無線傳感器網(wǎng)絡自組網(wǎng)協(xié)議的實現(xiàn)方法

圖4 上位機的串口中斷流程

　　上位機接收到完整的數(shù)據(jù)包后，會根據(jù)數(shù)據(jù)包中的關鍵字進行不同的處理。發(fā)送數(shù)據(jù)時，根據(jù)保存的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)計算中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的路徑。為節(jié)約基站節(jié)點的能量，網(wǎng)絡中有很多的數(shù)據(jù)處理是在上位機中進行的。

4 實驗結果

　　系統(tǒng)研制完成后，需要設計實驗來考核自組網(wǎng)效果及網(wǎng)絡性能。實驗中，首先關注的問題是隨機分布的傳感器節(jié)點在自定義的組織協(xié)議下的組網(wǎng)情況。為了考核自組織效果，首先讓基站節(jié)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(jié)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(jié)點。

　　借助上位機的處理軟件，可以非常清楚地看到整個網(wǎng)絡的拓撲結構和網(wǎng)絡節(jié)點的環(huán)境參數(shù)。當上位機處理軟件檢測到網(wǎng)絡內(nèi)的傳感器節(jié)點后，會在上位機上進行顯示并保存?zhèn)鞲衅鞴?jié)點的數(shù)據(jù)。圖5為系統(tǒng)演示的11個傳感器節(jié)點自由組網(wǎng)時界面的顯示情況。組網(wǎng)時間約3 min。

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

圖5 網(wǎng)絡拓撲及數(shù)據(jù)傳輸路線圖

　　在檢測網(wǎng)絡性能的實驗中，讓傳感器節(jié)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(jié)點可組成的最大跳數(shù)的網(wǎng)絡拓撲結構。當網(wǎng)絡組成后，可通過上位機界面對網(wǎng)內(nèi)各個節(jié)點進行遠程控制；當各個節(jié)點發(fā)生狀態(tài)突變時，會以中斷形式喚醒節(jié)點，以能量優(yōu)先的原則逐級傳送到基站節(jié)點，并在上位機界面上進行相應顯示。

　　當新的傳感器節(jié)點加入到網(wǎng)絡中，系統(tǒng)會及時反映新加入節(jié)點。當系統(tǒng)檢測到傳感器節(jié)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(wǎng)絡中刪除該節(jié)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(wǎng)絡內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)都保存在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中，便于查尋。通過上位機軟件還能夠?qū)W(wǎng)絡進行復位，讓所有傳感器節(jié)點進行重新組網(wǎng)。

結語

　　本文首先提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡的自組織協(xié)議，然后選用MSP430F149和nRF905設計了微型傳感器節(jié)點，并實現(xiàn)了一種低功耗無線網(wǎng)絡，其特點如下：

　　① 利用無線通信攜帶的信息自動生成多級網(wǎng)狀網(wǎng)絡，并按能量優(yōu)先的原則自動生成數(shù)據(jù)的傳輸路徑。
　　② 采取應答和退避機制，防止多個傳感器節(jié)點向一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時所導致的數(shù)據(jù)丟失。
　　③ 無線通信的雙向性，不僅被動顯示各個傳感器節(jié)點的信息，還可主動對每個傳感器節(jié)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(xiàn)系統(tǒng)低功耗，盡可能延長網(wǎng)絡壽命。