一种无线传感器网络自组网协议的研究与实现

0xAA

其中0x55和0xAA为数据前导码，0xFF为传感器节点在感测到其状态突变时向外发送数据的关键字，0x11表示发送节点的地址，0x00为数据包要到达的目标地址，0x01表示数据包在网络传输中的跳数，接着的0x01表示节点在当前网络中的级别，0x15表示节点当时采集的温度，0x20表示节点当时采集的电源电压值，0x03表示节点的状态量, 0x00…0x00为11个字节的有效数据，可记录数据包经过节点的地址，0x3A为前面核心数据和的低8位，作为数据包的检验码，0xBB为数据包的结束标志。

接收节点需要向发送节点做出应答，下表为应答状态突变时的数据包格式。

其中0xFE就表示应答状态突变的关键字符，后面分别是发送节点和接收节点的地址。

2.2 自组网过程

网络包含一个与上位机相连接的基站节点和若干传感器节点。基站节点上电初始化后就进入低功耗模式。传感器节点随机布放，传感器节点上电初始化后，首先会向基站节点发出请求分配级别的命令，然后进入低功耗状态并打开定时器。在设定时间内收到基站节点分配的级别，该传感器节点就会向基站节点发送自组织信息的数据包。如果在设定时间内没有收到基站节点分配的级别，该节点会从低功耗状态唤醒，再次发送请求分配级别的命令，如此循环。当传感器节点发出请求基站分配级别的命令达到设定上限后，仍然没有确定自己在网络中的级别。该节点就会向全网发出广播命令，然后进入低功耗状态并打开定时器。定时时间到，节点重新回到发射广播命令状态。当传感器节点发射广播的次数达到设定值，该节点就会将接收到的应答信息进行整理，确定自己在网络中的级别，并确定上级、同级和下级节点的相关信息。该节点再向上级节点发送包含这些信息的数据包，直到数据包传送到基站节点，这样可确定整个网络的拓扑结构。节点的自组织流程如图1所示。

图1 节点的自组织流程

2 硬件研制

为了验证提出的自组织协议，本文选用了片上资源丰富的MSP430F149单片机作为处理器，研制了一种微型传感器节点[5]。

2.1 总体方案

系统由基站节点和传感器节点组成。节点硬件选择了支持低功耗工作模式的MSP430F149单片机和nRF905射频模块，使用32 768 Hz的低频晶振，采用2节5号电池供电。在设计节点的过程中，拨码开关、蜂鸣器、LCD指示灯的设计极大方便了实验的调试。

2.2 节点设计

图2为传感器节点的框图，该节点使用电池供电，体积小巧，只有打火机般大小。

图2 传感器节点框图

MSP430系列单片机是TI公司生产的一种混合信号控制器，其突出优点是低电源电压、超低功耗，可采用电池工作，有很长的使用时间[6]。

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，低电压工作，功耗非常低，工作于433/868/915 MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650 μs[7]。ShockBurstTM工作模式，能自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)。通过SPI串口与微控制器通信，使用非常方便；内建空闲模式 与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线开锁等诸多领域。

天线的设计是整个系统设计的一个非常重要的环节。系统功耗的高