由MSP430和CC1100构成的无线传感器网络

3 协议软件设计

3.1 拓扑结构

制定网络协议首先要确定的是网络的拓扑结构。本文所设计的无线传感器网络协议采用簇-树(cluster-tree)拓扑。簇-树拓扑是由网络协调器(coordinator)展开生成树状的拓扑结构，适合于节点静止或者移动较少的场合；不需要存储路由表，具有路由算法复杂度低、无初始延时等优点。

3.2 通信协议栈

无线通信协议的设计目的是使具体的通信机制与上层的应用分离，为传感器节点提供网络通信的功能。为了降低网络设计的复杂性，采用分层设计，参考OSI模型，将整个协议分为4层：物理层，提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；MAC层，负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；网络层，主要负责路由生成和路由选择；应用层，包括一系列基于监测任务的应用层软件。系统通信协议构架如图7所示。

整个系统协议设计包括Sink节点协议设计和终端节点协议设计。由于篇幅有限，本文仅介绍终端节点的软件协议和系统主程序。

如图8所示，终端节点在初始化成功后进入信道扫描侦听状态，当侦听到有邻居节点活动时便向邻居节点请求时标帧；节点依据接收到的时标帧同步自己的时钟，节点时钟同步后进入接入状态，接人成功后节点进入业务状态。处于业务状态的节点，执行后台和Sink节点发布的命令，进行数据的传感采集与传输，以及对邻节点数据的中继转发。节点为了实现低功耗，必须在业务状态与休眠状态之间进行轮换。

4 系统节能问题

在整个网络系统的设计中，节约能量一直是考虑的重中之重。系统的节能，一靠硬件系统本身的低功耗，二靠软件协议的低功耗。在硬件方面，本文节点选择的都是低功耗的芯片，布板也充分考虑了低功耗要求；在软件方面，除了采用休眠机制以外，还采用了基于电池能量模型的路由协议，使得节点能够根据电池能量特性来工作，从而延长了电池的使用寿命。

结 语

本文主要介绍了一种基于MSP430F1611单片机和CC1100无线收发模块，能够实现精确采集环境温湿度信息的无线传感器网络硬件设计和软件设计方案。在实际组网测试中，笔者构建了19个终端节点和1个Sink节点的演示系统，节点每休眠两个小时醒来一次，节点醒来之后采集数据并发送给观察者。实验表明，采用这种方式构建的无线传感器网络系统数据采集及时准确，而且能以极低的功耗进行工作。