[发明专利]一种应急环境下无线传感器网络系统

权利要求书

1.一种应急环境下无线传感器网络系统，其特征在于：包括监测中心、服务器无线传感器网络；

无线传感网络包括1个或多个网关节点，传感器节点和移动节点：

传感器节点分布在监测区域内，用于采集并上传其感知半径范围内的环境信息，

移动节点用于在监控区域自主移动，同时与传感器节点通过网络进行通信，

网关节点汇集传感器采集的信息数据，通过以太网或者卫星网络上传至监测中心，同时接收来自监测中心的命令并转达给网络中的传感器节点；

监控中心通过上位机即计算机进行监控，处理网关上传的数据信息，根据具体的应用需要选择性存储传感器节点采集的信息数据。

2.根据权利要求1所述的应急环境下无线传感器网络系统，其特征在于：传感器采用ATmega128L或MSP430F1** MCU系列微控制器。

3.根据权利要求1或2所述的应急环境下无线传感器网络系统，其特征在于：无线通信器件采用CC1000或TR1000。

4.根据权利要求1所述的应急环境下无线传感器网络系统，其特征在于：基于竞争的X-MAC协议作为网络的MAC协议，包括移动节点的接入过程和移动链路的维护两部分。

5.根据权利要求4所述的应急环境下无线传感器网络系统，其特征在于：移动节点的接入步骤如下：

移动节点的接入过程如下：

5a、移动节点在发起接入请求之前，侦听时间预先设置，判断侦听信道是否空闲，若确认信道空闲，则转为步骤1b；

5b、广播接入请求消息，接入请求消息也是以频闪前导码的方式发送，频闪间隔为                                                ，一次接入请求的最长持续时间为，若在最长持续时间时间内移动节点未收到接入应答信息，则重新侦听信道是否空闲，转回步骤1a，从而避免移动节点长期占用信道资源影响其它节点的正常通信，若在最长持续时间时间内移动节点收到其它节点的接入应答信息，则执行5c；

5c、向源节点发送接入应答确认消息，从而建立连接，可以进行数据的通信，静止节点收到移动节点的接入请求消息后，利用移动节点频闪前导之间的间隔向移动节点发送移动接入应答消息，并等待接收移动节点发送的接入应答确认消息，防止多个静止节点收到接入请求消息后同时发送接入应答消息而发生碰撞，采用一种冲突避免机制；

移动链路维护过程：移动节点通过移动接入过程与静止节点建立连接后，便可以进行互相通信，当移动节点持续移动，导致其与静止节点连接的信噪比下降到一定水平后，移动节点向静止节点发出连接断开消息，断开与静止节点的连接，然后移动节点再次发起移动接入过程与其它静止节点建立连接。

6.根据权利要求5所述的应急环境下无线传感器网络系统，其特征在于：冲突避免机制如下：

6a、每个静止节点随机产生一个0-1的数，并与一个预先设定的固定值比较，如果小于固定值，则节点在当前的间隙时刻发送接入应答消息，否则等待下一个间隙时刻重新判断；

6b、若静止节点等待下一个间隙时刻过程中在超时时间内没有再次收到移动节点的接入请求消息，则转入睡眠以防止过度侦听；

6c、若静止节点收到其它节点的接入应答消息，则立刻退出竞争转入睡眠状态，如果在一个间隙时刻移动节点收到多个静止节点的接入应答消息，则丢弃这些消息，继续发送请求接入消息。

7.根据权利要求5所述的应急环境下无线传感器网络系统，其特征在于：在上述提到的一次接入请求的最长持续时间必须大于静止节点的侦听至睡眠周期，而且频闪间隔必须小于静止节点的侦听时间，以保证能够唤醒静止节点；移动节点的侦听持续时间同样必须大于侦听至睡眠周期以确保信道是空闲的；静止节点侦听的超时时间必须大于移动节点发送前导码的频闪间隔以确保静止节点不会过早转入睡眠。

8.根据权利要求1所述的应急环境下无线传感器网络系统，其特征在于：在定向扩散路由协议兴趣扩散阶段使用的“兴趣有效传播路径判定规则”，利用节点的位置信息使兴趣的扩散具有明确的方向性

定向扩散路由协议的路由过程分为周期性的兴趣扩散、数据传播和路径加强三个阶段，

节点A第一次收到其邻居节点B 广播的一个兴趣分组P，A使用“兴趣有效传播路径判定规则”判断原来的兴趣有效传播路径后端添加了节点A后是否仍然为有效传播路径；

判定规则如下：

步骤1、A节点首先获取P中网关节点的位置信息、目标矩形区域以及B节点的位置信息，然后做如下判断：（1）、如果A位于目标矩形区域内，通过A的坐标和rect中对角顶点的坐标判断，则判定A位于兴趣有效传播路径上，本次判定结束，否则，转步骤2执行；

步骤2、利用A、B节点的位置信息以及目标矩形区域中对角顶点的坐标分别计算A、B节点与矩形四个角的最近和最远距离，具体计算方式如下：

然后分别比较与、与的大小关系，如果，则转步骤3执行，否则，判定A不是在兴趣有效传播路径上，本次判定结束；

步骤3、计算网关节点到目标矩形区域四个角的最大值以及网关节点与A节点之间的距离，如果网关节点与A节点之间的距离小于网关节点到目标矩形区域四个角，则判定A位于兴趣有效传播路径，否则判定A不是在兴趣有效传播路径上，本次判定结束。