无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）的网络拓扑结构是组织无线传感器节点的组网技术，有多种形态和组网方式。对无线传感器拓扑结构及连通性的检测分析有一定的实际意义。其结果可以用于拓扑控制、覆盖计算等研究并能为侦查、评估等应用服务。
本文基于较为成熟的无线传感器网络——Zigbee 进行研究。采用Freescale 公司的MC1321x-NCB 套件实现网络的组建。通过编程对网络的连通性进行查询和获取；利用串口通信存储获取的信息；最终根据已有信息实时重建网络拓扑结构。
2. 无线传感器网络拓扑结构的邻接矩阵表示
2.1 图的邻接矩阵
当我们需要一个图的非图形表示时(例如使用计算机时)，通常我们利用图的邻接矩阵来描述它的结构。
在图论中，通常根据图顶点之间的边的连接情况将图分为有向图和无向图两种。无向图是指在图的顶点与顶点之间存在的边是无向边。由于网络拓扑的不确定性，可将无线传感器网络抽象成一个无向图。网络中的设备可用无向图中的节点表示。连接关系也可用节点之间的边表示。无向图可以看作网络拓扑结构的抽象图。
而数学上，无向图可以表示成邻接矩阵的矩阵形式，两个节点相连则邻接矩阵中相对应的数据项为“1”， 其余的都表示为“0”。由此，无向图节点之间的连接关系又可以表示成邻接矩阵的形式。图2-2 即是一个网络的拓扑结构、无向图和邻接矩阵三者之间的转换关系。
图 2-2 网络结构、无向图、邻接矩阵三者关系
图2-3 目标网络拓扑结构重建流程图
在本文中，我们采用Freescale公司的MC1321x-NCB套件实现星型Zigbee网络的组建。
3.1 Zigbee 网络的组建过程
将所有节点布置完毕，打开电源后，Zigbee协调器（NCB）开始组建网络，而终端设备（SRB）则周期性的发送信号，询问是否有路由器或协调器可以连接而加入网络。
（1）Zigbee协调器（NCB）建立网络的过程
在进行初始化之后，Zigbee协调器通过向网络层发送网络形成请求原语请求开始建立新网络。它首先对2.4GHz—2.4835GHz标号为11至26的16个信道进行能量扫描，选取能量值最低的信道，即存在其他Zigbee网络最少的信道[3]。之后，协调器为自身选择一个短地址。最后，协调器为整个网络选择一个不与现存网络冲突的PAN ID。这样，协调器建立了新的网络，它可以允许其他设备加入到网络中。
（2）Zigbee终端设备（SRB）加入网络过程
同协调器一样，终端设备首先也要对所有的16个信道进行能量扫描，并通过媒体访问控制子层的管理服务（MLME）发送信标请求。如果收到了回复的信标帧，代表该信道中存在网络，设备将把信标帧中的信息（发送信标设备地址，网络标识符，可否连接等）存储下来。在扫描完所有的信道后，Zigbee终端设备将选择一个网络加入，并连接至这个网络中的协调器节点。如果与父设备连接成功，父设备会分配一个16位的网络地址，该网络地址在此网络中是唯一的，并且该设备在以后的通信中将使用这个地址[3]。连接完毕后，终端设备即可通过向父设备发送询问请求，来确定父设备是否有数据要发送给自身。如果有，该数据会在父设备的回复中一并发送。终端节点在第一次询问没有回复之前，不能够发送第二次讯问请求。
3.2 Zigbee 网络连通性的获取
由Zigbee协调器（NCB）每三秒准备一个二进制数据向子设备发送，该数据为0-15的递增循环显示。与此同时，子设备每3秒钟将会向父节点发送一个查询请求，询问是否有发给自身的数据已经准备好。如果数据被取走，则清空；如果没有，我们将设置一个参数作为标记。三次取数据失败后，该子设备将被认定已经与协调器断开连接。由此，网络的拓扑结构发生了变化。查询的简要流程图如下：
图3 流程图
4.1 监测平台的设计
在成功获取网络连通性的基础上，监测平台简化为两大部分。一个是串口通信部分，用于将发送至串口的信息实时地读取并存储至计算机的文档内；另一个是图形界面部分，根据所存储的文档，实现拓扑结构的重构。
在本文中，使用VC++中的MSComm控件来实现串口通信。
选择COM7口，以二进制方式读写数据，波特率19200，无校验位，8个数据位，一个停止位。当缓冲区中有一个及一个以上字符时，将引发接收数据的OnComm事件。并将缓冲区内容全部读取。
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