[发明专利]一种应用于森林防火中的无线传感器系统

说明书

技术领域

本发明涉及移动互联网及通信技术领域，尤其涉及应用于森林防火中的无线传感器系统。

背景技术

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置和救助较为困难的自然灾害。其危害非常严重，不仅毁坏林木，造成大量动植物死亡，还会改变森林气候，破坏大自然的生态平衡，造成经济上的巨大损失和生态环境的严重破坏 。

森林火情监测，是森林防火工作的重要内容，同时也是控制和扑灭森林火灾的重要基础。目前，常规的林火监测主要依靠地面人员巡护、嘹望台定点观测、航空巡逻等措施。然而，仅依靠巡护员徒步监测火情远远不够，嘹望台造价较高，飞机观测耗资大，且受到诸多限制，因此常规的监测措施无法有效侦测火情。为了减少森林火灾造成的各类损失，世界各国都非常重视森林防火研究。

随着科学技术的发展，高科技不断被应用到林火监测中，森林防火工作日益走向高科技、智能化、系统化、综合化。环境监测是一类典型的传感器网络的应用。与传统的环境监控手段相比，使用传感器网络进行环境监控有三个显着的优势：一是传感器节点的体积很小且整个网络只需要部署一次，因此部署传感器网络对监控环境的人为影响很小。这一点在对外来生物活动非常敏感的环境中尤其重要。二是传感器网络节点数量大，分布密度高，每个节点可以检测到局部环境的详细信息并汇总到基站，因此传感器网络具有数据采集量大，精度高的特点。三是无线传感器节点本身具有一定的计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化进行较为复杂的监控，传感器节点还具有无线通信能力，可以在节点间进行协同监控。通过增大电池容量和提高电池使用效率，以及采用低功耗的无线通信模块和无线同协议可以使传感器网络的生命期延长很长时间，这保证了传感器网络的实用性。节点的计算能力和无线通信能力使得传感器网络能够重新编程和重新部署，对环境变化、传感器网络自身变化以及网络控制指令做出及时反应，因而传感器网络适用于多种环境监测应用中。

发明内容

本申请涉及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。

通过无线传感器节点与中心节点通信方法、中心节点与中心节点多跳数据传输方法以及中心节点自身的软件设计三个部分，设计了一个传感器节能以及无线传感器网络整体节能工作的方案。极大地延长了森林防火系统的生存周期，并且紧紧围绕防火预警为核心。设计并构建了最为基础的森林防火的一级体系结构，夯实了整个系统稳定工作的基础。尤其在单个节点的设计中，使用了比较简明的应用设计构架，通过修改Zigbee协议隐藏诸多细节，使其在流量分发、拓扑管理和通信的折衷处理变得透明，有利于保障整个的软件开发的速度和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为一级体系结构与二级体系结构的关系图；

图2为中心节点构成的二级体系结构示意图；

图3为三个级别体系结构分工示意图；

图4为无线传感器森林防火系统；

图5为中心节点的构架结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范畴。

无线传感器节点在森林防火系统中承担着重要作用，是整个系统中的感知部分，同时传感器节点的生命周期也是整个系统生命周期的基本单位。因此，无线传感器是森林防火系统的基础。尤其是在森林环境下，其湿度、温度等周边条件较为恶劣，严重影响电子器件的生存时间。另一个重要问题是，无线传感器节点使用的是纽扣电池有源电源，在野外环境下由于环境复杂，会导致电源能量衰减速度增加，会加速无线传感器节点的死亡。因此，对无线传感器在森林极端条件下的适应能力的研究是非常重要的。