無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )自組網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現方法

圖4 上位機的串口中斷流程

　　上位機接收到完整的數據包后，會(huì )根據數據包中的關(guān)鍵字進(jìn)行不同的處理。發(fā)送數據時(shí)，根據保存的網(wǎng)絡(luò )數據計算中轉數據的路徑。為節約基站節點(diǎn)的能量，網(wǎng)絡(luò )中有很多的數據處理是在上位機中進(jìn)行的。

4 實(shí)驗結果

　　系統研制完成后，需要設計實(shí)驗來(lái)考核自組網(wǎng)效果及網(wǎng)絡(luò )性能。實(shí)驗中，首先關(guān)注的問(wèn)題是隨機分布的傳感器節點(diǎn)在自定義的組織協(xié)議下的組網(wǎng)情況。為了考核自組織效果，首先讓基站節點(diǎn)通過(guò)串口與上位機相連并打開(kāi)上位機處理軟件；然后打開(kāi)傳感器節點(diǎn)的電源，并通過(guò)人工安放或者隨機撒播方式布置好傳感器節點(diǎn)。

　　借助上位機的處理軟件，可以非常清楚地看到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構和網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的環(huán)境參數。當上位機處理軟件檢測到網(wǎng)絡(luò )內的傳感器節點(diǎn)后，會(huì )在上位機上進(jìn)行顯示并保存傳感器節點(diǎn)的數據。圖5為系統演示的11個(gè)傳感器節點(diǎn)自由組網(wǎng)時(shí)界面的顯示情況。組網(wǎng)時(shí)間約3 min。

　　圖5中的黑色曲線(xiàn)為數據的傳輸路徑。當鼠標點(diǎn)擊某個(gè)節點(diǎn)，會(huì )彈出該節點(diǎn)的信息采集卡。信息采集卡反映了節點(diǎn)的狀態(tài)量、溫度值、電壓值以及剩余能量，通過(guò)采集卡可直接對該節點(diǎn)進(jìn)行遠程控制。

圖5 網(wǎng)絡(luò )拓撲及數據傳輸路線(xiàn)圖

　　在檢測網(wǎng)絡(luò )性能的實(shí)驗中，讓傳感器節點(diǎn)一級一級分布下去。通過(guò)上位機軟件可以很清楚地看到所投放的傳感器節點(diǎn)可組成的最大跳數的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。當網(wǎng)絡(luò )組成后，可通過(guò)上位機界面對網(wǎng)內各個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行遠程控制；當各個(gè)節點(diǎn)發(fā)生狀態(tài)突變時(shí)，會(huì )以中斷形式喚醒節點(diǎn)，以能量?jì)?yōu)先的原則逐級傳送到基站節點(diǎn)，并在上位機界面上進(jìn)行相應顯示。

　　當新的傳感器節點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò )中，系統會(huì )及時(shí)反映新加入節點(diǎn)。當系統檢測到傳感器節點(diǎn)由于電源電壓低于工作電壓，或人為破壞引起失效時(shí)，會(huì )從網(wǎng)絡(luò )中刪除該節點(diǎn)的拓撲結構及相關(guān)信息，檢測方法有手動(dòng)刷新和定時(shí)采樣兩種。網(wǎng)絡(luò )內傳送的數據都保存在網(wǎng)絡(luò )數據庫中，便于查尋。通過(guò)上位機軟件還能夠對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行復位，讓所有傳感器節點(diǎn)進(jìn)行重新組網(wǎng)。

結語(yǔ)

　　本文首先提出了一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的自組織協(xié)議，然后選用MSP430F149和nRF905設計了微型傳感器節點(diǎn)，并實(shí)現了一種低功耗無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，其特點(diǎn)如下：

　?、?利用無(wú)線(xiàn)通信攜帶的信息自動(dòng)生成多級網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，并按能量?jì)?yōu)先的原則自動(dòng)生成數據的傳輸路徑。
　?、?采取應答和退避機制，防止多個(gè)傳感器節點(diǎn)向一個(gè)節點(diǎn)發(fā)送數據時(shí)所導致的數據丟失。
　?、?無(wú)線(xiàn)通信的雙向性，不僅被動(dòng)顯示各個(gè)傳感器節點(diǎn)的信息，還可主動(dòng)對每個(gè)傳感器節點(diǎn)進(jìn)行遠程控制。
　?、?使用支持低功耗工作模式的硬件，配合軟件上的智能控制策略來(lái)實(shí)現系統低功耗，盡可能延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )壽命。