CN107147997B - 一种无线传感器网络覆盖控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络覆盖控制系统，包括数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心和供电模块，所述数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心依次连接，所述数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心分别与供电模块连接。本发明的无线传感器网络覆盖控制系统通过定位模块对节点进行定位，通过通信模块与网关节点联系，再由网关节点将信息传送给通信模块，将数据发送至远程数据监控中心，从而控制网络中的各节点。通信模块可以完整实现收发信号和调制解调全部功能，并且能够远距离监控各节点的分布情况。

Description

一种无线传感器网络覆盖控制系统
技术领域
本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种无线传感器网络覆盖控制系统。
背景技术
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。WSN的发展得益于微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System,MEMS)、片上系统(System on Chip,SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展。WSN广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。
无线传感器网络通常密集部署且节点能量有限，如果所有节点同时工作，不仅会导致收集过多冗余数据，而且相邻节点竞争信道带来数据包冲突。因此，在满足网络覆盖质量要求下，如何合理地对节点进行调度是网络覆盖控制研究的一个重要课题。
目前，现有技术中急需一种无线传感器网络覆盖控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线传感器网络覆盖控制系统。
其具体技术方案为：
一种无线传感器网络覆盖控制系统，包括数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心和供电模块，所述数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心依次连接，所述数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心分别与供电模块连接；
所述数据采集模块用于采集无线网络的数据情况；
所述通信模块用于传送无线网络的数据情况；
所述定位模块用于定位节点的位置；
所述数据处理模块用于处理无线网络的数据情况；
所述数据控制模块用于对无线网络的覆盖进行控制；
所述远程数据监控中心用于对无线网络的节点位置和覆盖质量进行监控；
所述供电模块用于整个系统的供电。
进一步，所述数据采集模块包括传感器和A/D转换器。
进一步，所述供电模块包括电池、DC/DC能量转换器。
进一步，所述通信模块包括射频收发芯片、功放芯片、基带电路。
进一步，所述定位模块的功能包括节点自身定位和外部目标定位。
进一步，所述定位模块采用DV-Hop定位算法。
进一步，所述数据控制模块采用实时模糊推理。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的无线传感器网络覆盖控制系统通过定位模块对节点进行定位，通过通信模块与网关节点联系，再由网关节点将信息传送给通信模块，将数据发送至远程数据监控中心，从而控制网络中的各节点。通信模块集成了射频收发芯片、功放芯片、基带电路，可以完整实现收发信号和调制解调全部功能，并且能够远距离监控各节点的分布情况。
附图说明
图1是无线传感器网络覆盖控制系统的原理图；
图2是DV-Hop定位算法流程图；
图3是数据控制模块采用实时模糊推理的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图1所示，一种无线传感器网络覆盖控制系统，一种无线传感器网络覆盖控制系统，包括数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心和供电模块，所述数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心依次连接，所述数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心分别与供电模块连接；
所述数据采集模块用于采集无线网络的数据情况；
所述通信模块用于传送无线网络的数据情况；
所述定位模块用于定位节点的位置；包括节点自身定位和外部目标定位，前者是后者的基础，所述定位模块采用BD/GPS双系统导航授时模块，支持单系统独立定位和多系统联合定位。具体的定位过程：未知节点首先测量到相邻节点的距离或角度，然后计算到邻近信标节点的距离或方位，在计算到邻近信标节点的距离时，可以计算未知节点到信标节点的直线距离，也可以用二则之间的跳段距离作为直线距离的近似；未知节点在计算出到达算个或三个以上信标节点的距离或角度后，计算未知节点的坐标，得到对求得的节点的坐标进行求精，提高定位精度，减少误差。本发明在采用距离向量定位机制，未知节点首先计算与信标节点的最小跳数，然后估算平均每条的距离，利用最小跳数乘以平均每跳的距离，再利用三边测量法或极大似然估算法计算未知节点的坐标，距离向量算法使用平均每跳距离计算实际距离，对节点的硬件要求低，实现简单，达到节能的效果。
如图2所示，所述定位模块采用DV-Hop定位算法，该算法不需要进行节点之间的距离测量，节点不需要任何附件硬件支持，从而减少能耗。该定位算法首先使用距离矢量交换协议，使网络中所有节点获得局锚节点的跳数，然后锚节点计算网络平均每跳距离，并将其广播到无线网络中，当接收到校正值后，节点根据跳数计算与锚节点的距离。
节点边界的定位算法采用图像处理的边界定位方法，每个传感器节点从相邻节点收集到信息，并独立是否判定是否有边界通过它们的公差半径，该算法能量消耗处于较低的水平。
所述数据处理模块用于处理无线网络的数据情况；节点根据自己收到的相邻节点信息检查自己传感任务是否可以由相邻节点完成，从而判定自己是否为冗余节点。如果确定自己为冗余节点，则该节点将广播一条状态通告消息，随后进入休眠状态，节约自身有限能量，其它的节点继续工作，以完成传感任务，当相邻节点无法完成传感任务时，原来的节点由休眠状态转变为活跃状态，与其它传感器节点组成无线网络，还可以由新增节点加入网络，从而实现无线传感器网络的扩充，进而达到无线传感器网络覆盖范围的扩大。
如图3所示，所述数据控制模块用于对无线网络的覆盖进行控制。所述数据控制模块采用实时模糊推理，保证计算的实时性，较高的控制精度，较短的调节时间，从而到达节能的目的。
所述远程数据监控中心用于对无线网络的节点位置和覆盖质量进行监控；
所述供电模块用于整个系统的供电。
所述数据采集模块包括传感器和A/D转换器。
所述供电模块包括电池、DC/DC能量转换器。
所述通信模块包括射频收发芯片、功放芯片、基带电路。所述通信模块采用介质访问控制(MAC)协议。具体采用的B-MAC协议，可应用于不同流量的网络，采用ShockBurst技术将与射频协议有关的高速信号处理放到芯片内，提供高速的数据传输。所述通信模块具体通信过程为：传感器的节点射频处于接收状态，等待网关节点询问，网关节点依次收集所有传感器节点的位置信息，网关节点收集的位置依次传递给通信模块。
本发明的无线传感器网络覆盖控制系统通过定位模块对节点进行定位，通过通信模块与网关节点联系，再由网关节点将信息传送给通信模块，将数据发送至远程数据监控中心，从而控制网络中的各节点。通信模块可以完整实现收发信号和调制解调全部功能，并且能够远距离监控各节点的分布情况。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种无线传感器网络覆盖控制系统，其特征在于，包括数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心和供电模块，所述数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心依次连接，所述数据采集模块、通信模块、定位模块、数据处理模块、数据控制模块、远程数据监控中心分别与供电模块连接；
所述数据采集模块用于采集无线网络的数据情况；
所述通信模块用于传送无线网络的数据情况；
所述定位模块用于定位节点的位置；
所述数据处理模块用于处理无线网络的数据情况；
所述数据控制模块用于对无线网络的覆盖进行控制；
所述远程数据监控中心用于对无线网络的节点位置和覆盖质量进行监控；
所述供电模块用于整个系统的供电；
所述通信模块包括射频收发芯片、功放芯片、基带电路；
所述定位模块的功能包括节点自身定位和外部目标定位；
所述定位模块采用DV-Hop定位算法；
述数据采集模块包括传感器和A/D转换器；
所述供电模块包括电池、DC/DC能量转换器；
所述数据控制模块采用实时模糊推理。
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