[發明專利]基于無線傳感器網絡的智能樓宇能耗監測系統

無效

• 申請號: 201110044579.8
• 申請日: 2011-02-24
• 公開（公告）號: CN102176149A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 馮遠靜;樂浩成;陶沁沁;王彬;王哲進
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域

本發明涉及一種基于無線傳感器網絡的智能樓宇能耗監測系統。

背景技術

近年來我國建筑能耗不斷攀升，已占全國能源消耗將近30％，能耗比同等氣候條件下發達國家要高出2-3倍。而另一方面，地球上的不可再生能源日益枯竭，石油價格日益高漲。這引起了社會及政府對能源利用率的高度關注。國務院近期發布的《關于加強節能工作的決定》(國發〔2006〕28號)規定，所有公共建筑內的單位，包括國家機關、社會團體、企事業組織和個體工商戶，除特定用途外，夏季室內空調溫度設置不低于26攝氏度，冬季室內空調溫度設置不高于20攝氏度。有關部門要據此修訂完善公共建筑室內溫度有關標準，并加強監督檢查。

但是，建筑能耗的監管及節能改造首先需要進行建筑能耗檢測分析，需要對建筑中所有房間的溫濕度、電量等信息進行采集和處理。目前，國內外信息采集的主要方式有：有線和無線兩種。在有線方式中，其綜合布線的工程量大、成本高，對既有建筑進行綜合布線還存在諸如損壞外觀等其它難以解決的問題；無線方式主要有WLAN、CDMA/GSM，但也存在組網不靈活、運行成本高等問題。因此，如何為建筑信息采集提供一個較為完美的方案，成為能耗診斷的一個關鍵問題。

發明內容

為了解決現有建筑能耗的監管和節能改造存在布線工程量大、組網不靈活、成本高的問題，本發明提供了一種設備布局優化、信息傳輸靈活、成本低的基于無線傳感器網絡的智能樓宇能耗監測系統。

本發明的技術方案：

基于無線傳感器網絡的智能樓宇能耗監測系統，其特征在于：包括數據采集模塊、Zigbee無線拓撲結構、數據中心；

所述數據采集模塊包括數據采集器，所述數據采集器設置在建筑大樓的每層樓，用于采集每層樓每個房間配設的樓宇智能設備能耗的數據信號；

所述數據采集器連接到Zigbee無線拓撲結構上，所述Zigbee無線拓撲結構包括Zigbee遠程節點和Zigbee中心節點，每幢建筑大樓布設有一個對應的所述Zigbee遠程節點，所述Zigbee遠程節點用于將從數據采集器接收到的數據信號轉發到所述Zigbee中心節點；

所述Zigbee中心節點將接收到的數據信號傳輸到數據中心，所述數據中心包括服務器端、客戶端，所述服務器端包括建筑能耗分析系統，所述建筑能耗分析系統用于實時分析和精確診斷每幢建筑大樓的能耗，將結果傳輸給客戶端并在客戶端顯示；

所述Zigbee遠程節點和所述Zigbee中心節點是基于競爭機制的無線傳感器網絡分簇路由算法布局；所述基于競爭機制的無線傳感器網絡分簇路由算法如下：

1)簇頭選擇機制

基于競爭機制的無線傳感器網絡分簇路由算法在簇頭選擇時，將剩余能量高于網絡平均能量設定值的節點成為候選簇頭，定義節點競爭為候選簇頭的條件：

Eres＞＝a·Eave????(1)

在每一輪的簇建立之前，節點都查看其當前剩余能量Eres和上一輪末網絡平均剩余能量Eave，當Eres＞＝a·Eave時，此節點產生隨機數，參與簇頭競爭；反之，當Eres＜a·Eave時，節點能量有限，則節點就處于休眠狀態，不參與簇頭競爭，直至簇頭選擇結束，其中a為候選簇頭競爭系數，范圍為(0，1]之間，a·Eave為網絡平均能量設定值；

再建立擬物力模型，對簇頭個數和簇內負載加以優化，在擬物力模型中，假設在每一輪簇建立過程中，把已產生的簇頭節點看作通信半徑為R的“簇頭圓盤”，設參與簇頭選擇并未被“簇頭圓盤”覆蓋的候選節點對其鄰近的“簇頭圓盤”具有吸引力，而已經被“簇頭圓盤”覆蓋的候選節點受“屏蔽效應”的影響對“簇頭圓盤”不具有吸引力，定義參與簇頭選擇的第k個候選節點v_k對已產生的第i個“簇頭圓盤”S_i的擬物力函數如下：