes(channel, attributes);
}

abc_open

    见本文第七部分。 

c->u = u

    结构体broadcast_callbacks有2个函数指针成员变量接收recv、发送sent，分别映射到接收recv_from_broadcast、发送sent_by_broadcast函数(在contiki/core/net/rime/unicast.c实现)，详情见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之callbacks》。 

channel_set_attributes

    设置通道channel属性，关于结构体通道channel及函数channel_set_attributes介绍见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈通道channel》。这里的参数attributes是数组指针，具体展开比较繁琐，遂单独成文《Contiki学习笔记：Rime协议栈Rime协议栈单跳单播头部》。

七、abc_open

    abc(anonymous broadcast，匿名广播)将数据包通过无线射频驱动(radio driver)发出去，接收来自无线射频驱动所有的包并交给上层[1]，abc_open源码如下：

//static const struct abc_callbacks broadcast = {recv_from_abc, sent_by_abc};
//abc_open(&c->c, channel, &broadcast);

void abc_open(struct abc_conn *c, uint16_t channelno, const struct abc_callbacks *callbacks)
{
  channel_open(&c->channel, channelno);
  c->u = callbacks;
  channel_set_attributes(channelno, attributes);
}

channel_open

    见本文第八部分。 

c->u = callbacks

    结构体abc_callbacks有2个函数指针成员变量接收recv、发送sent，分别映射到接收recv_from_abc、发送sent_by_abc函数(在contiki/core/net/rime/broadcast.c实现)，详情见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈单跳单播建立连接之callbacks》。

channel_set_attributes

    设置通道channel属性，关于结构体通道channel及函数channel_set_attributes介绍见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈通道channel》。这里的参数attributes是数组指针，具体展开比较繁琐，遂单独成文《Contiki学习笔记：Rime协议栈Rime协议栈单跳单播头部》。

八、channel_open

    channel_open用于打开一个通道，实际上是设置通道号并将通道c加到channel链表中，详情见博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈通道channel》，channel_open源代码如下：

//channel_open(&c->channel, channelno);

void channel_open(struct channel *c, uint16_t channelno)
{
  c->channelno = channelno;
  list_add(channel_list, c);
}

至此，单跳单播连接整个过程介绍完毕:-)

参考资料：

[1] 博文《Contiki学习笔记：Rime协议栈概述及学习资料》

[2] Adam Dunkels,Fredrik Osterlind,Zhitao He. An Adaptive Communication Architecture for Wireless Sensor Networks[J]