[實(shí)用新型]海上搜救無線傳感網(wǎng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220748256.7
• 申請日: 2012-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN203015128U
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳華鋒;張倩楠;楊磊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/08
• 分類號(hào): H04W28/08;H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 周榮芳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種海事安全領(lǐng)域及無線傳感網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的無線搜救技術(shù)，具體涉及一種海上搜救無線傳感網(wǎng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有海上搜救技術(shù)主要依賴于搜救方的搜尋工作，搜尋目標(biāo)本身幾乎不能為搜尋工作提供與搜尋工作相關(guān)的有益信息，較為被動(dòng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless?Sensor?Networks,?WSN）技術(shù)也逐漸成熟，其對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與多跳的無線通信方式，可以將海上搜救中搜救目標(biāo)的信息采集并發(fā)送給搜救部門，為目標(biāo)的快速搜尋提供有益的信息。

目前WSN技術(shù)在海事領(lǐng)域的應(yīng)用也開始逐漸普及，如海上溢油檢測、海事監(jiān)控等。WSN技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，其低成本、體積小、快速自組織、自適應(yīng)性強(qiáng)等特性，為其廣泛應(yīng)用提供可能，也為其在海上搜救領(lǐng)域的應(yīng)用帶來很多益處。

在海上搜救當(dāng)中應(yīng)用WSN技術(shù)時(shí)，要解決的一個(gè)重要問題就是盡可能延長網(wǎng)絡(luò)的生命期，并且在延長生命期的過程中同時(shí)保證節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的連通，以此才能保證在搜救部門前來搜救時(shí)網(wǎng)絡(luò)的信息可以有效地傳輸給搜救網(wǎng)絡(luò)中心。

WSN的拓?fù)淇刂茊栴}是在滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋和聯(lián)通度的前提下，通過功率控制盒骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)選擇，剔除節(jié)點(diǎn)間不必要的通信鏈路生成一個(gè)高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過拓?fù)淇刂瓶梢詼p少網(wǎng)絡(luò)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性與穩(wěn)定性。

現(xiàn)有的拓?fù)淇刂品椒ㄖ饕诠β士刂坪蛯哟涡屯負(fù)淇刂苾蓚€(gè)方面，并已取得了初步的進(jìn)展，但由于資金、設(shè)備條件等因素，大部分拓?fù)淇刂品椒ㄈ蕴幱诶碚撗芯侩A段，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)也僅限于在仿真環(huán)境下觀察方法的優(yōu)劣，沒有充分注意到在實(shí)際環(huán)境應(yīng)用中要面臨的諸多挑戰(zhàn)。而對于海上搜救的環(huán)境而言，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)不可替換，且要求網(wǎng)絡(luò)生命期盡可能長，?因此需要一種新的方法延長網(wǎng)絡(luò)生命期并適應(yīng)該動(dòng)態(tài)環(huán)境。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型提供一種海上搜救無線傳感網(wǎng)，解決海上搜救無線傳感網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)能量分配實(shí)時(shí)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性的問題，可以適應(yīng)動(dòng)態(tài)性較高的網(wǎng)絡(luò)，并可以減少不必要的能量消耗。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種海上搜救無線傳感網(wǎng)，其特點(diǎn)是，該傳感網(wǎng)包含：

船舶終端，其設(shè)置于船舶，通過外接的衛(wèi)星與互聯(lián)網(wǎng)建立通信連接；

匯聚節(jié)點(diǎn)，其設(shè)置于救生艇筏，該匯聚節(jié)點(diǎn)與船舶終端無線通訊連接；以及，

傳感器節(jié)點(diǎn)，其設(shè)置于救生衣，該傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)探測匯聚節(jié)點(diǎn)并與匯聚節(jié)點(diǎn)無線通訊連接；

上述傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸該傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信號(hào)至匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將該匯聚節(jié)點(diǎn)及傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息傳輸至船舶終端。

上述的傳感網(wǎng)包含若干個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，若干個(gè)該傳感器節(jié)點(diǎn)分布在海上并通過無線通訊形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)探測匯聚節(jié)點(diǎn)；

上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)探測到匯聚節(jié)點(diǎn)，即將該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信號(hào)都傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)。

本實(shí)用新型海上搜救無線傳感網(wǎng)及和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，本實(shí)用新型采用傳感器節(jié)點(diǎn)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可快速對落水人員進(jìn)行定位探測；

本實(shí)用新型用來選擇因環(huán)境改變而造成的不適用與現(xiàn)有環(huán)境的節(jié)點(diǎn)，并對其執(zhí)行遺傳操作；由于局部環(huán)境改變或環(huán)境改變緩慢時(shí)，造成的部分節(jié)點(diǎn)的能量分配不是該環(huán)境下的最優(yōu)解，精英移民操作可以保留原解中的較優(yōu)解而對目前狀態(tài)下的劣質(zhì)解進(jìn)行優(yōu)化；該方法避免了每次優(yōu)化的過程中從頭執(zhí)行整個(gè)遺傳算法，可以利用原環(huán)境的優(yōu)質(zhì)解而盡快收斂于現(xiàn)在的最優(yōu)解；

本實(shí)用新型優(yōu)化能量分配的過程，對環(huán)境及節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性進(jìn)行了充分考慮，并且在適應(yīng)動(dòng)態(tài)性的同時(shí)充分考慮算法的收斂時(shí)間，算法收斂時(shí)間越快，越節(jié)省該節(jié)點(diǎn)的能量消耗；

本實(shí)用新型能量動(dòng)態(tài)分配過程中為避免因不斷重新開始執(zhí)行整個(gè)算法所引起的不必要能耗，利用精英移民策略對解中較差個(gè)體進(jìn)行優(yōu)化，使其消耗功率級(jí)別適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前情況，有效利用了精英移民遺傳算法對動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性，可適應(yīng)動(dòng)態(tài)性較高的網(wǎng)絡(luò)，并可以減少不必要的能量消耗。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型海上搜救無線傳感網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型海上搜救無線傳感網(wǎng)的能量動(dòng)態(tài)分配方法的初始解X中N個(gè)個(gè)體排列圖；

圖3A為隨著種群代數(shù)的增加，三種方法求得的節(jié)點(diǎn)平均能量水平比較圖；

圖3B為本實(shí)用新型方法與SGA和Restart?GA的收斂時(shí)間比較圖；

圖4A為三種方法所求得的節(jié)點(diǎn)平均發(fā)射能量水平比較圖；

圖4B為三種方法求得最優(yōu)解的方法執(zhí)行時(shí)間比較圖。

具體實(shí)施方式