CN102625407A - 小区无线抄表系统和小区无线抄表路由构建方法 - Google Patents

小区无线抄表系统和小区无线抄表路由构建方法 Download PDF

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CN102625407A CN2012100649520A CN201210064952A CN102625407A CN 102625407 A CN102625407 A CN 102625407A CN 2012100649520 A CN2012100649520 A CN 2012100649520A CN 201210064952 A CN201210064952 A CN 201210064952A CN 102625407 A CN102625407 A CN 102625407A
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卢志刚
王迪生
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Yanshan University
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Yanshan University
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Abstract

本发明属于无线抄表领域，首先在居民楼每层安装采集节点的条件下，设计采集节点由电源供电，汇集节点设计在楼顶位置，按照单元楼分为固定簇；采用MOBCC算法对簇结构网络中的能耗和传输时延两个目标进行优化，得出路径解集合，根据实际情况选择合适的路径。本发明切实有效地实现了小区无线抄表网络簇结构短时间低功耗路由。

Description

小区无线抄表系统和小区无线抄表路由构建方法
技术领域
本发明涉及小区电量无线采集技术领域，特别涉及用于居民楼内数字电表电量采集、数据发送路径选择的小区无线抄表系统和小区无线抄表路由构建方法。
背景技术
人类进入21世纪以来，MEMS (micro．electro．mechanism system，微电子机械系统)、计算机、通信、自动控制和人工智能等学科的飞速发展孕育了一种新型的测控网络——WSN (Wireless Sensor Network，无线传感器网络)。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些数据进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。无线传感器网络在环境与军事监控，地震与气候预测，地下、深水以及外层空间探索等许多方面都具有广泛的应用前景。
无线传感器网络与传统的无线网络(如WLAN和蜂窝移动电话网络)有着不同的设计目标。对于WLAN和蜂窝网等传统的无线网络，它们的首要设计目标是提供高性能的Qos (Quality of service，服务质量)和更高的带宽，由于其应用环境的移动性较强，其技术目标是通过优化路由和资源管理策略来增加对频谱带宽的利用率，均衡网络流量并避免产生通信拥塞。在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的。传感器节点通常由电池提供能量，并且被大量随机部署在待观测区域中，因为它们通常运行在人类无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，节点的供能设备无法更换，网络需要在无人维护的情况下进行长期的自主工作。同时，节点的能量资源、处理能力和通信带宽都非常有限。这些都决定了无线传感器网络中的协议设计必须充分考虑能量有效性，那么如何在保证网络稳定可靠的工作的同时延长网络的生命周期就成为了无线传感器网络最核心的问题。
路由协议的设计受到许多关键性因素的影响，包括：节点的布置、节点能量的消耗、网络的动态变化性、网络连通性、节点的覆盖率、数据融合以及服务质量等等。对于传统的无线网络，其路由协议的主要任务是寻找源节点到目的节点之间的最优路径，提高整个网络的利用率，同时均衡负载并进行阻塞管理，而能量消耗问题不是这类网络考虑的重点。传统无线网络的路由协议不适用于类似小区建筑群体中无线抄表传感器网络。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明所要解决的问题是针对在越来越多的无线传感器网络实时监测采集的应用场景中，当前的路由协议研究多是针对空旷没有遮挡的地带使用，没有针对在建筑物群或建筑物内部的路由协议，提出一种小区无线抄表系统和小区无线抄表路由构建方法。
（二）技术方案
为达到上述目的，本发明提供一种小区无线抄表路由构建方法，所述方法包括以下步骤：
A、收集基站广播路由构建通知，并根据采集节点返回的时延数据建立时延数据库和节点路由信息表； 
B、所述收集基站根据所述时延数据库和节点路由信息表，建立路径集合信息表和路径时延集合信息表；
C、所述收集基站根据所述路径集合信息表建立路径能耗集合信息表；
D、所述收集基站根据所述路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC（Multiple Objective Bacterial Colony Chemotaxis，多目标细菌群趋药性）算法对信号衰减和传输时间进行优化，得到路由能耗、时延信息集合；
E、根据所述步骤D的优化结果选择路径确定路由表，并将所述路由表发到相应的采集节点，完成路由的构建。
其中，所述步骤A具体包括：
A1、所述收集基站广播路由构建通知；所述路由通知中路径的算法为：每个节点维护一个随机的定时器，在定时时间内所有的路由构建通知广播报都被感知，首先范围内的采集节点感知路由构建通知广播报，然后范围的采集节点向自己发射范围内的采集节点发射相同的路由构建通知广播报，依次发射下去，每个采集节点构建一个路由表并记录确认返回报时延，依次向上将所有的时延记录返回；
A2、汇集节点收到所述路由构建通知后，向下游的采集节点发送路由构建通知；
A3、下游的采集节点收到所述路由构建通知后，向所述汇集节点返回确认数据报；
A4、所述汇集节点接收所述返回确认数据报，获取节点时延，并建立路由表和时延表；
A5、重复步骤A3和A4，当所述汇集节点接收并处理完成最后一个采集节点的返回确认数据报后，将建立的路由表和时延表发送到所述收集基站。
其中，所述步骤B具体包括：
所述收集基站接收到全部的节点的路由表和时延表后，消除重复，建立路径集合                                                
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE001
和与之向对应的时延表
Figure 916286DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE003
是由节点组成的某一条路径，
Figure 985742DEST_PATH_IMAGE004
是对应的路径的节点时延；
所述节点时延
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE005
根据公式
Figure 275909DEST_PATH_IMAGE006
获取，
其中
Figure 903943DEST_PATH_IMAGE005
是节点时延，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE007
是节点发射信号在空气中自由传播的时间，
Figure 279561DEST_PATH_IMAGE008
是节点间的距离，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE009
是无线信号的传播速度，
Figure 887129DEST_PATH_IMAGE010
是节点融合数据包的时间，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE011
是数据包的大小，单位为
Figure 297381DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE013
是节点融合1的数据要用的时间。
其中，所述步骤C具体包括：
所述收集基站根据所述路径集合信息表得出的每条路径，通过能耗公式
Figure 696581DEST_PATH_IMAGE014
得出路径能耗集合
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 107840DEST_PATH_IMAGE016
是无线信号频率，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE017
是节点间距离，单位为米，
Figure 372599DEST_PATH_IMAGE018
是建筑物内信号传播指数，
Figure 348295DEST_PATH_IMAGE008
是直达波穿过的地板数。
其中，所述步骤D具体包括：
D1、根据公式
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE019
建立信号衰减函数；其中是信号衰减函数，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE021
是某一条路径的能耗集合，、
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE023
是路径中的节点，
Figure 455556DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE025
是节点能耗；
D2、根据公式建立传输时间函数；其中
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE027
是传输时间函数，
Figure 935265DEST_PATH_IMAGE028
是路径时延，、
Figure 439059DEST_PATH_IMAGE030
是某一条路径中的节点时延。
D3、通过MOBCC算法对信号衰减函数和传输时间函数进行优化，得到能耗小和时延小的一个区间的解集合。
本发明还提供一种小区无线抄表系统，所述系统包括收集基站、多个汇集节点和多个采集节点组；所述采集节点组包括多个采集节点，所述采集节点用于采集小区数字电表数据和对所述数字电表进行监控；每个采集节点组对应一个汇集节点，所述汇集节点用于收集对应采集节点组中的各个采集节点的数据，并将所述数据融合后发送到所述收集基站；所述收集基站用于广播路由构建通知，并根据所述汇集节点的数据建立路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC算法对信号衰减和传输时间进行优化，根据优化结果构建小区无线抄表路由。
其中，所述采集节点由电源供电，所述汇集节点采用电池和太阳能电池板混合供电。
其中，所述汇集节点位于小区的楼顶位置。
其中，所述采集节点安装在每个用户的的数字电表旁边，采用485总线采集数字电表的电量等信息。
其中，所述收集基站包括：
广播单元，用于广播路由构建通知；
信息表建立单元，用于根据采集节点返回的时延数据建立时延数据库和节点路由信息表，根据所述时延数据库和节点路由信息表建立路径集合信息表和路径时延集合信息表，根据所述路径集合信息表建立路径能耗集合信息表；
优化单元，用于根据所述路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC算法对信号衰减和传输时间进行优化，得到路由能耗、时延信息集合；
路由构建单元，用于根据所述优化单元的优化结果选择路径确定路由表，并将所述路由表发到相应的采集节点，完成路由的构建。
（三）有益效果
本发明首先在采集节点由电源供电，汇集节点采用电池和太阳能电池板混合供电条件下，根据居民楼的特点，首先按照单元楼分簇，由汇集节点把路径的能耗信息和时延信息返回到收集基站 ，收集基站 建立路径时延集合和路径能耗集合，然后通过MOBCC算法对上述的网络损耗和网络传输时延两个目标函数进行优化，根据实际情况选择出合适的数据传输路径，收集基站 把选择的路径的路由表返回到采集节点，采集节点和汇集节点通过维护自己的路由表，完成小区无线抄表网络的路由的构建。
附图说明
图1是本发明实施例一的一种小区无线抄表路由构建方法的流程图；
图2是本发明实施例二的电量采集场景简图；
图3是本发明实施例二的粒子编码结构图；
图4是本发明实施例二的路径优化流程图；
图5是本发明实施例三的一种小区无线抄表系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
本发明实施例的一种小区无线抄表路由构建方法如图1所示，包括以下步骤：
步骤s101，收集基站广播路由构建通知，并根据采集节点返回的时延数据建立时延数据库和节点路由信息表。本实施例中具体包括：
步骤s1011，所述收集基站广播路由构建通知；所述路由通知中路径的算法为：每个节点维护一个随机的定时器，在定时时间内所有的路由构建通知广播报都被感知，首先范围内的采集节点感知路由构建通知广播报，然后范围的采集节点向自己发射范围内的采集节点发射相同的路由构建通知广播报，依次发射下去，每个采集节点构建一个路由表并记录确认返回报时延，依次向上将所有的时延记录返回；
步骤s1012，汇集节点收到所述路由构建通知后，向下游的采集节点发送路由构建通知；
步骤s1013，下游的采集节点收到所述路由构建通知后，向所述汇集节点返回确认数据报；
步骤s1014，所述汇集节点接收所述返回确认数据报，获取节点时延，并建立路由表和时延表；
步骤s1015，重复步骤s1013和s1014，当所述汇集节点接收并处理完成最后一个采集节点的返回确认数据报后，将建立的路由表和时延表发送到所述收集基站。 
步骤s102，所述收集基站根据所述时延数据库和节点路由信息表，建立路径集合信息表和路径时延集合信息表。本实施例中具体包括：所述收集基站接收到全部的节点的路由表和时延表后，消除重复，建立路径集合
Figure 160634DEST_PATH_IMAGE001
和与之向对应的时延表
Figure 786787DEST_PATH_IMAGE002
，其中是由节点组成的某一条路径，
Figure 215811DEST_PATH_IMAGE004
是对应的路径的节点时延；
所述节点时延
Figure 558937DEST_PATH_IMAGE005
根据公式
Figure 293675DEST_PATH_IMAGE006
获取，
其中
Figure 902511DEST_PATH_IMAGE005
是节点时延，是节点发射信号在空气中自由传播的时间，
Figure 775100DEST_PATH_IMAGE008
是节点间的距离，
Figure 680739DEST_PATH_IMAGE009
是无线信号的传播速度，
Figure 963822DEST_PATH_IMAGE010
是节点融合数据包的时间，
Figure 409847DEST_PATH_IMAGE011
是数据包的大小，单位为
Figure 478297DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 320218DEST_PATH_IMAGE013
是节点融合1
Figure 903646DEST_PATH_IMAGE012
的数据要用的时间。
步骤s103，所述收集基站根据所述路径集合信息表建立路径能耗集合信息表。本实施例中具体包括：所述收集基站根据所述路径集合信息表得出的每条路径，通过能耗公式
Figure 91045DEST_PATH_IMAGE014
得出路径能耗集合，其中
Figure 573028DEST_PATH_IMAGE016
是无线信号频率，
Figure 581435DEST_PATH_IMAGE017
是节点间距离，单位为米，
Figure 634842DEST_PATH_IMAGE018
是建筑物内信号传播指数，是直达波穿过的地板数。
步骤s104，所述收集基站根据所述路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC算法对信号衰减和传输时间进行优化，得到路由能耗、时延信息集合。本实施例中具体包括：
步骤s1041，根据公式 建立信号衰减函数；其中
Figure 873821DEST_PATH_IMAGE020
是信号衰减函数，
Figure 917870DEST_PATH_IMAGE021
是某一条路径的能耗集合，
Figure 549839DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 201400DEST_PATH_IMAGE023
是路径中的节点，
Figure 932203DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 327412DEST_PATH_IMAGE025
是节点能耗；
步骤s1042，根据公式
Figure 813888DEST_PATH_IMAGE026
建立传输时间函数；其中
Figure 88880DEST_PATH_IMAGE027
是传输时间函数，
Figure 355914DEST_PATH_IMAGE028
是路径时延，
Figure 226918DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 895796DEST_PATH_IMAGE030
是某一条路径中的节点时延。
步骤s1043，通过MOBCC算法对信号衰减函数和传输时间函数进行优化，得到能耗小和时延小的一个区间的解集合。
步骤s105，根据所述步骤s104的优化结果选择路径确定路由表，并将所述路由表发到相应的采集节点，完成路由的构建。
本实施例的方法按照单元楼地理分簇，通过MOBCC算法对小区无线抄表网络的特征能耗还有时延两个参数进行多目标优化，得到簇内采集节点选择合适的路径把采集数据发送到汇集节点，汇集节点完成数据的采集并发送到收集基站
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE031
。
 
实施例二
本发明实施例的电量采集场景简图如图2所示。负责采集电量等信数据的采集节点先讲数据发送到汇集节点，汇集节点对数据进行融合打包，然后发送到基站，基站发送命令到汇集节点，汇集节点下发到采集节点。分为三个阶段：
第一阶段收集基站
Figure 843155DEST_PATH_IMAGE031
发起路由构建通知，该路由通知中路径的算法为：每个节点维护一个随机的定时器，在定时这段时间内所有的路由构建通知广播报都被感知，首先范围内的采集节点感知广播报，然后范围的采集节点向自己发射范围内的采集节点发射相同的路由构建通知广播报，依次发射下去。每个采集节点构建一个路由表并记录确认返回报时延，依次向上把所有的时延记录并返回，收集基站
Figure 269588DEST_PATH_IMAGE031
采集所有的时延建立时延数据库和节点路由信息表。
第二阶段收集基站
Figure 459130DEST_PATH_IMAGE031
收到全部的节点的路由表和时延表后，消除重复，建立路径集合和与之向对应的时延表其中
Figure 326089DEST_PATH_IMAGE003
是由节点组成的某一条路径；
Figure 558137DEST_PATH_IMAGE004
是对应的路径的节点时延。其中
Figure 873712DEST_PATH_IMAGE005
由下面公式确定：，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE033
，，其中
Figure 406827DEST_PATH_IMAGE005
是小区无线抄表网络路由时延；
Figure 904805DEST_PATH_IMAGE007
是节点发射信号在空气中自由传播的时间；
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE035
是节点间的距离；
Figure 36971DEST_PATH_IMAGE009
是无线信号的传播速度；
Figure 253189DEST_PATH_IMAGE010
是节点融合数据包的时间；
Figure 322645DEST_PATH_IMAGE011
是数据包的大小，单位为
Figure 675129DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 289781DEST_PATH_IMAGE013
是节点融合1
Figure 413201DEST_PATH_IMAGE012
的数据要用的时间。
第三阶段收集基站
Figure 99397DEST_PATH_IMAGE031
根据路径集合得出的每条路径，通过能耗公式
Figure 244071DEST_PATH_IMAGE014
得出路径能耗集合
Figure 357520DEST_PATH_IMAGE015
其中
Figure 469702DEST_PATH_IMAGE016
是无线信号频率；
Figure 694010DEST_PATH_IMAGE017
是节点间距离，单位为米；
Figure 958769DEST_PATH_IMAGE018
是建筑物内信号传播指数；
Figure 931535DEST_PATH_IMAGE008
是直达波穿过的地板数。
本发明小区无线抄表网络内节点传输路径优化目标粒子编码结构如图3所示。图中
Figure 78483DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE037
为1表示节点
Figure 44165DEST_PATH_IMAGE038
的数据传输路径经过
Figure 412698DEST_PATH_IMAGE037
节点，为0表示不经过。
本发明小区无线抄表网络内节点传输路径采用细菌趋药性算法对目标函数优化过程如图4所示。
在本发明中具体为首先建立目标函数1
Figure 805633DEST_PATH_IMAGE020
为路由信号衰减
Figure 705456DEST_PATH_IMAGE019
，其中
Figure 951193DEST_PATH_IMAGE021
是某一条路径的能耗集合；
Figure 924966DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 551119DEST_PATH_IMAGE023
是路径中的节点；
Figure 859609DEST_PATH_IMAGE024
，是节点能耗。然后再建立目标函数2路径时延
Figure 323269DEST_PATH_IMAGE027
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 746422DEST_PATH_IMAGE040
，其中
Figure 355258DEST_PATH_IMAGE005
是路径时延；
Figure 450122DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 398486DEST_PATH_IMAGE030
是某一条路径中的节点时延。确定约束条件为①发射功率约束
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE041
其中
Figure 51928DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE043
分别是发射功率的上下限；②接收灵敏度约束
Figure 85743DEST_PATH_IMAGE044
其中
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE045
是接收灵敏度下限；③直达波穿越楼层约束
Figure 984298DEST_PATH_IMAGE046
其中
Figure 52748DEST_PATH_IMAGE016
是无线信号频率；是节点间距离，单位为米；
Figure 817704DEST_PATH_IMAGE018
是建筑物内信号传播指数；
具体由以下步骤完成：
步骤1）读入原始数据。信号损耗参数包括信号频率、节点个数、节点间的距离、信号传播指数和直达波穿越楼层数上限。
步骤2）初始化。设置细菌移动速度为1，最大迭代次数为
Figure 322504DEST_PATH_IMAGE048
，在控制变量约束范围内，随机赋予细菌群体中每个个体的初始位置。
步骤3）确定算法参数。根据细菌趋药性算法确定算法参数
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE049
、、
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE051
，然后确定细菌移动方向，让单个细菌分别在
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE053
维空间中独立移动，得到移动结果
Figure 389784DEST_PATH_IMAGE054
。
步骤4）细菌寻找并采集其周围有更好位置的其他细菌，并确定它们的中心点和一个假定的朝这个中心方向移动的长度，得到移动结果
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE055
。
步骤5）调用信号衰减计算程序和传输时间计算程序，计算信号衰减和传输时间，对
Figure 824176DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 629321DEST_PATH_IMAGE055
和上一步位置
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE057
的结果进行比较，如果位置
Figure 308826DEST_PATH_IMAGE057
的信号衰减和传输间不是最优，则选择
Figure 335557DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 816217DEST_PATH_IMAGE055
中较优者(即信号衰减和传输时间都 较小者)作为本步的移动结果，同时记录此类细菌个数
Figure 311920DEST_PATH_IMAGE023
；否则，移动到前述
Figure 903439DEST_PATH_IMAGE023
个细菌的中心位置。
步骤6）求取种群空间半径，计算每个细菌的种群空间密度
Figure 2012100649520100002DEST_PATH_IMAGE059
。让
Figure 138034DEST_PATH_IMAGE059
值较大的细菌移动到
Figure 104722DEST_PATH_IMAGE059
值较小的细菌附近。即得到最终细菌移动一步后的位置。
步骤7）把
Figure 251987DEST_PATH_IMAGE060
带入第(3)步，继续进行迭代。
步骤8）迭代
Figure 74449DEST_PATH_IMAGE048
次后，找到最优结果，结束迭代。
将信号衰减目标函数和传输时间作为MOBCC算法的优化目标函数，并把直达波穿越的楼层数作为维度与细菌优化算法的维度相对应，通过MOBCC算法对上路两个目标优化，完成路由能耗、时延信息集合，根据实际需要选择路径并把路由表发回相应的节点。这样基站、节点维护相应的路由表就完成了小区无线抄表网络的路由构建。
实施例三
本发明实施例的一种小区无线抄表系统如图5所示，包括收集基站、多个汇集节点和多个采集节点组；所述采集节点组包括多个采集节点，所述采集节点用于采集小区数字电表数据和对所述数字电表进行监控；每个采集节点组对应一个汇集节点，所述汇集节点用于收集对应采集节点组中的各个采集节点的数据，并将所述数据融合后发送到所述收集基站；所述收集基站用于广播路由构建通知，并根据所述汇集节点的数据建立路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC算法对信号衰减和传输时间进行优化，根据优化结果构建小区无线抄表路由。所述收集基站包括：广播单元，用于广播路由构建通知；信息表建立单元，用于根据采集节点返回的时延数据建立时延数据库和节点路由信息表，根据所述时延数据库和节点路由信息表建立路径集合信息表和路径时延集合信息表，根据所述路径集合信息表建立路径能耗集合信息表；优化单元，用于根据所述路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC算法对信号衰减和传输时间进行优化，得到路由能耗、时延信息集合；路由构建单元，用于根据所述优化单元的优化结果选择路径确定路由表，并将所述路由表发到相应的采集节点，完成路由的构建。
所述采集节点由电源供电，所述汇集节点采用电池和太阳能电池板混合供电。采集节点采用电源供电是为了避免传统的电池供电要求定期的检查电池的电量修改采集的发射功率和网络结构的变化和路径变化，并且小区数字电表的位置固定，采集节点的位置固定，保证了网络结构的稳定。
所述汇集节点位于小区的楼顶位置。
所述采集节点安装在每个用户的的数字电表旁边，采用485总线采集数字电表的电量等信息。
本发明中无线传感器传输距离受建筑物影响，传输距离缩短，按照地理位置分簇即按照单元楼分簇。
本方法实现了适应于小区的无线抄表网络的路由的构建，并且对网络的能耗和时延两个特征参量进行了优化，使得路由更加合理与实用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种小区无线抄表路由构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、收集基站广播路由构建通知，并根据采集节点返回的时延数据建立时延数据库和节点路由信息表； 
B、所述收集基站根据所述时延数据库和节点路由信息表，建立路径集合信息表和路径时延集合信息表；
C、所述收集基站根据所述路径集合信息表建立路径能耗集合信息表；
D、所述收集基站根据所述路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC算法对信号衰减和传输时间进行优化，得到路由能耗、时延信息集合；
E、根据所述步骤D的优化结果选择路径确定路由表，并将所述路由表发到相应的采集节点，完成路由的构建。
2.根据权利要求1所述的小区无线抄表路由构建方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
A1、所述收集基站广播路由构建通知；所述路由通知中路径的算法为：每个节点维护一个随机的定时器，在定时时间内所有的路由构建通知广播报都被感知，首先范围内的采集节点感知路由构建通知广播报，然后范围的采集节点向自己发射范围内的采集节点发射相同的路由构建通知广播报，依次发射下去，每个采集节点构建一个路由表并记录确认返回报时延，依次向上将所有的时延记录返回；
A2、汇集节点收到所述路由构建通知后，向下游的采集节点发送路由构建通知；
A3、下游的采集节点收到所述路由构建通知后，向所述汇集节点返回确认数据报；
A4、所述汇集节点接收所述返回确认数据报，获取节点时延，并建立路由表和时延表；
A5、重复步骤A3和A4，当所述汇集节点接收并处理完成最后一个采集节点的返回确认数据报后，将建立的路由表和时延表发送到所述收集基站。
3.根据权利要求2所述的小区无线抄表路由构建方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：
所述收集基站接收到全部的节点的路由表和时延表后，消除重复，建立路径集合                                                
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE001
和与之向对应的时延表
Figure 114310DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE003
是由节点组成的某一条路径，
Figure 437844DEST_PATH_IMAGE004
是对应的路径的节点时延；
所述节点时延
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE005
根据公式
Figure 795138DEST_PATH_IMAGE006
获取，
其中
Figure 726185DEST_PATH_IMAGE005
是节点时延，
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE007
是节点发射信号在空气中自由传播的时间，
Figure 667465DEST_PATH_IMAGE008
是节点间的距离，
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE009
是无线信号的传播速度，
Figure 607739DEST_PATH_IMAGE010
是节点融合数据包的时间，
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE011
是数据包的大小，单位为
Figure 822470DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE013
是节点融合1
Figure 924418DEST_PATH_IMAGE012
的数据要用的时间。
4.根据权利要求3所述的小区无线抄表路由构建方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
所述收集基站根据所述路径集合信息表得出的每条路径，通过能耗公式
Figure 352994DEST_PATH_IMAGE014
得出路径能耗集合
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE015
，其中是无线信号频率，
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE017
是节点间距离，单位为米，
Figure 835370DEST_PATH_IMAGE018
是建筑物内信号传播指数，
Figure 623067DEST_PATH_IMAGE008
是直达波穿过的地板数。
5.根据权利要求4所述的小区无线抄表路由构建方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：
D1、根据公式建立信号衰减函数；其中
Figure 24092DEST_PATH_IMAGE020
是信号衰减函数，
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE021
是某一条路径的能耗集合，、
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE023
是路径中的节点，、是节点能耗；
D2、根据公式建立传输时间函数；其中
Figure 2012100649520100001DEST_PATH_IMAGE027
是传输时间函数，
Figure 697071DEST_PATH_IMAGE028
是路径时延，、
Figure 766527DEST_PATH_IMAGE030
是某一条路径中的节点时延；
D3、通过MOBCC算法对信号衰减函数和传输时间函数进行优化，得到能耗小和时延小的一个区间的解集合。
6.一种小区无线抄表系统，其特征在于，所述系统包括收集基站、多个汇集节点和多个采集节点组；所述采集节点组包括多个采集节点，所述采集节点用于采集小区数字电表数据和对所述数字电表进行监控；每个采集节点组对应一个汇集节点，所述汇集节点用于收集对应采集节点组中的各个采集节点的数据，并将所述数据融合后发送到所述收集基站；所述收集基站用于广播路由构建通知，并根据所述汇集节点的数据建立路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC算法对信号衰减和传输时间进行优化，根据优化结果构建小区无线抄表路由。
7.根据权利要求6所述的小区无线抄表系统，其特征在于，所述采集节点由电源供电，所述汇集节点采用电池和太阳能电池板混合供电。
8.根据权利要求6所述的小区无线抄表系统，其特征在于，所述汇集节点位于小区的楼顶位置。
9.根据权利要求6所述的小区无线抄表系统，其特征在于，所述采集节点安装在每个用户的的数字电表旁边，采用485总线采集数字电表的电量信息。
10.根据权利要求6至9任一项所述的小区无线抄表系统，其特征在于，所述收集基站包括：
广播单元，用于广播路由构建通知；
信息表建立单元，用于根据采集节点返回的时延数据建立时延数据库和节点路由信息表，根据所述时延数据库和节点路由信息表建立路径集合信息表和路径时延集合信息表，根据所述路径集合信息表建立路径能耗集合信息表；
优化单元，用于根据所述路径能耗集合信息表、路径集合信息表和路径时延集合信息表，通过MOBCC算法对信号衰减和传输时间进行优化，得到路由能耗、时延信息集合；
路由构建单元，用于根据所述优化单元的优化结果选择路径确定路由表，并将所述路由表发到相应的采集节点，完成路由的构建。
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