鲁立

摘要：该文通过构建一个简单的433MHZ短距离无线通讯网络物联网的末梢网络架构，研究基于433MHZ无线传感网构架的传感器节点设计、短距离网络通讯协议设计和数据处理及传送；实现一个简单的短距离无线底层网络平台。在该短距离无线底层网络平台中实现传感节点实现智能化识别功能，节点无线网络接入和数据信息处理。

关键词：传感器；节点；协议；架构

无线传感网也是物联网，这种无线传感网络会通过计算机网络将分布在不同地点的各种传感器节点连接起来，通过网络通讯协议将传感器节点收集的数据传送给中央处理单元，中央处理单元会按照软件设计的策略处理数据并给传感器节点发送指令。无线传感网的实现通常会应用到计算机网络技术、单片机技术、传感器技术、程序设计、通信技术等相关多种技术的综合应用。

1无线传感网总体框架的设计

无线传感网络的框架设计主要包括两个部分：底层网络设计部分和软件架构设计部分；底层网络设计部分主要是指传感器节点的设计、主控制结点的设计、网络通讯设备的配置和网络服务的设计，这些都主要是硬件框架的设计；软件架构设计部分主要是指服务器软件系统的开发、底层网络软件的设计和网络协议的编程。

无线传感网是通过底层网络收集传感器终端节点的数据，并把数据通过433MHZ无线通信协议发送给主控制器，主控制器使用单片机技术和软件处理底层数据，并将处理好的数据通过互联网和3G/4G网络发送给后台中央处理服务器，中央处理服务器会使用服务器软件系统分析数据并采用设计好的策略，发送指令控制主控制器和传感器终端，无线传感网的硬件框架如图1。

2无线传感网的硬件框架

无线传感网的硬件框架包括：传感器节点、主控制结点、服务器和网络路由交换设备。其中传感器节点、主控制结点通过433MHZ的网络无线通讯协议组成底层前端末梢网络，它们是无线传感网的核心部分。

（1）传感器节点

传感器節点是前端末梢网络的核心硬件，它负责收集、分析数据，接受上级的控制指令，传送基础数据，自动进行底层前端末梢网络的组网功能。它主要由电源模块、基础单片机电路、控制电路、通讯电路组成，主要结构如图2所示。

（2）主控制结点

主控制结点实际是在网络底层节点基础上加上一台计算机，所以网络底层节点是可以直接连接这台主控制结点的计算机的，它们可以直接通讯；但同时主控制结点计算机也可以连接网络设备（路由器和交换机），通过互联网和3G/dG网络与上层网络的服务器通讯；所以，主控制结点是底层网络和上层网络之间的桥梁。还要说明的是，如果某个网络底层节点损坏，主控制结点计算机将随机选取另一个节点连接，重新恢复组网，不会因为某些关键节点的损坏导致整个网络的瘫痪。

（3）服务器

该服务器是网络数据服务器，负责接收底层网络传送来的基础数据，并提供软件系统分析出来这些数据，为用户提供管理界面；同时也负责按照程序策略发送控制指令给底层网络，使底层传感器按照策略发生动作。

（4）网络通讯设备

网络通讯设备主要指路由器和交换机，主要负责通过协议与主控制结点计算机连接，将底层网络与上层网络连接。

3无线传感网的软件框架

软件总体框架目标是为了实现短距离无线传感网的数据存储、分析、管理；策略的设计、生成以及指令的发送、执行。这里的软件包括服务器软件系统、上位机软件系统、底层网络软件系统。

（1）服务器软件系统

服务器软件系统一般采用web程序设计的浏览器朋艮务器的开发模式，负责管理、分析数据的同时，也要负责生成策略和发送指令；所以，我们需要在服务器上部署网络服务（web服务）和数据库服务器，如下图3所示。服务器软件系统提供统一的数据管理和操作的界面，提供相关的用户授权认证，提供数据查询的视图；用户可以使用计算机、手机等有线、无线的终端接人设备访问web服务器，使用服务器软件系统管理数据，发送指令等。

（2）上位机软件系统

上位机软件系统实际是主控制结点本地计算机上运行的一套软件系统；因为主控制结点本地计算机负责连接底层网络和上层网络，所以上位机软件系统主要负责接收底层网络的基础数据，分析处理基础数据，控制和连接底层网络节点，连接上层网络路由，发送数据给服务器存储。

（3）底层网络软件系统

底层网络软件系统主要负责传感器节点的控制以及无线网络协议的联网管理。在此需要特别说明，现在物联网的无线协议一般是使用IEEE 802.15.4规范的Zigbee协议，但是由于Zigbee协议网址可变，寻址机制不可靠；工作信道固定，干扰较大；而且容量较小等缺点；所以，我们选用433MHZ的芯片来实现联网工作，同时采用树型组网方式实现末梢底层网络的组网。

无线传感网将越来越广泛的应用于人们的生活；但是现在的基于Zigbee协议的无线传感网有它自身的一些缺点，我们选择基于d33MHZ的通信方式设计无线传感网的架构；为短距离无线传感网的应用提供一种思路。