[发明专利]基于传感器网络的智能环境监控系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监控系统及方法，特别地，涉及一种基于传感器网络的智能环境监控系统及方法。

背景技术

当今社会，意外事件多发，如火灾，盗窃等难以预料，给贵重物品及一些特殊物品的存放和管理带来了很大的不便，突发事件造成了不小的损失，并且原因及责任人也难以追查。针对这种情况，需要对环境参量进行实时监控及相应报警。无线环境监控系统有很大的市场需求和很广的应用前景。

传统监控系统特点如下：

1.报警器多采用星型结构(即一个中心节点，多个监控节点)，监控节点只与中心节点通信，而监控节点之间不交换信息。

2.监控节点只具有数据采集和传送功能，不具智能性。

3.大多成熟的系统采用的是有线通信方式。

基于星型结构，不具智能性的节点，这样系统在通信失效时几近瘫痪，鲁棒性和可扩展性相对欠缺。同时有线通信的节点布置不是很灵活，在某些环境恶劣或人不易到达的应用场合也不易安装。

若能实现：

1.监控节点除了与中心节点通信外，各节点之间也可进行通信。

2.监控节点能在通信失效的情况下启动智能自处理机制。

3.采用无线通信。

那么系统的灵活性、可扩展性、鲁棒性明显增强。但这必须解决无线网络的新的通信协议和路由算法的实现、监控节点的协作等问题。

近年来微机电系统(MEMS)和低功耗高集成数字设备的发展，导致了低成本、低功耗、微体积传感器节点的出现。这种微传感节点由传感单元、数据处理单元、通信单元和便携式电源组成，能完成数据采集、信号监测和传送信息的任务。随着传感器技术和通信技术的发展，无线传感器网络技术开始提出，并因为其应用的广泛性而得到越来越多的高度重视。无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线介质连接构成的无线网络，它采用ad hoc方式配置大量微型的智能传感节点，通过节点的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息。无线传感器网络在环境与军事监控，地震与气候预测、地下、深水以及外层空间探索等许多方面都具有广泛的应用前景。可以说无线传感器网络是信息感知和采集的一场革命，是21世纪最重要的技术之一。

若环境监控系统采用无线传感器网络构架，系统稳定性将明显增强，并可通过转发机制实现更大的监控覆盖范围和传输距离，同时增强了系统的灵活性。

从目前的技术来看，对于节点的组网，无线传感器网络还处于理论研究阶段，研究文献较多，但真正的实际应用较少。虽说也有些基于传感器网络的环境监控系统，但都过于简单，缺乏智能性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于传感器网络的智能环境监控系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于传感器网络的智能环境监控系统，它包括节点、基站和监控计算机；其中，所述节点与节点之间、节点与基站之间均为无线连接，基站与监控计算机之间通过总线相连。

一种基于传感器网络的智能环境监控方法，该方法包括以下步骤：

(1)节点初始化：包括节点与基站的布置、节点ID与监控区域匹配、设置节点系统时间、监控时间间隔、监控环境参量选择、系统报警参数等；

(2)建立网络：建立簇层次网络结构和TDMA时间表；

(3)环境监控过程：根据网络正常、网络部分中断、网络完全瘫痪的情况有不同的处理方式，具体如下：

(A)网络正常时：节点根据自己的TDMA时间段与周围节点交换信息。节点TDMA时间表决定着节点信息采集及传输的顺序，当自动更新的系统时间与节点时节点TDMA时间表相一致时，当前节点可以进行信息采集及信息传输；

(B)网络部分中断时：当由于电能不足或干扰等因素造成传输覆盖范围变小，致使原来网络部分中断时，进行路由变换；

(C)网络彻底瘫痪时：当网络瘫痪时，经过若干次路由变换，信息仍然没有传输到基站，那么节点无法收到基站的确认信息。这样，当超时计时器溢出时，节点启用智能自处理机制。

本发明的有益效果是，本发明突破传统报警器构架，借鉴无线传感器网络思想，特点如下：1.监控节点除了与中心节点通信外，各节点之间也可进行通信；2.监控节点能在通信失效的情况下启动智能自处理机制；3.采用无线通信。

本发明基于网络型(而非传统星型)构架，系统稳定性明显增强，并可通过转发机制实现更大的监控覆盖范围和传输距离，同时增强了系统的灵活性。在通信网络中断的情况下，监控节点能针对突发事件启动智能自处理机制，减少异常情况的灾难损失。这些改进比传统监控系统更具鲁棒性。