[发明专利]基于异构分簇无线传感网多源监测数据融合的方法及系统

权利要求书

1.一种基于异构分簇无线传感网多源监测数据融合系统，包含若干监测节点、若干簇头节点、若干中继节点、一网关节点和一上位机，网关节点接通上位机后，建立符合ZigBee协议的PAN网络，簇头节点和中继节点在上电后，搜寻并加入该PAN网络以组成无线网状网络，其中：

每一监测节点上电后，广播发送封装有其地址信息的广播包，以及在收到一簇头节点发送来的封装有父节点地址和采集周期的应答数据包后，按照该采集周期进行环境数据采集，并将采集到的环境数据发送给符合该父节点地址的簇头节点；

每一簇头节点在其接收到一监测节点发送来的广播包后，根据接收该广播包时的接收信号强度计算出该簇头节点与该监测节点的相关性值，将该簇头节点作为父节点，将该监测节点作为子节点，将该相关性值、该父节点地址以及该子节点地址封装为数据包并通过无线网状网络发送给上位机；以及接收并保存上位机通过无线网状网络发送来的拓扑结构列表和采集周期，将该拓扑列表中的父节点地址和采集周期分别发送给与该拓扑列表中的若干子节点地址相符的若干监测节点；

上位机根据簇头节点与监测节点的相关性值进行分簇处理，每一簇中包含一作为父节点的簇头节点和若干作为子节点的监测节点，产生各簇的拓扑列表，根据各簇内节点规模或者用户需求为各簇配置采集周期，然后将各簇的拓扑列表和采集周期封装成数据包通过无线网状网络发送给各簇内的簇头节点；以及根据接收到的环境数据的来源对环境数据进行分析处理。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

簇头节点维护所管理的簇内节点的拓扑信息列表，当在一采集周期内接收到多个监测节点采集到的环境数据时，簇头节点只对该拓扑列表中存在的监测节点采集到的环境数据按照拓扑顺序依次打包，构成当前簇内监测到的完整数据，封装为数据包后通过无线网状网络上传给上位机。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：

簇头节点维护所管理的簇内节点的拓扑信息列表是指，簇头节点接收到一监测节点广播的数据包后，查找当前存储于该簇头节点中的拓扑列表中是否存在该监测节点的地址，如果不存在，则认为该监测节点第一次预备加入当前簇，由上位机为该监测节点优选一个簇，由该优选出的簇中的簇头节点向该监测节点发送父节点地址以及采集周期；如果存在，则继续判断当前收到的该监测节点广播的数据包中包含的时间戳与上一次收到的该监测节点广播的数据包中包含的时间戳之差是否大于传输时间限度，如果不大于则认为该监测节点已经在该簇内，该广播包为重复包，丢弃该广播包，如果大于则认为该监测节点预备重新加入当前簇，簇头节点直接向该监测节点发送父节点地址和采集周期；

该传输时间限度表示簇头节点回复监测节点应答包的最大时间限度，等于网关到簇头节点间的最大跳数与平均每跳传输时间之积。

4.如权利要求1-3中任何一项所述的系统，其特征在于：

簇头节点还需确定其在该无线网状网络中基于最优跳数的路由，并通过该基于最优跳数的路由与网关节点进行通信。

5.如权利要求1-3中任何一项所述的系统，其特征在于：

监测节点与簇头节点交互的数据包中封装有前导字节、网络ID、长度、有效负载和校验和，其中：

网络ID存在2个取值，其一表示监测节点所在的网络，另一个表示网关所在的网络；

有效负载中又包含数据包类型、父节点地址、子节点地址、监测数据、周期或者时间戳：有效负载中的类型字段存在3个不同取值，分别代表广播包、应答包、数据包3种不同类型的数据包；

从监测节点到簇头节点发送的数据包类型是广播包或者数据包，有效负载最后一字段为时间戳信息；簇头节点向监测节点发送的数据包类型是应答包，有效负载最后一字段为周期信息。

6.如权利要求1-3中任何一项所述的系统，其特征在于：

簇头节点根据接收监测节点的广播包时的接收信号强度计算出该簇头节点与该监测节点的相关性值的计算公式为：

P＝1-P_r/P₀

其中，P为该簇头节点与该监测节点的相关性值，P_r表示接收当前广播包的信号强度值，P₀为常量，表示采用相同射频芯片的节点与源节点足够远时接收到的功率值。