[發明專利]一種應用于森林防火中的無線傳感器系統

有效

• 申請號: 201310716411.6
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103702444A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 袁東鋒;齊立磊;吳紹興;賀晨陽;王建強
• 申請（專利權）人: 南陽理工學院
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18
• 代理公司: 北京名華博信知識產權代理有限公司 11453
• 代理人: 高雪琴

技術領域

本發明涉及移動互聯網及通信技術領域，尤其涉及應用于森林防火中的無線傳感器系統。

背景技術

森林火災是一種突發性強、破壞性大、處置和救助較為困難的自然災害。其危害非常嚴重，不僅毀壞林木，造成大量動植物死亡，還會改變森林氣候，破壞大自然的生態平衡，造成經濟上的巨大損失和生態環境的嚴重破壞?。

森林火情監測，是森林防火工作的重要內容，同時也是控制和撲滅森林火災的重要基礎。目前，常規的林火監測主要依靠地面人員巡護、嘹望臺定點觀測、航空巡邏等措施。然而，僅依靠巡護員徒步監測火情遠遠不夠，嘹望臺造價較高，飛機觀測耗資大，且受到諸多限制，因此常規的監測措施無法有效偵測火情。為了減少森林火災造成的各類損失，世界各國都非常重視森林防火研究。

隨著科學技術的發展，高科技不斷被應用到林火監測中，森林防火工作日益走向高科技、智能化、系統化、綜合化。環境監測是一類典型的傳感器網絡的應用。與傳統的環境監控手段相比，使用傳感器網絡進行環境監控有三個顯著的優勢：一是傳感器節點的體積很小且整個網絡只需要部署一次，因此部署傳感器網絡對監控環境的人為影響很小。這一點在對外來生物活動非常敏感的環境中尤其重要。二是傳感器網絡節點數量大，分布密度高，每個節點可以檢測到局部環境的詳細信息并匯總到基站，因此傳感器網絡具有數據采集量大，精度高的特點。三是無線傳感器節點本身具有一定的計算能力和存儲能力，可以根據物理環境的變化進行較為復雜的監控，傳感器節點還具有無線通信能力，可以在節點間進行協同監控。通過增大電池容量和提高電池使用效率，以及采用低功耗的無線通信模塊和無線同協議可以使傳感器網絡的生命期延長很長時間，這保證了傳感器網絡的實用性。節點的計算能力和無線通信能力使得傳感器網絡能夠重新編程和重新部署，對環境變化、傳感器網絡自身變化以及網絡控制指令做出及時反應，因而傳感器網絡適用于多種環境監測應用中。

發明內容

本申請涉及一種應用于森林防火中的無線傳感器系統，其包括：傳感器節點，中心節點以及遠程監控系統，其中傳感器節點間以及傳感器與中心節點間的通信協議，為Zigbee通信協議；中心節點間與遠程監控軟件間采用Adhoc通信協議，三個級別的體系結構和兩個通信協議構成了森林防火系統的主體，協議擔負系統中數據的流動，三個級別的體系結構分別對應數據源、數據傳輸和最終數據處理功能。

通過無線傳感器節點與中心節點通信方法、中心節點與中心節點多跳數據傳輸方法以及中心節點自身的軟件設計三個部分，設計了一個傳感器節能以及無線傳感器網絡整體節能工作的方案。極大地延長了森林防火系統的生存周期，并且緊緊圍繞防火預警為核心。設計并構建了最為基礎的森林防火的一級體系結構，夯實了整個系統穩定工作的基礎。尤其在單個節點的設計中，使用了比較簡明的應用設計構架，通過修改Zigbee協議隱藏諸多細節，使其在流量分發、拓撲管理和通信的折衷處理變得透明，有利于保障整個的軟件開發的速度和質量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。?

圖1為一級體系結構與二級體系結構的關系圖；

圖2為中心節點構成的二級體系結構示意圖；

圖3為三個級別體系結構分工示意圖；

圖4為無線傳感器森林防火系統；

圖5為中心節點的構架結構圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清除、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范疇。

無線傳感器節點在森林防火系統中承擔著重要作用，是整個系統中的感知部分，同時傳感器節點的生命周期也是整個系統生命周期的基本單位。因此，無線傳感器是森林防火系統的基礎。尤其是在森林環境下，其濕度、溫度等周邊條件較為惡劣，嚴重影響電子器件的生存時間。另一個重要問題是，無線傳感器節點使用的是紐扣電池有源電源，在野外環境下由于環境復雜，會導致電源能量衰減速度增加，會加速無線傳感器節點的死亡。因此，對無線傳感器在森林極端條件下的適應能力的研究是非常重要的。