無線傳感器網絡自組網協議的實現方法

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，會根據數據包中的關鍵字進行不同的處理。發送數據時，根據保存的網絡數據計算中轉數據的路徑。為節約基站節點的能量，網絡中有很多的數據處理是在上位機中進行的。

4 實驗結果

　　系統研制完成后，需要設計實驗來考核自組網效果及網絡性能。實驗中，首先關注的問題是隨機分布的傳感器節點在自定義的組織協議下的組網情況。為了考核自組織效果，首先讓基站節點通過串口與上位機相連并打開上位機處理軟件；然后打開傳感器節點的電源，并通過人工安放或者隨機撒播方式布置好傳感器節點。

　　借助上位機的處理軟件，可以非常清楚地看到整個網絡的拓撲結構和網絡節點的環境參數。當上位機處理軟件檢測到網絡內的傳感器節點后，會在上位機上進行顯示并保存傳感器節點的數據。圖5為系統演示的11個傳感器節點自由組網時界面的顯示情況。組網時間約3 min。

　　圖5中的黑色曲線為數據的傳輸路徑。當鼠標點擊某個節點，會彈出該節點的信息采集卡。信息采集卡反映了節點的狀態量、溫度值、電壓值以及剩余能量，通過采集卡可直接對該節點進行遠程控制。

圖5 網絡拓撲及數據傳輸路線圖

　　在檢測網絡性能的實驗中，讓傳感器節點一級一級分布下去。通過上位機軟件可以很清楚地看到所投放的傳感器節點可組成的最大跳數的網絡拓撲結構。當網絡組成后，可通過上位機界面對網內各個節點進行遠程控制；當各個節點發生狀態突變時，會以中斷形式喚醒節點，以能量優先的原則逐級傳送到基站節點，并在上位機界面上進行相應顯示。

　　當新的傳感器節點加入到網絡中，系統會及時反映新加入節點。當系統檢測到傳感器節點由于電源電壓低于工作電壓，或人為破壞引起失效時，會從網絡中刪除該節點的拓撲結構及相關信息，檢測方法有手動刷新和定時采樣兩種。網絡內傳送的數據都保存在網絡數據庫中，便于查尋。通過上位機軟件還能夠對網絡進行復位，讓所有傳感器節點進行重新組網。

結語

　　本文首先提出了一種無線傳感器網絡的自組織協議，然后選用MSP430F149和nRF905設計了微型傳感器節點，并實現了一種低功耗無線網絡，其特點如下：

　?、?利用無線通信攜帶的信息自動生成多級網狀網絡，并按能量優先的原則自動生成數據的傳輸路徑。
　?、?采取應答和退避機制，防止多個傳感器節點向一個節點發送數據時所導致的數據丟失。
　?、?無線通信的雙向性，不僅被動顯示各個傳感器節點的信息，還可主動對每個傳感器節點進行遠程控制。
　　④ 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實現系統低功耗，盡可能延長網絡壽命。