一种无线传感器网络的实验系统平台技术方案

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络的实验系统平台，包括多个网络节点、汇聚节点Sink和上位机，其中各个网络节点依次通过SPI串行口、无线芯片相互连接，网络节点通过SPI串行口、无线芯片与汇聚节点Sink连接，汇聚节点Sink通过串口通信模块RS232与上位机连接；所述各个网络节点负责采集和监测数据信息，网络节点采集到的数据信息通过SPI串行口与无线芯片发送至汇聚节点Sink；汇聚节点Sink使用串口通信模块RS232将数据信息输送到上位机；上位机在监控界面上对数据信息进行处理分析，测试无线传感器网络的时效性和公平性。本发明专利技术能够用于无线传感器网络的网络拥塞的研究，通信效果好、稳定性强，满足了通信实验的检测需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线传感器网络控制
，是一种无线传感器网络的实验系统平台。
技术介绍
无线传感器网络是一种多学科交叉、知识集中度高的前沿科学，目前已得到国内外学者和研究者的广泛关注。针对无线传感器网络研究中出现的问题以及各种不同的应用场合所设计的解决方案也取得了一定成就，为未来无线传感器网络应用提供了参考和进一步研究奠定了基础。无线传感器网络研究始于上世纪九十年代末，其研究历史并不长，但由于其重要的研究和应用价值，多国家研究机构相继开展了无线传感器网络研究项目，使其迅速发展。无线传感器网络作为一门新兴技术，已成为信息
中的研究热点，其发展历史虽不长，但发展速度很快。无线传感器网络应用领域广泛、涉及学科多，无线传感器网络研究热点所涉及的关键技术研究主要包括：网络拓扑控制、网络路由协议、网络安全、时间同步、定位技术、数据融合、节能技术。在无线传感器网络中，对于这些问题的研究，是需要一个很好地实验平台。实验平台的作用是采集相关数据，并对实验数据进行研究，对关键技术进行突破。近年来包含的无线传感器网络的实验平台主要有基于Zigbee的无线传感器网络教学实验系统，基于TinyOS实验平台等。但是对于无线传感器网络中拥塞控制协议没有相关的教学实验平台，拥塞控制技术作为无线传感器网络研究热点的关键技术，其设计的是否合理，是直接影响到网络的性能。所以更需要搭建出一种相关的实验平台。目前无线传感器网络拥塞控制协议的研究，没有将硬件设计、上位机界面开发和相关的软件设计结合起来，阻碍了无线传感器网络在教学中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线传感器网络的实验系统平台，实现基于无线传感器网络中拥塞控制等协议研究的数据快速、可靠、高效的检测，并将得到的数据进行保存仿真出图，实现信息化的管理。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种无线传感器网络的实验系统平台，包括多个网络节点、汇聚节点Sink和上位机，其中各个网络节点依次通过SPI串行口、nRF24L01无线芯片相互连接，网络节点通过SPI串行口、nRF24L01无线芯片与汇聚节点Sink连接，汇聚节点Sink通过串口通信模块RS232与上位机连接；所述各个网络节点负责采集和监测数据信息，网络节点采集到的数据信息通过SPI串行口与nRF24L01无线芯片发送至汇聚节点Sink；汇聚节点Sink使用串口通信模块RS232将数据信息输送到上位机；上位机在监控界面上对数据信息进行处理分析，测试无线传感器网络的时效性和公平性。进一步地，所述网络节点包括电源模块、单片机MSP430F5310、JTAG、8M晶振、nRF24L01无线芯片和数字传感器接口，其中JTAG接入单片机MSP430F5310的JTAG接口，8M晶振接入单片机MSP430F5310的XT2IN、XT2OUT接口，nRF24L01无线芯片接入单片机MSP430F5310的SPI接口；单片机MSP430F5310采用3.3V的电源模块供电，工作时钟由内部振荡器和外部8M无源晶体振荡器组成，其中单片机MSP430F5310的P4.0、P4.4～P4.7分别作为SPI串行接口的SCK、MOUT、MIN、CSN、CE信号接口，该五个信号接口分别与nRF24L01无线芯片对应的SPI接口相连；nRF24L01无线芯片发出的IRQ作为外部中断信号，单片机MSP430F5310的P4.1、P4.2、P1.1作为预留传感器接口，RST和TCK分别与仿真器FET430USB对应的接口相连，用于下载程序和调试仿真。进一步地，所述汇聚节点Sink包括电源模块、单片机MSP430F5438A、JTAG、8M晶振、nRF24L01无线芯片和MAX3232，其中JTAG接入单片机MSP430F5438A的JTAG接口，8M晶振接入单片机MSP430F5438A的XT2IN、XT2OUT接口，nRF24L01无线芯片接入单片机MSP430F5438A的SPI接口，MAX3232接入单片机MSP430F5438A的USART0接口；所述单片机MSP430F5438A采用IAR集成开发环境，单片机MSP430F5438A采用3.3V的电源模块供电，工作时钟由内部振荡器和外部8M无源晶体振荡器组成；其中单片机MSP430F5438A的P9.1-P9.5分别作为SPI串行接口的MOUT、MIN、SCK、CSN、CE信号接口，该五个信号接口分别与nRF24L01无线芯片对应的SPI接口相连；nRF24L01无线芯片发出的IRQ作为外部中断信号，单片机MSP430F5438A的TXD2、RXD2接口与MAX2323对应的接口相连，用于和上位机进行通信；TDO、TDI、TMS、TCK和TEST接口分别与仿真器FET430USB对应接口相连，用于下载程序和仿真调试。进一步地，所述上位机包括监控界面和网络拥塞控制协议模块，其中监控界面包括串口设置、网络数据接收区、备用节点、协同路径拓扑结构图、网络系统运行状态以及协同路径；网络拥塞控制协议模块实现了网络节点初始化、网络节点组网过程、路由查询、邻居查询、节点加入网络、节点退出网络和路由修复过程。进一步地，所述上位机的监控界面包括串口设置、网络数据接收区、备用节点、协同路径拓扑结构图、网络系统运行状态以及协同路径，具体工作方式为：上位机与汇聚节点Sink之间使用串口进行通信，当汇聚节点Sink往上位机发送数据信息时，首先打包串口帧，然后发送到发数据缓冲区，之后由上位机进行分析处理；当上位机往汇聚节点Sink发送数据信息时，上位机首先调用数据函数、打包串口帧，之后调用发送函数往发送缓冲区发送数据；网络运行开始，汇聚节点Sink启动全局时钟，用于网络中时间信息校准，同时汇聚节点Sink周期性的往上位机发送数据信息，上位机主动查询网络节点中备用节点的数据信息、节点能量信息以及刷新协同路径拓扑结构图。进一步地，所述网络拥塞控制协议模块的协议网络层帧格式包括网路层帧头和网络层的净载荷，网络层帧头包括帧校验码、帧类型、帧命令、帧长度和网络路由域信息，净载荷是数据信息；在网络层帧格式信息中：帧校验用于判断节点接收到网络信息帧的正确性；帧类型代表帧命令信息的使能信号；帧命令是指任务执行对应的指令；帧长度代表网络路由域的长度，用于解析路由信息；只有当帧类型信号使能后，帧对应命令才能执行；协同路径包含了网络节点，根据网络节点选择下一跳节点，分散无线传感器网络拥塞区域的数据流量。进一步地，所述网络拥塞控制协议模块包括以下函数：1)int AnaLyseReNetFrame函数，对接收信息帧内容进行分析，根据帧校验码检验信息的正确性，以及对帧类型和帧命令的解析，返回执行该命令对应的任务代码；2)void ProcessReNetFrame函数，根据分析帧类型所返回任务代码，然后根据任务代码调用对应的子函数进行任务处理，不同任务具有不同的优先级，首先处理高优先级任务，之后再处理低优先级任务，任务是对路由表、邻居表、自身信息表和数据转发的处理；3)void BuildNetFrame函数，构建执行帧命令所对应的网络帧，当该帧命令网络帧构建好之后，网络节点发送该网络帧，接收该网络帧的其它节点才能执行该帧命令对应的任务；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络的实验系统平台，其特征在于，包括多个网络节点、汇聚节点Sink和上位机，其中各个网络节点依次通过SPI串行口、nRF24L01无线芯片相互连接，网络节点通过SPI串行口、nRF24L01无线芯片与汇聚节点Sink连接，汇聚节点Sink通过串口通信模块RS232与上位机连接；所述各个网络节点负责采集和监测数据信息，网络节点采集到的数据信息通过SPI串行口与nRF24L01无线芯片发送至汇聚节点Sink；汇聚节点Sink使用串口通信模块RS232将数据信息输送到上位机；上位机在监控界面上对数据信息进行处理分析，测试无线传感器网络的时效性和公平性。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络的实验系统平台，其特征在于，包括多个网络节点、汇聚节点Sink和上位机，其中各个网络节点依次通过SPI串行口、nRF24L01无线芯片相互连接，网络节点通过SPI串行口、nRF24L01无线芯片与汇聚节点Sink连接，汇聚节点Sink通过串口通信模块RS232与上位机连接；所述各个网络节点负责采集和监测数据信息，网络节点采集到的数据信息通过SPI串行口与nRF24L01无线芯片发送至汇聚节点Sink；汇聚节点Sink使用串口通信模块RS232将数据信息输送到上位机；上位机在监控界面上对数据信息进行处理分析，测试无线传感器网络的时效性和公平性。2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的实验系统平台，其特征在于，所述网络节点包括电源模块、单片机MSP430F5310、JTAG、8M晶振、nRF24L01无线芯片和数字传感器接口，其中JTAG接入单片机MSP430F5310的JTAG接口，8M晶振接入单片机MSP430F5310的XT2IN、XT2OUT接口，nRF24L01无线芯片接入单片机MSP430F5310的SPI接口；单片机MSP430F5310采用3.3V的电源模块供电，工作时钟由内部振荡器和外部8M无源晶体振荡器组成，其中单片机MSP430F5310的P4.0、P4.4～P4.7分别作为SPI串行接口的SCK、MOUT、MIN、CSN、CE信号接口，该五个信号接口分别与nRF24L01无线芯片对应的SPI接口相连；nRF24L01无线芯片发出的IRQ作为外部中断信号，单片机MSP430F5310的P4.1、P4.2、P1.1作为预留传感器接口，RST和TCK分别与仿真器FET430USB对应的接口相连，用于下载程序和调试仿真。3.根据权利要求1所述的无线传感器网络的实验系统平台，其特征在于，所述汇聚节点Sink包括电源模块、单片机MSP430F5438A、JTAG、8M晶振、nRF24L01无线芯片和MAX3232，其中JTAG接入单片机MSP430F5438A的JTAG接口，8M晶振接入单片机MSP430F5438A的XT2IN、XT2OUT接口，nRF24L01无线芯片接入单片机MSP430F5438A的SPI接口，MAX3232接入单片机MSP430F5438A的USART0接口；所述单片机MSP430F5438A采用IAR集成开发环境，单片机MSP430F5438A采用3.3V的电源模块供电，工作时钟由内部振荡器和外部8M无源晶体振荡器组成；其中单片机MSP430F5438A的P9.1-P9.5分别作为SPI串行接口的MOUT、MIN、SCK、CSN、CE信号接口，该五个信号接口分别与nRF24L01无线芯片对应的SPI接口相连；nRF24L01无线芯片发出的IRQ作为外部中断信号，单片机MSP430F5438A的TXD2、RXD2接口与MAX2323对应的接口相连，用于和上位机进行通信；TDO、TDI、TMS、TCK和TEST接口分别与仿真器FET430USB对应接口相连，用于下载程序和仿真调试。4.根据权利要求1所述的无线传感器网络的实验系统平台，其特征在于，所述上位机包括监控界面和网络拥塞控制协议模块，其中监控界面包括串口设置、网络数据接收区、备用节点、协同路径拓扑结构图、网络系统运行状态以及协同路径；网络拥塞控制协议模块实现了网络节点初始化、网络节点组网过...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄成，谭正永，李晓晓，王歆洵，徐鹏，徐志良，杜静涵，李炳炳，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32