6.2 KiB
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下面是可直接交给执行 AI 的 plan.md。
目标是：严格工程化、可自动实现、可自动测试、可验证正确性，避免模糊描述。
该计划默认：
- Python ≥ 3.10
- 使用 SimPy
- 面向未来 STM32WL 移植（协议一致）
plan.md
STM32WL SubGHz 多跳汇聚网络
SimPy 离散事件仿真工程计划
1. 项目目标
构建一个 协议级一致的离散事件仿真系统，用于验证：
- 多节点 → 单 Sink 汇聚
- 多跳转发
- ACK可靠传输
- 路由自动收敛
- LoRa 信道冲突行为
仿真代码必须满足：
routing logic 可直接迁移到 STM32 C 状态机
2. 总体架构
采用 事件驱动 + 分层设计。
sim/
│
├── main.py
├── config.py
│
├── core/
│ ├── packet.py
│ ├── event.py
│ └── metrics.py
│
├── radio/
│ ├── channel.py
│ ├── propagation.py
│ └── airtime.py
│
├── mac/
│ └── reliable_mac.py
│
├── routing/
│ └── gradient_routing.py
│
├── node/
│ └── node.py
│
└── tests/
├── test_convergence.py
├── test_reliability.py
└── test_collision.py
3. 核心设计原则（必须遵守）
3.1 禁止直接调用
模块之间只能通过接口通信：
Node → MAC → Radio → Channel
禁止：
Node 直接访问 Channel
3.2 状态机驱动
所有行为必须：
event-driven
禁止：
- while True busy loop
- sleep()
只能：
yield env.timeout()
3.3 STM32一致性约束（重要）
函数结构必须未来可映射：
| Python | STM32 |
|---|---|
| on_receive() | OnRxDone |
| send_packet() | Radio.Send |
| timeout_event | UTIL_TIMER |
4. 配置系统
config.py
必须集中定义：
NODE_COUNT = 12
AREA_SIZE = 800
HELLO_PERIOD = 8.0
DATA_PERIOD = 30.0
TX_POWER = 14
RSSI_THRESHOLD = -105
ACK_TIMEOUT_FACTOR = 2.5
MAX_RETRY = 3
SF = 9
BW = 125000
CR = 5
禁止硬编码参数。
5. Packet 模型
core/packet.py
class Packet:
type
src
dst
seq
hop
payload
类型：
HELLO = 1
DATA = 2
ACK = 3
6. 信道模型
6.1 Channel (radio/channel.py)
职责：
- 广播传播
- airtime占用
- 碰撞检测
接口：
transmit(packet, sender)
6.2 碰撞规则
发生碰撞条件：
time overlap
AND
|RSSI1 - RSSI2| < 6 dB
结果：
全部丢弃
6.3 传播模型
propagation.py
RSSI =
TX_POWER
- 10*n*log10(distance)
+ gaussian_noise
参数：
n = 2.7
noise σ = 3
7. Airtime 计算
radio/airtime.py
必须实现真实 LoRa airtime 公式。
输出：
seconds
用于：
ACK timeout
channel busy time
energy calculation
8. MAC 层
mac/reliable_mac.py
8.1 发送流程
enqueue packet
↓
backoff
↓
transmit
↓
wait ACK
↓
retry or success
8.2 Backoff
random(0 ~ 2s)
8.3 ACK管理
维护：
pending_ack[seq]
超时：
ACK_TIMEOUT = airtime × ACK_TIMEOUT_FACTOR
9. 路由层（核心）
routing/gradient_routing.py
9.1 状态
self.cost
self.parent
self.neighbors{}
9.2 HELLO 处理
new_cost =
neighbor_cost + 1 + link_penalty
link_penalty =
max(0, (RSSI_THRESHOLD - RSSI)/8)
9.3 更新条件
if new_cost < cost - 1:
parent = sender
9.4 数据转发
if not sink:
send to parent
10. Node 对象
node/node.py
必须实现的协程
hello_task()
data_task()
receive_task()
生命周期
start
↓
route convergence
↓
data generation
↓
forwarding
11. Metrics 系统
core/metrics.py
必须统计：
sent_packets
received_packets
delivery_ratio
avg_delay
avg_hop
retransmissions
collisions
convergence_time
12. 仿真执行流程
main.py
步骤：
1. 创建 env
2. 创建 Channel
3. 随机部署节点
4. 指定 sink
5. 启动节点进程
6. env.run(sim_time)
7. 输出 metrics
13. 自动测试设计（关键）
执行 AI 必须通过以下测试。
Test 1 — 路由收敛
test_convergence.py
检查：
所有节点 parent != None
cost 单调递增
无环
最大收敛时间：
< 120s
Test 2 — 数据可靠性
test_reliability.py
运行：
1000s 仿真
断言：
PDR > 0.9
avg_retry < 2
Test 3 — 碰撞存在性
test_collision.py
增加发送频率。
断言：
collision_count > 0
证明信道模型有效。
14. 可视化（可选但推荐）
输出：
topology.json
包含：
node position
parent link
cost
用于后续画图。
15. 日志规范
必须结构化：
[timestamp][node][event]
例：
12.4 NODE3 ROUTE_UPDATE parent=1 cost=4
16. 验收标准（执行AI必须满足）
全部通过：
- pytest 全绿
- 无未处理异常
- 1000s 仿真 < 10s 真实时间
- PDR ≥ 90%
- 网络稳定无震荡
17. 第一阶段实施顺序（严格按序）
执行 AI 必须：
STEP 1 packet + config
STEP 2 airtime
STEP 3 channel
STEP 4 node skeleton
STEP 5 routing HELLO only
STEP 6 convergence test
STEP 7 MAC + ACK
STEP 8 data forwarding
STEP 9 metrics
STEP 10 tests
禁止跳步骤。
18. 完成标志
当以下成立：
12节点随机拓扑
↓
自动形成树
↓
稳定汇聚数据
↓
PDR > 90%
则 Python 仿真阶段完成。