本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

自組網(wǎng)是一種移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的信息交換采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的分組交換機(jī)制，用戶終端是可以移動(dòng)的便攜式終端，自組網(wǎng)中每個(gè)用戶終端都兼有路由器和主機(jī)兩種功能。作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序，如編輯器、瀏覽器等；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表完成數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)工作，故要求節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)合適的路由協(xié)議。自組網(wǎng)路由協(xié)議的目標(biāo)是快速、準(zhǔn)確和高效，要求在盡可能短的時(shí)間內(nèi)查找到準(zhǔn)確可用的路由信息，并能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目焖僮兓瑫r(shí)減小引入的額外時(shí)延和維護(hù)路由的控制信息，降低路由協(xié)議的開銷，以滿足移動(dòng)終端計(jì)算能力、儲(chǔ)存空間以及電源等方面的限制。

無線信道本身的物理特性決定了移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的帶寬比有線信道要低很多，而競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號(hào)衰減、噪音干擾及信道干擾等因素使得移動(dòng)終端的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值。與一般網(wǎng)絡(luò)中的多跳不同，無線自組網(wǎng)中的多跳路由是由普通節(jié)點(diǎn)共同協(xié)作完成的，而不是由專門的路由設(shè)備完成的。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中急需一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)系統(tǒng)。

其具體技術(shù)方案為：

一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心、協(xié)調(diào)器、傳感器節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)、第一時(shí)間判斷模塊、第二時(shí)間判斷模塊、第一次數(shù)判斷模塊、第二次數(shù)判斷模塊和定時(shí)器；所述監(jiān)控中心、協(xié)調(diào)器、傳感器節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)依次連接，所述基站節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)相連接，所述定時(shí)器和第二時(shí)間判斷模塊連接；

所述監(jiān)控中心用于監(jiān)控建立網(wǎng)絡(luò)的過程，接收數(shù)據(jù)；

所述協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，并對加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信、接收數(shù)據(jù)、發(fā)布控制以及把數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)測中心；

所述傳感器節(jié)點(diǎn)用于向基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求分配級(jí)別的請求指令；

所述基站節(jié)點(diǎn)接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分配級(jí)別的請求，并向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送分配級(jí)別指令。

第一時(shí)間判斷模塊，用于判斷在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)是否收到基站節(jié)點(diǎn)的分配級(jí)別指令；

第一次數(shù)判斷模塊，用于判斷在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)未收到分配級(jí)別指令時(shí)，判斷所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求分配級(jí)別的次數(shù)是否達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)；

第二時(shí)間判斷模塊，用于判斷發(fā)送廣播命令的時(shí)間是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)時(shí)間；

第二次數(shù)判斷模塊，用于在達(dá)到第二預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，判斷所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播命令的次數(shù)是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)；

所述定時(shí)器用于設(shè)定傳感器節(jié)點(diǎn)保持低功耗狀態(tài)的時(shí)間。

進(jìn)一步，所述協(xié)調(diào)器建立的網(wǎng)絡(luò)采用mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)過程中采用基于簇頭優(yōu)先級(jí)的聚類組網(wǎng)。

進(jìn)一步，所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件包括處理器模塊、射頻通信模塊、電源模塊、傳感器模塊、外部存儲(chǔ)器模塊。

再進(jìn)一步，所述處理控制器模塊采用的msp430f1611單片機(jī)。

再進(jìn)一步，所述射頻通信模塊的芯片選用cc2420。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)系統(tǒng)采用mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建一個(gè)大量的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)可以通過“多級(jí)跳”的方式通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，具備自組織、自愈功能。采用基于簇頭優(yōu)先級(jí)的聚類組網(wǎng)方案能有效地降低移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)能耗，減少移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的通信時(shí)延，提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)有效地降低節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)能量消耗，減小通信時(shí)延，提高了無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)系統(tǒng)的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

如圖1所示，一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心、協(xié)調(diào)器、傳感器節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)、第一時(shí)間判斷模塊、第二時(shí)間判斷模塊、第一次數(shù)判斷模塊、第二次數(shù)判斷模塊和定時(shí)器；所述監(jiān)控中心、協(xié)調(diào)器、傳感器節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)依次連接，所述基站節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)相連接，所述定時(shí)器和第二時(shí)間判斷模塊連接；

所述監(jiān)控中心用于監(jiān)控建立網(wǎng)絡(luò)的過程，接收數(shù)據(jù)；

所述協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，并對加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信、接收數(shù)據(jù)、發(fā)布控制以及把數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)測中心；

加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)包括精簡節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)。

協(xié)調(diào)器要實(shí)現(xiàn)的功能是：首先要完場協(xié)調(diào)傳感器節(jié)點(diǎn)底板上各個(gè)芯片的初始化工作，然后協(xié)調(diào)器要能夠完成自組網(wǎng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在著多個(gè)協(xié)調(diào)器，當(dāng)打開協(xié)調(diào)器后，它能夠自組網(wǎng)，隨時(shí)等待精簡節(jié)點(diǎn)的加入。精簡節(jié)點(diǎn)的主要功能是：首先要完成各個(gè)模塊的初始化，然后要完成申請加入網(wǎng)絡(luò)，加入成功后，重復(fù)著采集數(shù)據(jù)并發(fā)送到協(xié)調(diào)器的工作。

本發(fā)明采用基于簇頭優(yōu)先級(jí)的聚類組網(wǎng)方案，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)成功加入?yún)f(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)中，分別獲得各自的短地址空間用來組建擴(kuò)展下級(jí)網(wǎng)絡(luò)。在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)之前，根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)到達(dá)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的可靠路由路徑長短，分別對簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)編址。路徑越短，優(yōu)先級(jí)越高。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)超出所在簇頭的通信范圍，它退出現(xiàn)在的簇，選擇它所能接收信號(hào)范圍內(nèi)，優(yōu)先級(jí)最高的簇頭，然后更新其相關(guān)信息?；趦?yōu)先級(jí)的聚類方案相對于最近聚類方案進(jìn)出集群頻率較小，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)簇群能盡可能保持，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聚類能耗得到減少。該方案能顯著地降低通信時(shí)延。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)用于向基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求分配級(jí)別的請求指令；

所述基站節(jié)點(diǎn)接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分配級(jí)別的請求，并向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送分配級(jí)別指令。

第一時(shí)間判斷模塊，用于判斷在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)是否收到基站節(jié)點(diǎn)的分配級(jí)別指令；

第一次數(shù)判斷模塊，用于判斷在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)未收到分配級(jí)別指令時(shí)，判斷所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求分配級(jí)別的次數(shù)是否達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)；

第二時(shí)間判斷模塊，用于判斷發(fā)送廣播命令的時(shí)間是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)時(shí)間；

第二次數(shù)判斷模塊，用于在達(dá)到第二預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，判斷所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播命令的次數(shù)是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)；

所述定時(shí)器用于設(shè)定傳感器節(jié)點(diǎn)保持低功耗狀態(tài)的時(shí)間。

所述協(xié)調(diào)器建立的網(wǎng)絡(luò)采用mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

所述協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)過程中采用基于簇頭優(yōu)先級(jí)的聚類組網(wǎng)。

所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件包括處理器模塊、射頻通信模塊、電源模塊、傳感器模塊、外部存儲(chǔ)器模塊。

所述處理控制器模塊采用的msp430f1611單片機(jī)。它是一種超低功耗的16位混合信號(hào)控制器,能夠在低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作,在1.8～3.6v電壓、1mhz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行,并且具有5種省電模式以及很短的喚醒時(shí)間。

所述射頻通信模塊的芯片選用cc2420。符合ieee802.15.4規(guī)范的2.4ghz直接序列擴(kuò)頻方式射頻收發(fā)器,基于smartrf03技術(shù),以0.18μmcmos工藝制成,數(shù)據(jù)速率達(dá)250kbps。cc2420使用spi串行可編程接口協(xié)議與微控制器進(jìn)行通訊。spi接口由cccsn、ccsi、ccso和ccsclk共4個(gè)引腳構(gòu)成。處理器通過spi接口訪問cc2420內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)使用ccsfd、ccfifo、ccfifop和cccca共4個(gè)腳表示收發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。

本發(fā)明在具體應(yīng)用過程中，基站節(jié)點(diǎn)上電初始化后就進(jìn)入低功耗模式。傳感器節(jié)點(diǎn)上電初始化后，傳感器節(jié)點(diǎn)首先會(huì)向基站節(jié)點(diǎn)發(fā)出請求分配級(jí)別的命令第一時(shí)間判斷模塊，用于判斷在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)是否收到基站節(jié)點(diǎn)的分配級(jí)別指令；傳感器節(jié)點(diǎn)首先會(huì)向基站節(jié)點(diǎn)發(fā)出請求分配級(jí)別的命令。第一次數(shù)判斷模塊判斷在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)未收到分配級(jí)別指令時(shí)，判斷所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求分配級(jí)別的次數(shù)是否達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)；第二時(shí)間判斷模塊判斷發(fā)送廣播命令的時(shí)間是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)時(shí)間；傳感器節(jié)點(diǎn)再次向基站節(jié)點(diǎn)發(fā)出請求分配級(jí)別的命令；在達(dá)到第二預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，第二次數(shù)判斷模塊判斷所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播命令的次數(shù)是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)；若在第二預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)收到基站節(jié)點(diǎn)分配的級(jí)別該傳感器節(jié)點(diǎn)就會(huì)向基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送自組織信息的數(shù)據(jù)包。如果在第二預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)沒有收到基站節(jié)點(diǎn)分配的級(jí)別該節(jié)點(diǎn)會(huì)從低功耗狀態(tài)喚醒再次發(fā)送請求分配級(jí)別的命令，如此循環(huán),當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出請求基站分配級(jí)別的命令達(dá)到設(shè)定上限后，但仍然沒有確定自己在網(wǎng)絡(luò)中的級(jí)別時(shí),該節(jié)點(diǎn)就會(huì)向全網(wǎng)發(fā)出廣播命令，然后進(jìn)入低功耗狀態(tài)并打開定時(shí)器。定時(shí)時(shí)間到節(jié)點(diǎn)重新回到發(fā)射廣播命令狀態(tài)。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)射廣播的次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，該節(jié)點(diǎn)就會(huì)將接收到的應(yīng)答信息進(jìn)行整理，確定自己在網(wǎng)絡(luò)中的級(jí)別，并確定上級(jí)、同級(jí)和下級(jí)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。該節(jié)點(diǎn)再向上級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送包含這些信息的數(shù)據(jù)包，直到數(shù)據(jù)包傳送到基站節(jié)點(diǎn)，從而確定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。