通常，無線傳感器網絡(WSN)只是覆蓋人們感興趣的較小區域，這樣就形成了多個分散的小型網絡。通過借助現有的網絡來實現多個小型無線傳感器網絡的互聯，進行數據的傳播、發布，能夠擴大網絡的覆蓋范圍，更加有利于傳感器網絡數據的獲取。與其他方式相比，利用P2P的方式實現多個傳感器網絡的互聯具有非中心化、健壯性和可擴展性等特點。
1 系統結構
從整體來看，本文所提出系統主要包括2層結構，如圖1所示。第一層是傳感器網絡層，根據需求負責在傳感器網絡內部收集監測數據；第二層是P2P虛擬網絡層，用來連接多個傳感器網絡，每個傳感器網絡作為P2P網絡的一個對等體節點，多個對等體節點形成P2P網絡。
2 基于SimpliciTI協議的小型無線傳感器網絡的設計與實現
2．1 SimpliciTI網絡協議
SimpliciTI網絡協議是TI公司推出的針對簡單小型射頻網絡的專有低功耗RF協議。利用SimpliciTI網絡協議可實現MCU資源占用的最小化，從而降低系統成本。SimpliciTI軟件架構分為3層：應用層、網絡層和硬件邏輯層。其中，SimpliciTI網絡的加密在網絡層處理。
2．2 系統描述
本文設計與實現的基于SimpliciTI網絡協議的小型無線傳感器網絡，在各種室內環境中對光強、溫度進行采集。整個系統由數據中心節點(AP)、范圍擴展節點(ER)和終端節點(ED)組成，形成串狀拓撲結構。其中數據中心與協調器相連，協調器通過RS 232與電腦相連，如圖2所示。
終端節點由無線控制收發模塊、傳感器模塊和電源模塊組成，負責通過傳感器采集環境信息，并將采集到的信息實時地發往或通過范圍擴展節點轉發到數據中心節點。范圍擴展節點也稱為路由節點，由無線控制收發模塊和電源模塊組成。數據中心由無線控制收發模塊組成，是整個傳感器網絡的中心，與計算機相連，可以通過計算機軟件查看終端節點發來的實時采集的環境信息，同時也可以對系統進行設置和控制。另外，數據中心采用無線方式與其他范圍擴展節點和終端節點進行通信。
2．3 硬件的選型與設計
硬件選型主要包括無線控制收發模塊、傳感器模塊和電源模塊3部分。無線控制收發模塊采用TI公司生產的低成本、低功耗的CC1110片上系統，包含一個標準的增強型8051MCU，帶有32 KB FLASH和4 KBRAM，工作在433 MHz，868 MHz，915 MHz ISM波段，其射頻收發器支持不同的調制格式，數據傳輸率可達500 Kb／s。傳感器模塊中的溫度傳感器選取Microchip公司的TC77，它是一款13位串行接口輸出的集成數字溫度傳感器，溫度分辨率為0．062 5℃；光敏傳感器采用10 kΩ的光敏電阻，將其串聯一個10 kΩ的電阻后，接到CC1110的ADC輸入引腳即可。此外，數據中心通過RS 232由電腦供電，終端節點和路由節點通過供電底板供電，供電電壓為3 V，其獨立的電池盒設計，可便于移動。
2．4 系統軟件設計
下面介紹無線傳感器網絡中各個節點的軟件設計。考慮到程序的開發周期和可讀性，使用C語言進行程序開發。
2．4．1 數據中心節點模塊
數據中心經過BSP、協議棧、串口等初始化后，打開串口中斷，實現計算機與數據中心的通信，然后建立串狀網絡，等待終端節點和范圍擴展節點的加入。數據中心不斷監測有多少節點設備加入，并判斷是否達到網絡容納設備的最大數量。如果還有空閑的接口(PORT)，則為新加入的設備分配PORT，并發送應答信息通知新加入設備通信的PORT編號。對于已經加入網絡的設備，數據中心監測是否收到這些設備發來的數據信息，如果收到符合格式的數據，則通過串口上傳給計算機顯示。之后，數據中心檢測信道噪聲，如果噪聲可能會對通信造成干擾，則數據中心發生頻率跳變，跳到信道列表的下一個信道。
2．4．2 范圍擴展節點模塊
范圍擴展節點經過硬件初始化和協議棧初始化之后，向數據中心節點發送加入網絡請求。成功加入網絡后，向數據中心節點周期發送ping消息，如果收到應答，則處于等待數據轉發狀態，向數據中心轉發終端節點發來的數據信息，如果沒有收到應答，則查詢網絡當前的工作信道，并跳轉至該信道，再轉發數據信息。
2．4．3 終端節點模塊
終端節點在初始化底層模塊、定時器和各傳感器模塊后，開始向中心節點發送加入網絡消息，并等待加入。加入網絡后，每隔一個固定的時間間隔通過傳感器模塊采集環境信息，查找中心節點工作的信道并跳變到該信道，將采集的環境信息發送到數據中心。
3 小型無線傳感器網絡的P2P互聯
3．1 JXTA協議
JXTA是SUN公司推出的一組開放的通用P2P協議，為開發新的P2P應用程序提供基本的模塊和服務，它對P2P節點的共同行為做了標準化，包括節點互相發現、自組織點組、發現和通告網絡服務、相互通信以及監視其他節點等。基于JXTA的軟件架構可以分為3層：核心層、服務層、應用層。其中核心層封裝了P2P網絡的一些最基本的要素；服務層包含一些網絡服務；應用層包括一些應用的實現，如P2P即時消息、文件和資源共享等。
3．2 系統構成
在構建的P2P網絡中，有2種節點：WSN網關和WSN控制單元。通常有一個WSN網關和多個WSN控制單元。WSN控制單元負責收集傳感器網絡中監測到數據，并將其傳播、發布；WSN網關既是一個P2P節點，負責收集各個WSN控制單元傳播、發布的傳感器網絡的監測數據，又是一個網關設備，可以把傳感器網絡接入Internet等其他網絡。
該系統的單元實體包含WSN網關、WSN控制單元、協調器和WSN節點這4層設備。整個系統的數據流程圖如圖3所示。在傳感器網絡中，WSN節點啟動數據采集過程，進行采樣、A／D轉換等，然后將采集到的數據發送到協調器，協調器使用RS 232將在無線傳感器內部收集到的數據傳送到WSN控制單元，WSN控制單元通過P2P平臺將傳感器網絡的監測數據進行發布、傳播，發送到WSN網關，WSN控制單元和WSN網關之間通過JXTA中定義的管道進行通信。
3．3 軟件設計
進行JXTA開發需要搭建JXTA開發環境，該系統的開發選擇的是JXTA的J2SE平臺綁定，并在集成開發環境NetBeans中采用最新版本V2．5進行Java程序的開發。此外，由于JDK的類庫并不提供串口通信的API，要進行串口通信，需要額外安裝與配置相應的JAR包和動態庫。
3．3．1 WSN網關設計
作為一個JXTA的應用程序，WSN網關首先需要通過加入默認的網絡點組來實現JXTA平臺的初始化。然后需要創建一個新的點組WsnNet來提供傳感器參數監測服務，WSN網關創建該點組成功后，需要加入該點組，然后通過監聽者類等待WSN控制單元的消息，如圖4(a)所示。
WSN網關通過管道實現與WSN控制單元之間的消息發送與接收，且采用基于事件的異步機制。該機制遵循Java標準事件設計模式，必須創建用于注冊以接收適當事件的監聽者。處理管道事件的監聽者接口是PipeMsgListener接口，在WSN網關的應用程序中實現了該接口，即管道服務在創建輸入管道的時候增加this指針，以在已經創建的輸入管道上監聽事件。當對應的事件發生時，該監聽者類將被通知，并調用監聽者類的pipeMsgEvent()方法，通過getMessage()方法從pipeMsgEvent()中獲取該消息，最后根據設定好的格式處理接收到的消息。
3．3．2 WSN控制單元設計
WSN控制單元負責WSN網關和協調器之間的通信，它通過管道與WSN網關通信，通過RS 232接口與協調器通信。作為JXTA的一個節點，WSN控制單元啟動后，首先加入默認的點組初始化JXTA平臺，然后加入WSN網關創建的點組WsnNet以提供信息監測服務。WSN控制單元實現了兩個事件，一個是PipeMsgListener，用于監聽管道消息；另一個是SerialPortEventListener，用于監聽串口的消息，如圖4(b)所示。
4 結語
今后無線傳感器網絡之間的交互和通信技術將是一項關鍵的技術，WSN和P2P結合的系統可用來開發強大的應用程序。本文首先完成了基于SimplictiTI網絡協議的低功耗小型無線傳感器網絡的設計與實現，然后基于JXTA協議實現了多個傳感器網絡以P2P方式互聯，從而實現數據的傳播、發布，擴大傳感器網絡的覆蓋范圍，更加有利于傳感器網絡數據的獲取。