[發明專利]基于負載動態平衡的無線監測系統及監測方法

有效

• 申請號: 201510260072.4
• 申請日: 2015-05-20
• 公開（公告）號: CN104837164B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 姜燁;馬皛源;包開陽;魏建明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W24/00;H04W84/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

本發明公開了一種基于負載動態平衡的無線監測系統及監測方法，所述監測系統包括監控中心、光纖、傳輸基站、多個網關節點、多個感應節點。感應節點可以屬于一個網關節點也可以屬于多個網關節點。本發明在通信前利用網關節點的負載均衡分配感應節點到相應的網關節點，在通信后利用網關節點的剩余能量和負載均衡動態分配感應節點到相應的網關節點，本發明方法與固定分簇方法相比，可以實現負載均衡、網絡壽命長、通信迅速的目的。本發明在無線監測領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于安全應急監控與通信領域，特別是涉及一種基于負載動態平衡的無線監測系統及監測方法。

背景技術

隨著無線傳感器網絡(WSN)的迅猛發展，該技術已經滲透到各行各業，尤其是在一些工業園區中對不同狀況的監控，一旦發生突發情況，一個高效的監測系統就顯得尤為重要。目前針對WSN的研究基本上以通信快速，網絡壽命長以及成本低為目的。形成的模式主要為對監測節點首先選擇合適的簇頭，然后根據不同算法進行分簇，最后簇頭之間路由協議選擇最優路徑轉發信息，最終實現最優的目的。所以對于WSN的研究可以從簇頭的選擇、簇的形成、簇頭之間的通信路由這幾方面進行。早期簇頭選擇有學者提出LEACH協議，每輪通信都對每個監測節點進行選擇，對于每個節點產生一個0到1的隨機數，與特定的門限值進行比較，根據結果選擇哪個節點作為簇頭，但是這種方法沒有考慮能量的消耗，DEEC算法在LEACH的基礎上考慮了能量的消耗，對于網絡壽命的延長起到了一定的作用，分簇方法的研究目前比較熱門，但是都是基于整體一次性考慮，在之后的通信過程中不會根據實際情況再進行動態負載平衡，通信次數增加后影響網絡性能，一個更加良好的負載平衡的選擇需要重點研究，簇頭之間的路由協議的研究主要是根據簇頭剩余能量、簇頭間距離、跳數等因素形成目標函數，利用一些算法得到最優解，這些算法主要有粒子群算法(PSO)、遺傳算法(GA)、蟻群算法等。

以網關節點作為簇頭，在對工業園區進行監測的過程中，每次通信后不同網關節點的剩余能量以及周圍節點對其的負載都發生變化，如果不重新進行簇的選擇，勢必影響整個網絡的通信效率以及網絡壽命，為了解決固定分簇后簇頭及簇的能量和負載不均衡的問題，發明一套負載動態平衡的監測系統及監測方法很有必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于負載動態平衡的無線監測系統及監測方法，用于解決現有技術中固定分簇后簇頭及簇的能量和負載不均衡的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于負載動態平衡的無線監測系統，包括監控中心、光纖、傳輸基站、多個網關節點、以及多個感應節點；

所述監控中心用于接收從傳輸基站中傳輸來的數據信息并對數據信息進行處理；

所述傳輸基站包括光纖交換機，用于接收網關節點發送的信息，并通過光纖傳輸到監控中心；

所述網關節點部署于監測區域中，其通信半徑R和初始能量E均大于感應節點，可以與多個感應節點通信，接收感應節點發送的信息，對信息進行融合并轉發到傳輸基站；

所述感應節點部署于監測區域中，感應節點與網關節點進行通信，感應節點之間不進行通信，感應節點將監測到的信息發送到相應的網關節點，感應節點在每次通信后根據網關節點的剩余能量和負載均衡動態重新分配到相應的網關節點。

作為本發明的基于負載動態平衡的無線監測系統的一種優選方案，所述監控中心包括多臺計算機或者服務器。

作為本發明的基于負載動態平衡的無線監測系統的一種優選方案，所述網關節點包括：微處理器、存儲器、無線收發器、傳感器、以及電源，其中，所述網關節點中的傳感器、無線收發器與微處理器及存儲器相連；所述無線收發器用于接收和發送無線電磁波；所述微處理器及存儲器用于存儲接收的數據，并處理控制無線收發器及傳感器的運行；所述電源用于提供電能。