考虑到点对点通信的可靠性,数据在底层无线传输中需要增加必要的协议规范。设计中对有效数据进行打包,格式为: 前导码、地址、有效数据载荷、校验码。针对nRF40x系列芯片,按厂家建议在支持UART方式下使用0x55FF(十六进制)作为“前导码”;“地址”作为不同应答点的标识;“有效数据载荷”则包含满足上层设计协议格式的数据包,该部分需根据应用要求尽量减小数据包长,以缩短该数据包在传输链路的生存期,数据包末尾增加“校验码”可以验证数据的有效性,CRC(循环冗余码)是一种简单易行的处理方法,数据封装与处理全部由微控制单元实现。 3 组网技术研究
对应nRF401使用的434.33 MHz频点,在组网设计中通信方式采用TDMA(时分复用)方式:sink点分时段对网络中节点进行查询,若节点有突发事件探测,则随机选择空闲时隙将数据上传。当信道处于阻塞状态则采用随机退避机制,等待信道处于空闲状态再进行数据传输,因此各节点在通信过程中必须避免长时间对信道的占用。
网络的可靠性和高效性关键是合理的通信协议设计,SPIN (Sensor Protocol for Information via Negotiation)是以数据为中心的自适应路由协议,通过协商机制来避免数据传输过程中的“内爆”和“重叠”问题,传感器各节点只有在相应的请求时,才有目的地发送数据信息。SPIN协议中有3种类型的消息: ADV广播数据发送、REQ请求数据接收和DATA数据封装。
自组织无线传感器网的网络拓扑可分为3种:① 基于簇(Cluster)的分层结构。簇头就是分布式处理中心,收集簇成员数据并完成数据处理和融合,最后将数据由其他簇头多跳转发或直接传回sink点。② 基于网(Mesh)的平面结构。在这种结构下传感器网络连成一张网,临近节点直接通信;在个别链路和传感器节点发生失效时不会引起网络分立。③ 基于链(Chain)的线结构。在这种结构下传感器节点被串联在一条或多条链上,链尾与用户节点相连。由于链型结构更易于在网络初始化中实现,因此设计中采用该种网络拓扑。
实现超低功耗即可延长节点和网络的寿命。节点的能量消耗有3方面: 传感器件数据采集、微控制单元的数据存储与处理和无线模块数据接收/发射。其中能量消耗最大的是在射频信号发射过程中,因此必须合理地切换芯片收发,并设置节点休眠与唤醒状态,以最大限度降低能量消耗。 结语
基于MSP430的无线传感器网络设计在小规模实验中表现出良好稳定的效果,可在特殊环境下实现监测区域内信号的采集传输与处理。伴随无线自组织网络技术的成熟和新的能量解决方案的提出,无线传感器网络的应用必将广泛深入环境监测、医疗保健、空间探索和灾害预测等各领域。
参考文献 [1] Akyildiz Ian F, Su Weilian, Yogesh Sankarasubramaniam, et al. A Survey on Sensor Networks. IEEE Communications Magazine,2002(8):102114. [2] 魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京:北京航空航天大学出版社.2002.
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