[发明专利]一种无线传感器网络水质监控系统

权利要求书

1.一种无线传感器网络水质监控系统，其特征是，包括监控平台、水质监测无线传感器网络和用户终端；所述的水质监测无线传感器网络、用户终端与监控平台通信连接；所述的水质监测无线传感器网络包括汇聚节点和多个对水质进行监测的传感器节点，传感器节点将由汇聚节点确定的多个优选路由路径作为水质数据传输的路径，确定每条优选路由路径的合理负载，将采集的水质数据按照合理负载比例分割后分配给各优选路由路径进行传输至所述汇聚节点，进而由汇聚节点汇聚水质数据并发送至监控平台；所述的监控平台用于对水质数据进行分析处理，并在水质异常时向用户终端发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络水质监控系统，其特征是，所述的监控平台在水质数据超出设定的阈值时判定水质为异常。

3.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络水质监控系统，其特征是，所述监控平台包括依次连接的数据库、处理器、异常报警装置，还包括显示器，显示器与数据库、处理器连接。

4.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络水质监控系统，其特征是，传感器节点包括传感器，传感器包括光学探头和清洗刷；所述的光学探头用于对水质数据进行采集；所述的清洗刷安装在光学探头上，用于清洗光学探头。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种无线传感器网络水质监控系统，其特征是，汇聚节点在确定传感器节点的多个优选路由路径时，具体执行：

(1)汇聚节点在网络初始化阶段向网络广播初始化信息，获取各传感器节点到汇聚节点的最小跳数，接收传感器节点发送的多个路径探测包，设始发路径探测包的传感器节点为源节点，通过处理路径探测包得到源节点到汇聚节点的多条路由路径，其中每个路径探测包携带了一条路由路径的基本信息，所述的基本信息包括该路由路径中包含的传感器节点、链路状态信息及带宽需求信息，所述的传感器节点为负责转发水质数据的传感器节点；

(2)将不满足设定的路径筛选条件的路由路径剔除，根据源节点的带宽需求估计需要的路由路径数K，对将剩余的路由路径进行K均值聚类，根据聚类结果将将剩余的路由路径分成K个种群；

(3)对各种群依次采用粒子群优化算法进行路径优化，得到每个种群的优选路由路径；

(4)沿每条优选路由路径将对应的优选路由路径信息发送给源节点并更新源节点的路由表，进而源节点得到多个优选路由路径。

6.根据权利要求5所述的一种无线传感器网络水质监控系统，其特征是，所述的粒子群优化算法为改进的粒子群优化算法，对种群采用该改进的粒子群优化算法进行路径优化，具体包括：

(1)将种群中的路由路径作为粒子，并按照顺序存储在堆栈结构中，为每个存储的路由路径赋予一个指针，且指针按照顺序连续编排，提取与堆栈相应的指针值作为优化变量，其中指针值包括路由路径中剩余能量最小的传感器节点的剩余能量及初始能量、总链路开销和路径包含的传感器节点个数；

(2)初始化粒子群算法的参数，随机初始化种群中每个粒子的位置和速度；

(3)根据适应度函数计算每个粒子的适应度值，保存每个粒子的最优位置，保存种群中所有粒子的最佳适应度值和种群最好位置，根据速度更新公式、位置更新公式来更新粒子的速度和位置；

(4)计算更新后每个粒子的适应度值，将每个粒子的最佳适应度值与其历史最优位置时的适应度值比较，如果较好，则将其当前的位置作为该粒子的最优位置；

(5)对每个粒子，将它的最优位置对应的适应度值与种群最佳适应度值对比，如果更优，则更新种群的全局最优位置和最佳适应度值；

(6)判断搜索到的结果是否达到设定的最大迭代次数，若满足则输出最优值，否则转到(3)继续执行直到达到设定的最大迭代次数；

(7)提取与最优值相应堆栈中的路由路径作为优选路由路径。