本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种无线传感器网络节点自组网系统。
背景技术：
自组网是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，网络的信息交换采用计算机网络中的分组交换机制，用户终端是可以移动的便携式终端，自组网中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机，终端需要运行各种面向用户的应用程序，如编辑器、浏览器等；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表完成数据分组的转发和路由维护工作，故要求节点实现合适的路由协议。自组网路由协议的目标是快速、准确和高效，要求在尽可能短的时间内查找到准确可用的路由信息，并能适应网络拓扑的快速变化，同时减小引入的额外时延和维护路由的控制信息，降低路由协议的开销，以满足移动终端计算能力、储存空间以及电源等方面的限制。
无线信道本身的物理特性决定了移动自组织网络的带宽比有线信道要低很多，而竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰及信道干扰等因素使得移动终端的实际带宽远远小于理论值。与一般网络中的多跳不同，无线自组网中的多跳路由是由普通节点共同协作完成的，而不是由专门的路由设备完成的。
目前，现有技术中急需一种无线传感器网络节点自组网系统。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种无线传感器网络节点自组网系统。
其具体技术方案为：
一种无线传感器网络节点自组网系统，包括监控中心、协调器、传感器节点、基站节点、第一时间判断模块、第二时间判断模块、第一次数判断模块、第二次数判断模块和定时器；所述监控中心、协调器、传感器节点、基站节点依次连接，所述基站节点与上位机相连接，所述定时器和第二时间判断模块连接；
所述监控中心用于监控建立网络的过程，接收数据；
所述协调器负责建立网络，并对加入网络的节点进行通信、接收数据、发布控制以及把数据传送给监测中心；
所述传感器节点用于向基站节点发送请求分配级别的请求指令；
所述基站节点接收传感器节点发送的分配级别的请求，并向传感器节点发送分配级别指令。
第一时间判断模块，用于判断在第一预设时间内是否收到基站节点的分配级别指令；
第一次数判断模块，用于判断在第一预设时间内未收到分配级别指令时，判断所述传感器节点发送请求分配级别的次数是否达到第一预设次数；
第二时间判断模块，用于判断发送广播命令的时间是否达到第二预设时间；
第二次数判断模块，用于在达到第二预设时间时，判断所述传感器节点发送广播命令的次数是否达到第二预设次数；
所述定时器用于设定传感器节点保持低功耗状态的时间。
进一步，所述协调器建立的网络采用mesh拓扑结构。
进一步，所述协调器建立网络过程中采用基于簇头优先级的聚类组网。
进一步，所述无线传感器节点硬件包括处理器模块、射频通信模块、电源模块、传感器模块、外部存储器模块。
再进一步，所述处理控制器模块采用的msp430f1611单片机。
再进一步，所述射频通信模块的芯片选用cc2420。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的无线传感器网络节点自组网系统采用mesh拓扑结构，构建一个大量的数据采集与处理系统，mesh拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式通信；该拓扑结构还可以组成复杂的网络，具备自组织、自愈功能。采用基于簇头优先级的聚类组网方案能有效地降低移动节点的组网能耗，减少移动节点与协调器节点的通信时延，提高了无线传感器网络的稳定性。该系统有效地降低节点的组网能量消耗，减小通信时延，提高了无线网络的稳定性。
附图说明
图1是无线传感器网络节点自组网系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图1所示，一种无线传感器网络节点自组网系统，包括监控中心、协调器、传感器节点、基站节点、第一时间判断模块、第二时间判断模块、第一次数判断模块、第二次数判断模块和定时器；所述监控中心、协调器、传感器节点、基站节点依次连接，所述基站节点与上位机相连接，所述定时器和第二时间判断模块连接；
所述监控中心用于监控建立网络的过程，接收数据；
所述协调器负责建立网络，并对加入网络的节点进行通信、接收数据、发布控制以及把数据传送给监测中心；
加入网络的节点包括精简节点、簇头节点。
协调器要实现的功能是：首先要完场协调传感器节点底板上各个芯片的初始化工作，然后协调器要能够完成自组网。传感器网络中存在着多个协调器，当打开协调器后，它能够自组网，随时等待精简节点的加入。精简节点的主要功能是：首先要完成各个模块的初始化，然后要完成申请加入网络，加入成功后，重复着采集数据并发送到协调器的工作。
本发明采用基于簇头优先级的聚类组网方案，当簇头节点成功加入协调器网络中，分别获得各自的短地址空间用来组建扩展下级网络。在移动节点入网之前，根据簇头节点到达协调器节点的可靠路由路径长短，分别对簇头节点进行优先级编址。路径越短，优先级越高。当移动节点超出所在簇头的通信范围，它退出现在的簇，选择它所能接收信号范围内，优先级最高的簇头，然后更新其相关信息。基于优先级的聚类方案相对于最近聚类方案进出集群频率较小，移动节点的一个簇群能尽可能保持，移动节点聚类能耗得到减少。该方案能显著地降低通信时延。
所述传感器节点用于向基站节点发送请求分配级别的请求指令；
所述基站节点接收传感器节点发送的分配级别的请求，并向传感器节点发送分配级别指令。
第一时间判断模块，用于判断在第一预设时间内是否收到基站节点的分配级别指令；
第一次数判断模块，用于判断在第一预设时间内未收到分配级别指令时，判断所述传感器节点发送请求分配级别的次数是否达到第一预设次数；
第二时间判断模块，用于判断发送广播命令的时间是否达到第二预设时间；
第二次数判断模块，用于在达到第二预设时间时，判断所述传感器节点发送广播命令的次数是否达到第二预设次数；
所述定时器用于设定传感器节点保持低功耗状态的时间。
所述协调器建立的网络采用mesh拓扑结构。
所述协调器建立网络过程中采用基于簇头优先级的聚类组网。
所述无线传感器节点硬件包括处理器模块、射频通信模块、电源模块、传感器模块、外部存储器模块。
所述处理控制器模块采用的msp430f1611单片机。它是一种超低功耗的16位混合信号控制器,能够在低电压下以超低功耗状态工作,在1.8～3.6v电压、1mhz的时钟条件下运行,并且具有5种省电模式以及很短的唤醒时间。
所述射频通信模块的芯片选用cc2420。符合ieee802.15.4规范的2.4ghz直接序列扩频方式射频收发器,基于smartrf03技术,以0.18μmcmos工艺制成,数据速率达250kbps。cc2420使用spi串行可编程接口协议与微控制器进行通讯。spi接口由cccsn、ccsi、ccso和ccsclk共4个引脚构成。处理器通过spi接口访问cc2420内部寄存器和存储区。系统使用ccsfd、ccfifo、ccfifop和cccca共4个脚表示收发数据的状态。
本发明在具体应用过程中，基站节点上电初始化后就进入低功耗模式。传感器节点上电初始化后，传感器节点首先会向基站节点发出请求分配级别的命令第一时间判断模块，用于判断在第一预设时间内是否收到基站节点的分配级别指令；传感器节点首先会向基站节点发出请求分配级别的命令。第一次数判断模块判断在第一预设时间内未收到分配级别指令时，判断所述传感器节点发送请求分配级别的次数是否达到第一预设次数；第二时间判断模块判断发送广播命令的时间是否达到第二预设时间；传感器节点再次向基站节点发出请求分配级别的命令；在达到第二预设时间时，第二次数判断模块判断所述传感器节点发送广播命令的次数是否达到第二预设次数；若在第二预设时间内收到基站节点分配的级别该传感器节点就会向基站节点发送自组织信息的数据包。如果在第二预设时间内没有收到基站节点分配的级别该节点会从低功耗状态唤醒再次发送请求分配级别的命令，如此循环,当传感器节点发出请求基站分配级别的命令达到设定上限后，但仍然没有确定自己在网络中的级别时,该节点就会向全网发出广播命令，然后进入低功耗状态并打开定时器。定时时间到节点重新回到发射广播命令状态。当传感器节点发射广播的次数达到设定值时，该节点就会将接收到的应答信息进行整理，确定自己在网络中的级别，并确定上级、同级和下级节点的相关信息。该节点再向上级节点发送包含这些信息的数据包，直到数据包传送到基站节点，从而确定整个网络的拓扑结构。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。