[發(fā)明專利]一種無(wú)線節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)地下洞室的多層覆蓋調(diào)度裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010189514.1
• 申請(qǐng)日: 2020-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111385808A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛改芳;唐靜;朱俊;史新民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W16/20;H04W24/08;H04W84/18
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 俞翠華

本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)地下洞室的多層覆蓋調(diào)度裝置和方法，裝置包括無(wú)線監(jiān)測(cè)單元、無(wú)線傳輸單元、基站節(jié)點(diǎn)和無(wú)線修復(fù)節(jié)點(diǎn)，無(wú)線監(jiān)測(cè)單元包括若干個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，所有無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)共同組成多層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞謩e用于采集地下洞室中對(duì)應(yīng)部分的數(shù)據(jù)；無(wú)線傳輸單元與無(wú)線監(jiān)測(cè)單元中的各層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎噙B，接收各層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；基站節(jié)點(diǎn)與無(wú)線傳輸單元相連，接收無(wú)線傳輸單元發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；當(dāng)判斷出無(wú)線監(jiān)測(cè)單元存在覆蓋空洞時(shí)，驅(qū)使無(wú)線修復(fù)節(jié)點(diǎn)至覆蓋空洞處進(jìn)行再覆蓋。本發(fā)明保障了地下洞室的無(wú)盲區(qū)覆蓋，提高了無(wú)線傳感網(wǎng)監(jiān)測(cè)地下洞室的監(jiān)測(cè)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線傳感覆蓋路由技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)線節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)地下洞室的多層覆蓋調(diào)度裝置和方法。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種分布式的信息獲取技術(shù)，由大量部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域的傳感節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，通過(guò)多跳自組織無(wú)線通信方式將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中心基站，連接各類傳感設(shè)備和無(wú)線終端載體，成為實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界數(shù)據(jù)傳輸?shù)募~帶。在工業(yè)自動(dòng)運(yùn)行、環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)、尤其是危害區(qū)域無(wú)人值守等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，可以根據(jù)作業(yè)工況完成連續(xù)的監(jiān)測(cè)任務(wù)，讓傳感數(shù)據(jù)的無(wú)縫獲取和隨時(shí)訪問(wèn)成為可能。無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)具有有限的感知半徑，無(wú)線節(jié)點(diǎn)部署直接影響無(wú)線網(wǎng)路服務(wù)質(zhì)量，根據(jù)無(wú)線節(jié)點(diǎn)是否可以確定其初始部署位置信息，可以將無(wú)線節(jié)點(diǎn)覆蓋問(wèn)題劃分為確定性覆蓋和隨機(jī)覆蓋問(wèn)題。但是，受制于無(wú)線節(jié)點(diǎn)攜帶能量、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信寬帶以及片上系統(tǒng)計(jì)算能力，使得無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的覆蓋和路由問(wèn)題面臨諸多挑戰(zhàn)，優(yōu)化的無(wú)線節(jié)點(diǎn)覆蓋策略可以提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和連通性，甚至延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)應(yīng)用在各種幾何結(jié)構(gòu)場(chǎng)景中，例如方形結(jié)構(gòu)、圓型結(jié)構(gòu)以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)等場(chǎng)景，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要對(duì)無(wú)線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的覆蓋控制策略，實(shí)現(xiàn)利用多傳感節(jié)點(diǎn)的協(xié)作達(dá)到對(duì)待監(jiān)測(cè)區(qū)域的有效覆蓋。

地下洞室已經(jīng)成為城市地下建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，其寬度很小而長(zhǎng)度可以從幾公里擴(kuò)展到幾十公里，無(wú)線傳感網(wǎng)應(yīng)用在地下洞室會(huì)額外出現(xiàn)許多新的問(wèn)題。地下洞室無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要問(wèn)題體現(xiàn)在三個(gè)方面：1)無(wú)線節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)首端，通過(guò)多跳路由的方式傳輸?shù)綗o(wú)線網(wǎng)絡(luò)尾端的基站，部署在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同位置的節(jié)點(diǎn)需要傳輸不同的數(shù)據(jù)，越靠近基站的無(wú)線節(jié)點(diǎn)需要承擔(dān)收發(fā)數(shù)據(jù)量越大，呈現(xiàn)整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量的不均衡；2)除了基站可由不間斷電源供電外，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上普通的無(wú)線節(jié)點(diǎn)通常攜帶相同電量的電池，由于無(wú)線節(jié)點(diǎn)在收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)均需要消耗一定的能量，越靠近基站的無(wú)線節(jié)點(diǎn)由于轉(zhuǎn)發(fā)最多的數(shù)據(jù)量而消耗最多的能量，使得整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能量消耗不均衡；3)一旦無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡或者硬件損壞而不能工作后，該無(wú)線節(jié)點(diǎn)無(wú)法接收來(lái)自前一個(gè)鄰居無(wú)線節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)鄰居無(wú)線節(jié)點(diǎn)，從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)首端到該無(wú)線節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，面臨無(wú)法將收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)交径У膯?wèn)題。在地下洞室無(wú)線傳感網(wǎng)中，無(wú)線節(jié)點(diǎn)沿長(zhǎng)度方向的部署使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)聚合，能耗不平衡以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的生存能力差等方面面臨許多挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，面對(duì)地下分散洞室的分布式監(jiān)測(cè)需求，本發(fā)明提出一種無(wú)線節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)地下洞室的多層覆蓋調(diào)度裝置和方法，采用無(wú)線傳感網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，結(jié)合非均勻部署、分簇部署、多層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约耙氩糠譄o(wú)線修復(fù)節(jié)點(diǎn)，保障了地下洞室的無(wú)盲區(qū)覆蓋，提高了無(wú)線傳感網(wǎng)監(jiān)測(cè)地下洞室的監(jiān)測(cè)性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明提供了一種無(wú)線節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)地下洞室的多層覆蓋調(diào)度裝置，包括：

無(wú)線監(jiān)測(cè)單元，包括若干個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，所有無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)共同組成多層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞謩e用于采集地下洞室中對(duì)應(yīng)部分的數(shù)據(jù)；

無(wú)線傳輸單元，與所述無(wú)線監(jiān)測(cè)單元中的各層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎噙B，接收各層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

基站節(jié)點(diǎn)，與所述無(wú)線傳輸單元相連，接收無(wú)線傳輸單元發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；