[发明专利]无线传感多功能高精度水平测量仪

权利要求书

1.一种无线传感多功能高精度水平测量仪，由分布于桥梁或高层建筑物各测量点的传感器，无线收发模块和终端电脑显示通过无线网络连接构成，它是实时监控桥梁，高层建筑物安全的装置，

传感器：用于检测记录加速度，水平角度及倾角数据，传感器采集到的数据通过zigbee无线网络传输，通过无线网络收发监测数据，实现实时综合处理分析；

无线收发模块：用于传送接收检测到的物理量数据；

电脑终端显示：用于工作人员实时检测分析相关接收到的物理数据并进行综合处理分析；

所有无线网络的无线节点均设置有非层次型、基于功率控制的路由方法，每个测量点都配备有太阳能电池板和蓄电池，其特征在于：无线节点功率控制方法和路由方法包括以下两部分：

A、无线节点的功率控制方法：

无线节点由电池供电，链路Link_i→j的发射功率由节点j接收到节点i的数据的包接收率PRR和判断阀值来决定，判决式如下：

链路Link_i→j的包接收率PRR_i→j大于判断阀值，且发射功率小于最大值，则取该值作为链路Link_i→j的发射功率；链路Link_i→j的包接收率PRR_i→j大于判断阀值，且发射功率等于最大值，则取最大值作为链路Link_i→j的发射功率；链路Link_i→j的包接收率PRR_i→j小于判断阀值，且发射功率等于最大值，则将链路Link_i→j的放入黑名单内， 并从路由表中删除，不再用作路由路径使用；

该方法的执行过程分为5个步骤，描述如下：

(1)收集链路信息

每个节点以PRR为指标来测量链路的质量，设置链路质量的判定阀值PRR_threshold，如果测得PRR值大于阀值PRR_threshold则该链路为稳定链路，反之则为不稳定链路；通过改变节点的发射功率大小，可以将不稳定链路转变成稳定链路，也可以发现新的不稳定链路；

(2)使用跨层协议减少节点开销：

节点在链路的建立和数据的路由过程中，要发射相当数量的控制包，这些控制包中有很大一部分都是没有起到作用而白白浪费了，使用跨层协议，在不同层之间相互交换需要的信息，使每个节点都能够明确各项工作的执行方向，减少广播的次数，减少不必要的控制包，节省节点能量；

(3)为每条链路确定发射功率：

步骤(1)中提出了链路质量的判定阀值PRR_threshold，每条链路的最优发射功率定义为使链路成为稳定链路的最小发射功率：Link_i→j＝P_tx当 且P_tx＝minP；否则Link_i→j＝P_tx，设置为最大发射功率P_max，阀值PRR_threshold的确定由不同发射功率下的PRR值 的统计分析和环境参数决定；

(4)开始路由前使用黑名单机制记录不稳定链路：

根据PRR值确定不能保证数据安全传输的不稳定链路，将其记录到黑名单内，同时从路由表中将这些链路删除，以后这些链路不会再被用于发送和接收任何数据； 

(5)确定路径：

没有被记录到黑名单里的链路都是使用最优发射功率或最大发射功率的稳定链路，这些链路被记录在节点的路由表中，能够保证数据的安全传输；

B、无线节点路由方法的建立

无线节点路由的建立过程分为信息收集、寻找中转节点、确定发射功率三个阶段，以下详细分析各个阶段的工作过程：

1)信息收集：

节点n为了确定其邻近节点，首先以最大发射功率发送联系建立请求RBQ包，收到节点n的RBQ包的节点r发送RB_ACK回应，节点n收到RB_ACK后，将节点r的相关信息加入到邻近节点能量表NPT(n)中；

2)寻找中转节点

如果NPT(n)中的节点个数NodeNum∈[2，5)，且发射功率为最大能量，则节点n发出求救Help包，报告此处网络存在割裂问题，如果NPB(n)中的节点个数NodeNum∈[5，∞)，节点n首先对NPT(n)中的所有节点按照接收信号强度值的强弱，从小到大进行排序NPT(n)＝{(J₁，J₂，...J_i...J_m)|P_rx(J₁)＜P_rx(J₂)...P_rx(J_i)...＜P_rx(J_m)}，在J₁，J₂......J_n中寻找符合以下关系的节点：节点n通过该节点中转后再到节点J_n消耗的能量小于节点n直接到节点J_n所消耗的能量，一旦找到节点i满足i∈NPT(n)且P_tx(n→i)+P_tx(i→m)＜P_tx(n→m)，节点n减小发射功率，使得 

3)确定发射功率

节点n减小发射功率后，重复步骤1)和步骤2)，直到NPT(n) 内的节点数NodeNum∈[2，5]，采用节点数在此区间内的最大发射功率作为节点n的发射功率P_tx(Use)；

路由维护的过程需要综合考虑现有节点失效和新节点加入两种情况：

对于节点失效的情况：节点n用步骤3)中确定的发射功率P_tx(Use)进行信息收集工作时，如果发现NPT(n)中某个节点i的数据没有更新，则认为该节点失效，进而采用最大发射功率按照步骤1)-步骤3)开始新的路由建立工作；

对于新节点加入的情况：节点n用步骤3)中确定的发射功率P_tx(Use)进行信息收集工作时，如果发现NPT(n)中有新节点i的ID号，则节点n首先对NPT(n)中的现有节点重新按接收信号强度值的强弱，从小到大进行排序NPT(n)＝{(J₁，J₂，...J_i...J_m)|P_rx(J1)＜P_rx(J₂)...P_rx(J_i)...＜P_rx(J_m)}，在J₁，J₂...J_i...J_m中寻找节点i是否符合以下关系：节点n通过节点i中转后再到节点J_m消耗的能量小于节点n直接到节点J_m所消耗的能量，一旦找到节点i满足i∈NPT(n)且P_tx(n→i)+P_tx(i→m)＜P_tx(n→m)，节点n减小发射功率，使得 否则，节点n的发射功率不变。