[发明专利]湖泊水指标实时监测系统

权利要求书

1.湖泊水指标实时监测系统，其特征是，包括现场环境监测设备、通信网络、环境监测中心，所述现场环境监测设备实时监测湖泊水质参数，通过通信网络传输给环境监测中心；所述现场环境监测设备包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集湖泊水质参数，汇聚节点汇聚多个传感器节点的湖泊水质参数并发送至所述环境监测中心；网络初始化时各传感器节点将自身的感知半径调节为E_max，E_max为传感器节点可调到的最大感知半径；无线传感器网络拓扑构建时，多个传感器节点被分为多个簇，每个簇设置一个簇头；簇头在其簇内的传感器节点选择一个传感器节点作为辅助收集节点，簇头与所述辅助收集节点保持自身的感知半径始终为E_max；在数据传输阶段，簇内其余传感器节点周期性地根据当前剩余能量调节自己的感知半径，根据感知半径采集湖泊水质参数，以及，在簇头和辅助收集节点中选择距离最近的作为目的节点，以将采集的湖泊水质参数发送至目的节点；所述辅助收集节点在接收的湖泊水质参数量达到设定的数据量阈值时，将接收的湖泊水质参数发送至所属的簇头；簇头接收的所有湖泊水质参数被传递至汇聚节点；簇内其余传感器节点周期性地根据当前剩余能量调节自己的感知半径，包括：

式中，E_a′为传感器节点a调节之后的感知半径，E_a为传感器节点a调节之前的感知半径，E_a为传感器节点a当前调节后的感知半径，P(a)表示传感器节点a的目标节点，B_a,P(a)为传感器节点a与其目标节点的距离，W(a)为传感器节点a所属簇的簇半径，G为预设的距离影响因子，H_a为传感器节点a的当前剩余能量，H_P(a)为所述目标节点的当前剩余能量；

多个传感器节点被分为多个簇，包括：

(1)汇聚节点向各传感器节点广播分簇消息，各传感器节点接收到所述分簇消息后，根据下列公式确定自己成为临时簇头的概率，并随机生成一个0到1的随机数，若确定的概率大于该随机数，则成为临时簇头：

式中，V_a为传感器节点a成为临时簇头的概率，V_a0为预设的传感器节点a成为临时簇头的初始概率，H_a为传感器节点a的当前剩余能量，H_a0为传感器节点a的初始能量；

(2)各临时簇头按照下列公式计算自己的优势值，并广播至通信范围内的其他传感器节点：

式中，Z_d表示临时簇头d的优势值，W_d为临时簇头d的最大传输距离，q_d为临时簇头d的最大传输距离范围内的传感器节点个数，B_id为临时簇头d与其最大传输距离范围内的第i个传感器节点的距离；

(3)各个传感器节点比较在其通信范围内的全部临时簇头的优势值，并选择优势值最大的临时簇头作为其最终所属的簇头。

2.根据权利要求1所述的湖泊水指标实时监测系统，其特征是，所述传感器节点包括微处理器单元、通信单元及电源管理单元。

3.根据权利要求1所述的湖泊水指标实时监测系统，其特征是，所述湖泊水质参数包括水体温度、水体盐度、水体酸碱值、水体有害金属元素浓度、化学物质含量、水体浮游生物数量、湖泊水位、水面风速与风向、水面温度与湿度。

4.根据权利要求1所述的湖泊水指标实时监测系统，其特征是，簇头在其簇内的传感器节点选择一个传感器节点作为辅助收集节点，具体为：

(1)簇头计算簇内各传感器节点成为辅助收集节点的概率：

式中，R_α为传感器节点α成为辅助收集节点的概率，q_α为传感器节点α的最大传输距离范围内的传感器节点个数，Q_α为传感器节点α所在簇具有的传感器节点个数，H_α为传感器节点α的当前剩余能量，H_α0为传感器节点α的初始能量，H_β为传感器节点α的最大传输距离范围内第β个传感器节点的当前剩余能量，H_α0为所述第β个传感器节点的初始能量，y₁、y₂为预设的权重系数；

(2)簇头选取成为辅助收集节点的概率最大的传感器节点作为辅助收集节点。