[发明专利]一种应用于森林防火中的无线传感器系统

权利要求书

1.一种应用于森林防火中的无线传感器系统，其包括：传感器节点，中心节点以及远程监控系统，其中传感器节点间以及传感器与中心节点间的通信协议，为Zigbee通信协议；中心节点间与远程监控软件间采用Adhoc通信协议，三个级别的体系结构和两个通信协议构成了森林防火系统的主体，协议担负系统中数据的流动，三个级别的体系结构分别对应数据源、数据传输和最终数据处理功能。

2.如权利要求1所述的无线传感器系统，其中传感器节点由处理器模块、通信模块、传感器模块和能量供应模块4部分组成，其中，前3个模块消耗能量，由于传感器模块消耗能量相对较低，处理器模块节能策略通常有动态电压调节(Dynamic Voltage Scaling，DVS)和动态功率管理(Dynamic Power Management，DPM)，前者的工作原理是当计算负载较低时，通过降低微处理器的工作电压和频率，从而降低处理能力，可以节约微处理器的能耗；后者是利用当节点周围没有感兴趣的事件发生时，部分模块处于空闲状态，把这些组件关掉或调到更低能耗的状态，以延长节点寿命，通信模块消耗能量是最多的，故为其制定有效的节能策略尤为重要，主要包括控制节点通信流量，合理安排工作休眠时间以及采用多跳通信方式，为了实现传感节点的低功耗以及更优的测量性能，设计时采用工作模式的选择，通过无线配置传感节点的工作参数，使节点能够按照实际需要控制采集的时机和速率，从而降低能耗，以延长节点寿命;节点工作分空闲模式、触发模式、主动模式3种，其中，空闲模式下的节点大部分时间处于休眠状态，只是周期性的唤醒检查有无来自服务器的控制命令，以更好地节约能耗；触发模式下RF关闭，只有当传感器测量值达到设定门限后才触发RF进行无线数据收发，同时可以根据不同的门限选择相应的采样率，适用于如森林火灾等突发情况的监测和预警；主动模式下传感节点按配置的采样率进行数据采集发送，周期性转入休眠并自动唤醒，考虑到无线传感器在一定程度上需要实时地传输数据，使用触发模式无法提供实时的温度和湿度数据，因此，在设计上采用周期休眠机制与主动模式相结合的方法，使传感器节点工作时节能性能达到最优，另外，当采集的数据（温度或湿度）没有达到预设的阈值时，传感器节点会根据上一次采集的数据进行简单综合性分析，如果变化不是非常明显时，则不再发送数据，达到通过减少发送数据量的方法进一步节能;对于无线传感器网络的流量分发，需要在Zigbee协议增加一个电池电量标记，在传输中如果发现当前节点电能低于传输过程中各个节点平均电能，则向上一个节点发送修改路由请求，建议上一个节点在下次传输时，不需要首先考虑当前节点作为传输数据的关键点；在实现上只需要在Zigbee协议中修改邻居节点和路由记录表传输过程中经过的每个节点的电量，当有建议修改请求时，只需要将该节点移动到该链表的尾节点即可，这样在传输查询时优先头节点，间接地降低了电能低的传感器节点传输，明显地可以看出，整个表未采用排序的方法排列节点电量的高低，而是通过“头删除，尾插法”的方式，完成路由表的调整，尽可能地将流量分派到电能比较高的节点上。

3.如权利要求1所述的无线传感器系统，其中的远程监控系统，该系统由传感器探测节点、汇聚节点、数据库服务器、中心服务器和Web服务器组成，该系统是由大量具有温度、湿度、光亮度和大气压力采集功能、无线通信与计算能力的微小传感器探测节点构成的自组织分布网络系统，每个探测节点具有数据采集与路由功能，探测节点把数据发送到汇聚节点，由汇聚节点负责融合、存储数据，并把数据通过 Internet 传送到数据库服务器，中心服务器分析数据库服务器的数据，对森林火险进行监测预报并将所有信息置于WEB 服务器。