小型无线传感器网络的实现与P2P互联
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2 基于SimpliciTI协议的小型无线传感器网络的设计与实现
2．1 SimpliciTI网络协议
SimpliciTI网络协议是TI公司推出的针对简单小型射频网络的专有低功耗RF协议。利用SimpliciTI网络协议可实现MCU资源占用的最小化，从而降低系统成本。SimpliciTI软件架构分为3层：应用层、网络层和硬件逻辑层。其中，SimpliciTI网络的加密在网络层处理。
2．2 系统描述
本文设计与实现的基于SimpliciTI网络协议的小型无线传感器网络，在各种室内环境中对光强、温度进行采集。整个系统由数据中心节点(AP)、范围扩展节点(ER)和终端节点(ED)组成，形成串状拓扑结构。其中数据中心与协调器相连，协调器通过RS 232与电脑相连，如图2所示。
终端节点由无线控制收发模块、传感器模块和电源模块组成，负责通过传感器采集环境信息，并将采集到的信息实时地发往或通过范围扩展节点转发到数据中心节点。范围扩展节点也称为路由节点，由无线控制收发模块和电源模块组成。数据中心由无线控制收发模块组成，是整个传感器网络的中心，与计算机相连，可以通过计算机软件查看终端节点发来的实时采集的环境信息，同时也可以对系统进行设置和控制。另外，数据中心采用无线方式与其他范围扩展节点和终端节点进行通信。
2．3 硬件的选型与设计
硬件选型主要包括无线控制收发模块、传感器模块和电源模块3部分。无线控制收发模块采用TI公司生产的低成本、低功耗的CC1110片上系统，包含一个标准的增强型8051MCU，带有32 KB FLASH和4 KBRAM，工作在433 MHz，868 MHz，915 MHz ISM波段，其射频收发器支持不同的调制格式，数据传输率可达500 Kb／s。传感器模块中的温度传感器选取Microchip公司的TC77，它是一款13位串行接口输出的集成数字温度传感器，温度分辨率为0．062 5℃；光敏传感器采用10 kΩ的光敏电阻，将其串联一个10 kΩ的电阻后，接到CC1110的ADC输入引脚即可。此外，数据中心通过RS 232由电脑供电，终端节点和路由节点通过供电底板供电，供电电压为3 V，其独立的电池盒设计，可便于移动。
2．4 系统软件设计
下面介绍无线传感器网络中各个节点的软件设计。考虑到程序的开发周期和可读性，使用C语言进行程序开发。
2．4．1 数据中心节点模块
数据中心经过BSP、协议栈、串口等初始化后，打开串口中断，实现计算机与数据中心的通信，然后建立串状网络，等待终端节点和范围扩展节点的加入。数据中心不断监测有多少节点设备加入，并判断是否达到网络容纳设备的最大数量。如果还有空闲的接口(PORT)，则为新加入的设备分配PORT，并发送应答信息通知新加入设备通信的PORT编号。对于已经加入网络的设备，数据中心监测是否收到这些设备发来的数据信息，如果收到符合格式的数据，则通过串口上传给计算机显示。之后，数据中心检测信道噪声，如果噪声可能会对通信造成干扰，则数据中心发生频率跳变，跳到信道列表的下一个信道。
2．4．2 范围扩展节点模块
范围扩展节点经过硬件初始化和协议栈初始化之后，向数据中心节点发送加入网络请求。成功加入网络后，向数据中心节点周期发送ping消息，如果收到应答，则处于等待数据转发状态，向数据中心转发终端节点发来的数据信息，如果没有收到应答，则查询网络当前的工作信道，并跳转至该信道，再转发数据信息。
2．4．3 终端节点模块
终端节点在初始化底层模块、定时器和各传感器模块后，开始向中心节点发送加入网络消息，并等待加入。加入网络后，每隔一个固定的时间间隔通过传感器模块采集环境信息，查找中心节点工作的信道并跳变到该信道，将采集的环境信息发送到数据中心。
3 小型无线传感器网络的P2P互联
3．1 JXTA协议
JXTA是SUN公司推出的一组开放的通用P2P协议，为开发新的P2P应用程序提供基本的模块和服务，它对P2P节点的共同行为做了标准化，包括节点互相发现、自组织点组、发现和通告网络服务、相互通信以及监视其他节点等。基于JXTA的软件架构可以分为3层：核心层、服务层、应用层。其中核心层封装了P2P网络的一些最基本的要素；服务层包含一些网络服务；应用层包括一些应用的实现，如P2P即时消息、文件和资源共享等。
3．2 系统构成
在构建的P2P网络中，有2种节点：WSN网关和WSN控制单元。通常有一个WSN网关和多个WSN控制单元。WSN控制单元负责收集传感器网络中监测到数据，并将其传播、发布；WSN网关既是一个P2P节点，负责收集各个WSN控制单元传播、发布的传感器网络的监测数据，又是一个网关设备，可以把传感器网络接入Internet等其他网络。
该系统的单元实体包含WSN网关、WSN控制单元、协调器和WSN节点这4层设备。整个系统的数据流程图如图3所示。在传感器网络中，WSN节点启动数据采集过程，进行采样、A／D转换等，然后将采集到的数据发送到协调器，协调器使用RS 232将在无线传感器内部收集到的数据传送到WSN控制单元，WSN控制单元通过P2P平台将传感器网络的监测数据进行发布、传播，发送到WSN网关，WSN控制单元和WSN网关之间通过JXTA中定义的管道进行通信。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/162236.htm
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