移動多Sink無線傳感器網絡監(jiān)測系統(tǒng)

作者：時間：2012-05-15 來源：網絡

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本文設計并構建了移動多Sink無線傳感器網絡監(jiān)測系統(tǒng)，實現環(huán)境監(jiān)測、事件定位等功能。

　　1 應用背景

　　無線傳感器網絡概念源于對一些人工無法到達或者不便到達的危險/惡劣環(huán)境的監(jiān)測需求，例如：軍事應用、特殊環(huán)境監(jiān)測(如：災害現場、野生動物)等。在這類典型應用場合中，監(jiān)測網絡大多采用隨機布設的方式，特定監(jiān)測事件發(fā)生的地點是其關注的重點之一。軍事防御、災害現場監(jiān)測兩類典型的應用需求分析如下：

　　1.1 軍事防御

　　現代戰(zhàn)爭中，重要軍事設施往往成為敵方攻擊的重要目標，利用直接感官進行防御已經無法應對日益豐富、隱蔽的進攻手段，需要集成各種環(huán)境監(jiān)測傳感器、語音、視頻等多模態(tài)監(jiān)控信息，擴大防御單兵乃至指揮系統(tǒng)的感知范圍，增強協(xié)同防御能力，快速定位特定事件發(fā)生的時間、地點，提升防御系統(tǒng)監(jiān)測、指揮能力。

　　1.2 災害現場監(jiān)測

　　近年來我國災害頻繁(特別是礦難事件)，災害監(jiān)測與救援受到了越來越多的重視。災害現場往往環(huán)境復雜，傳統(tǒng)的通信技術難以使用，需要集成各種環(huán)境傳感器、語音、視頻等多模態(tài)監(jiān)控信息，延伸救援人員的感知范圍，增強救援人員的協(xié)作能力，提升災害應急指揮能力。

　　2 系統(tǒng)架構

　　系統(tǒng)網絡結構分為現場監(jiān)測局域網絡和遠程監(jiān)測網絡兩部分。現場監(jiān)測局域網絡由骨干網與接入網兩級網絡結構組成，如圖1所示。骨干網由移動Sink節(jié)點組成，負責將接入網中的節(jié)點信息中轉至網關節(jié)點，并由網關節(jié)點實現信息遠傳。骨干網中直接采用無線MESH技術進行組網(用于傳輸視頻、音頻等數據量較大的信息)。接入網分為若干子網，每個接入子網是以骨干網中的移動Sink節(jié)點為中心，若干環(huán)境感知傳感器節(jié)點組成的局域網。由于系統(tǒng)需要通過無線傳感器網絡傳輸靜止的傳感器節(jié)點采集的環(huán)境信息，同時又需要傳輸移動節(jié)點的信息。因而，接入網是一種固定節(jié)點與移動節(jié)點相混合網絡的拓撲結構。在傳統(tǒng)的基于樹狀網絡拓撲結構中，Sink節(jié)點的移動會造成數據鏈路最后一跳出現中斷，需要重新建立路由樹。但是頻繁地重新建立路由樹，不僅網絡能耗代價比較大，而且大量的洪泛消息還容易造成網絡風暴，阻礙正常的數據傳輸。針對這一特點，在系統(tǒng)中設計了基于局部路由維護策略的無線傳感器網絡路由算法，以降低系統(tǒng)重建路由樹時的開銷，減少洪泛消息次數，延長網絡壽命。