[发明专利]面向楼宇监测的无线传感器网络数据收集方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其是一种面向楼宇监测的无线传感网数据收集方法。

背景技术

无线传感器网络综合了现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科，是一个新兴的交叉研究领域。通常地，传感器网络系统是由部署在监测区域内部或附近的大量微型廉价传感器节点构成。这些节点协作地感知、采集并处理网络覆盖区域内的目标信息，并通过无线多跳的通信方式将信息发送给观察者。无线传感器网络具有低功耗、低成本、方便部署、自组织等特点，并且已经被视为军事侦察、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、城市交通等领域的下一代发展方向。

无线传感器网络带来机遇和商业价值，然而也带来了挑战。传感器节点存在以下现实约束：①电源能量有限；②通信能力有限；③计算和存储能力有限。这些制约使得现有无线网络中的设计方法不能直接应用到传感器网络系统中。无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，有非常多的关键技术有待发现和研究。其中，数据收集方法(Data Gathering algorithm)，即如何将原始感知数据处理并传输到监护基站，是一个热点和难点问题，它涉及到数据融合、路由协议、拓扑控制等技术。目前，已有很多数据收集协议被提出，较为典型的是文献“Anapplication-specific protocol architecture for wireless microsensor networks”公开的一种LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)算法。LEACH算法是一种自适应分簇方法，其执行过程是周期性的，每轮循环分为簇的建立阶段和稳定的通信阶段。在簇的建立阶段，节点根据一定的概率竞选簇头，一旦节点成为簇头，它立即广播一个包含节点ID的消息包，其他非簇头节点则根据消息包的接收信号强度决定加入哪个簇；在数据通信阶段，簇内节点把数据发送给簇头，簇头进行数据融合并把结果发送给监护基站。

不可否认，LEACH算法为无线传感器网络数据收集方法提供有益的参考价值。但遗憾的是，LEACH协议不是针对特定应用背景设计且在实际应用中难以实现，主要表现在以下几个方面：

(1)簇头进行数据融合过程中假设以监测对象为圆心，半径为D的圆内的所有传感器节点的感知信息高度关联；

(2)成簇过程中，非簇头节点只根据消息包的接收信号强度决定加入哪个簇。因此，同一个簇内，各节点感知信息的关联性不确定，这给簇头节点的信息融合带来难度。

(3)LEACH算法假设簇头可以直接与基站设备无线通信。这要求所有节点都必须具备长距离的无线通信能力，因为任意节点都有可能成为簇头。然而，传感器节点的通信能力是有限的。

事实上，不同的应用背景对传感器网络的要求各有不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然会有很大差别。不同的传感器网络应用虽然存在一些共性问题，但在传感器网络应用的开发中，更关心其应用特征。比如，面向楼宇监测的无线传感器网络应用系统中，同一房间内的多个节点所采集的信息具有较高冗余度，而不同房间内的节点的感知信息冗余度不可预测。另外，正常的感知信息对实时性和丢包率要求不高，而异常信息则相反。LEACH协议无法直接应用到楼宇监测系统中，因此，必须贴近该应用背景，设计最高效的数据收集方法。

发明内容

为克服现有技术无线传感网数据收集方法无法有效适应楼宇监测系统、实现复杂的不足，针对基于无线传感器网络的楼宇监测系统特点，本发明提供一种能有效适应楼宇监测系统、实现简单的面向楼宇监测的无线传感网数据收集方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种面向楼宇监测的无线传感器网络数据收集方法，用于采集温度、湿度、光照度的传感器节点被部署在楼宇的各个房间内，簇头节点收集簇内各传感器节点的感知数据并进行融合，每个房间有且仅有一个所述簇头节点，所述传感器节点与所述簇头节点无线通信，所述簇头节点直接或以多跳的方式与基站设备无线通信，所述基站设备汇聚无线传感器网络中的数据并传送到楼宇监测管理平台上，所述无线传感器网络中有且仅有一个所述基站设备；所述数据收集方法包括：

1)、成簇过程：指每个房间内的所有节点形成一个本地簇，确定一个簇头节点，实现方法为：

所述节点均被配置了其所在的房间号，所述节点的短地址根据下面式子计算：

A_node＝F×F_m+R×R_m+n    (1)