[发明专利]机械设备智能实时监测系统

权利要求书

1.机械设备智能实时监测系统，其特征是，包括用于采集机械设备状态数据的传感监测子系统、用于存储机械设备状态数据的物联网服务器和用于显示所述机械设备状态数据的显示设备；所述传感监测子系统、显示设备皆与所述物联网服务器连接；所述传感监测子系统包括汇聚节点和多个用于采集机械设备状态数据的传感器节点，汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中根据预设的成簇协议对传感器节点进行分簇并选取簇头，在簇头的通信范围内选择当前剩余能量最多的传感器节点作为该簇头所在簇的中继节点，以使得该中继节点接收簇内其他传感器节点采集的机械设备状态数据后生成数据包并上报至对应的簇头；汇聚节点主要用于将各簇头发送的机械设备状态数据汇总发送至物联网服务器；基于蚁群优化算法获取簇头到所能通向的各汇聚节点的最优路径；设簇头a所能通向的汇聚节点数目为m，簇头a在数据传输阶段将机械设备状态数据分流发送至所能通向的m个汇聚节点；基于蚁群优化算法获取簇头到所能通向的各汇聚节点的最优路径，包括：

(1)簇头h₀定期产生一定数量的前向蚂蚁报文，随机选择通信范围内的另一个簇头进行转发，并启动第一超时时钟，所述前向蚂蚁报文携带有簇头h₀的节点标识；

(2)当前向蚂蚁报文δ到达簇头h₁时，簇头h₁在其通信范围内概率地选择一个没有转发过前向蚂蚁报文δ的簇头，继续转发前向蚂蚁报文δ：

式中，P_a表示簇头h₁在其通信范围内选择第a个簇头来转发前向蚂蚁报文δ的概率，表示簇头h₁与所述第a个簇头的链路上的信息素浓度，表示簇头h₁与其通信范围内没有转发过前向蚂蚁报文δ的第b个簇头的链路上的信息素浓度，为簇头h₁通信范围内没有转发过前向蚂蚁报文δ的簇头数量；为簇头h₁与所述第a个簇头之间的距离；为簇头h₁与所述第b个簇头之间的距离；为所述第a个簇头到所有汇聚节点的距离的平均值，为所述第b个簇头到所有汇聚节点的距离的平均值；U_a为所述第a个簇头的当前可用缓存的大小，U_b为所述第b个簇头的当前可用缓存的大小；v₁、v₂、v₃皆为设定的权重系数；

(3)若簇头h₁已选择簇头h₂转发前向蚂蚁报文δ，则将自身的节点标识加入前向蚂蚁报文δ的地址链表，按照下列公式更新前向蚂蚁报文δ中记录的当前链路总开销，并将前向蚂蚁报文δ发送给簇头h₂：

X_t＝X_t-1+d_ij×X

式中，X_t表示更新后的链路总开销，X_t-1表示更新前的链路总开销，初始时链路总开销为0，X为设定的单位距离链路开销值；

(4)按照(2)、(3)继续转发前向蚂蚁报文δ，直至将其发送到任意一个汇聚节点；

(5)汇聚节点s_j收到簇头h₀产生的前向蚂蚁报文δ时启动第二超时时钟，对于在第二超时时钟超时前收到的多个簇头h₀产生的前向蚂蚁报文，汇聚节点s_j选择当前链路总开销最小的前向蚂蚁报文作为标准前向蚂蚁报文，并根据标准前向蚂蚁报文产生后向蚂蚁报文，将后向蚂蚁报文沿着标准前向蚂蚁报文的逆路径发送出去，其中后向蚂蚁报文携带有标准前向蚂蚁报文的地址链表、汇聚节点s_j标识、链路总开销；

(6)当簇头h₃收到簇头h₄发送的后向蚂蚁报文时，提取簇头h₄的节点标识以及汇聚节点s_j标识，并保存在本地，簇头h₃更新自身至簇头h₄的链路的信息素浓度；

(7)当前簇头按照后向蚂蚁报文的地址链表指示的信息继续转发后向蚂蚁报文，直至后向蚂蚁报文到达簇头h₀；

(8)簇头h₀对在第一超时时钟超时之前收到的后向蚂蚁报文，按照(6)提取、更新相应的信息，从而得到与收到的后向蚂蚁报文数量相同的到不同汇聚节点的最优路径；其中簇头h₀收到一个后向蚂蚁报文，表示有一条通向该后向蚂蚁报文所记录的汇聚节点的最优路径。