[发明专利]一种基于大数据和WSN技术的森林生态环境实时监测系统

权利要求书

1.一种基于大数据和WSN技术的森林生态环境实时监测系统，其特征是，包括多个环境监测子系统和大数据处理中心，每个环境监测子系统皆连接至大数据处理中心，每个环境监测子系统用于采集一个森林生态环境监测区域内的多个环境监测节点的森林生态环境传感数据；大数据处理中心用于对采集的森林生态环境传感数据进行处理分析，实现对森林生态环境的实时监测；每个环境监测子系统包括设置于各个环境监测节点的传感器节点，还包括基站，传感器节点用于采集所在环境监测节点的森林生态环境传感数据，基站负责传感器节点和大数据处理中心之间的双向信息交互。

2.根据权利要求1所述的一种基于大数据和WSN技术的森林生态环境实时监测系统，其特征是，大数据处理中心包括依次连接的接收模块、显示模块、分析模块，其中接收模块用于对接收多个环境监测子系统发送的森林生态环境传感数据；所述显示模块用于对接收模块接收的森林生态环境传感数据进行显示；所述的分析模块用于对接收的森林生态环境传感数据进行分析处理。

3.根据权利要求2所述的一种基于大数据和WSN技术的森林生态环境实时监测系统，其特征是，大数据处理中心还包括相连接的压缩模块和存储模块，压缩模块与接收模块连接，用于对接收模块接收的多个环境监测子系统发送的森林生态环境传感数据进行压缩处理，并将压缩处理后的森林生态环境传感数据发送至存储模块中存储。

4.根据权利要求2所述的一种基于大数据和WSN技术的森林生态环境实时监测系统，其特征是，所述对接收的森林生态环境传感数据进行分析处理，具体包括：对接收的森林生态环境传感数据与设定的阈值进行比较处理并输出比较结果，以及根据接收的森林生态环境传感数据绘制数据曲线和/或拓扑图。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于大数据和WSN技术的森林生态环境实时监测系统，其特征是，各传感器节点通过分簇路由协议划分成多个簇，从而构建分簇的无线传感器网络，其中每个簇包括一个主要簇头和一个次要簇头，主要簇头用于聚合簇内传感器节点采集的森林生态环境传感数据，次要簇头用于接收主要簇头发送的聚合的森林生态环境传感数据，并将接收的聚合的森林生态环境传感数据通过多跳路由的方式发送至基站。

6.根据权利要求5所述的一种基于大数据和WSN技术的森林生态环境实时监测系统，其特征是，所述的分簇路由协议包括：

(1)传感器节点接收基站广播的“hello”数据包，确定自身到基站的距离，并记录接收到基站广播的“hello”数据包的实际信号强度和时间，所述的“hello”数据包还包括由基站设定的各传感器节点接收“hello”数据包的理论信号强度和理论时间；

(2)每一轮的主要簇头选举开始时，每个传感器节点i随机生成一个介于0到1之间的随机数，并设定阈值T_i，若生成的随机数小于阈值T_i，则该传感器节点i成为工作节点，并立刻加入工作节点集；

(3)工作节点向工作节点集中的其余工作节点广播节点信息，其中节点信息包括自身ID号；

(4)当工作节点接收到其余工作节点的节点信息后，若工作节点α位于工作节点β的感知范围内，则工作节点α加入到工作节点β的邻居节点集中；

(5)工作节点计算自身的竞选能力值，并向邻居节点广播，若在设定的时间阈值内收到竞选能力值更大的邻居节点广播的信息，则放弃主要簇头的竞选；工作节点若在设定的时间阈值内未收到竞选能力值更大的邻居节点广播的信息，则当选为主要簇头并向其余传感器节点广播当选信息，未当选主要簇头的工作节点成为成员节点并加入到最近的主要簇头；

其中，竞选能力值的计算公式为：

式中，Y_j表示工作节点j的竞选能力值，E_j为工作节点j的当前剩余能量，E_min为设定的最小能量值，R_j为工作节点j初始化时的半径，D(j,sink)为工作节点j到基站的距离，m_j为工作节点j收到基站“hello”数据包的时间，为由基站设定的工作节点j收到基站“hello”数据包的理论时间，W_j为工作节点j收到基站“hello”数据包的实际信号强度，W_j^O由基站设定的工作节点j收到基站“hello”数据包的理论信号强度，f(m_j,W_j)为设定的比较取值函数，当且W_j^O≥W_j时，f(m_j,W_j)＝1，否则f(m_j,W_j)＝0；

(6)睡眠节点接收到所述的广播当选信息后被激活，并加入到最近的主要簇头，分簇完成后，主要簇头在其簇内的成员节点中选择一个成员节点作为次要簇头。