CN107450344A - 一种基于无线传感器网络的智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无线传感器网络的智能家居系统，包括家居设备调控模块、实时环境监测模块、多个家居设备；所述的实时环境监测模块、多个家居设备均与家居设备调控模块通信连接；所述的实时环境监测模块为设置在智能家居监测区域内的无线传感器网络，用于对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至家居设备调控模块；所述的家居设备调控模块用于对家居环境参数进行处理，根据处理结果控制家居设备的开启和关闭。本发明实现了家居设备的智能无线控制。

Description

一种基于无线传感器网络的智能家居系统

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的智能家居系统。

背景技术

随着国家经济的发展和科技的不断提高，人们对家居环境的要求越来越高。同时由于“低碳经济”成为热点话题，低碳、环保成为世界制造业的大势所趋，因此作为绿色建筑的核心部分——智能家居系统将降低家庭的能耗，改变人们的生活习惯，提高人们的生活质量，促使家庭实现生活的现代化，给人们的家居生活带来全新的感受。因此智能家居系统的开发和建设是未来国家经济发展的必然趋势。

相关技术中的智能家居采用有线的组网方式。一方面，这种有线组网会随着通信家电装置数量的增多，布线范围的扩大而变得非常复杂，而且成本较高，在一些偏远的山区，这种组网的方式带来的不便会更加明显。另一方面，有线组网的方式不利于后续设备位置的调整以及整个智能家居网络的调整。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于无线传感器网络的智能家居系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种基于无线传感器网络的智能家居系统，包括家居设备调控模块、实时环境监测模块、多个家居设备；所述的实时环境监测模块、多个家居设备均与家居设备调控模块通信连接；所述的实时环境监测模块为设置在智能家居监测区域内的无线传感器网络，用于对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至家居设备调控模块；所述的家居设备调控模块用于对家居环境参数进行处理，根据处理结果控制家居设备的开启和关闭。

本发明的有益效果为：基于无线传感器网络获取家居环境参数，并对家居环境参数进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制家居设备的运作，摆脱了有线传输的“束缚”，实现了家居设备的智能实时控制，具有无需布线、扩展灵活、不占空间、低能耗、高效率、绿色环保等特点。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图；

图2是本发明家居设备调控模块的连接框图。

附图标记：

家居设备调控模块1、实时环境监测模块2、家居设备3、显示单元10、数据处理单元20、控制单元30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例提供的一种基于无线传感器网络的智能家居系统，包括家居设备调控模块1、实时环境监测模块2、多个家居设备3；所述的实时环境监测模块2、多个家居设备3均与家居设备调控模块1通信连接；所述的实时环境监测模块2为设置在智能家居监测区域内的无线传感器网络，用于对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至家居设备调控模块1；所述的家居设备调控模块1用于对家居环境参数进行处理，根据处理结果控制家居设备3的开启和关闭。

优选地，所述的家居环境参数包括温度、湿度和光照强度；所述的家居设备调控模块1设置有显示时间、温度、湿度和光照强度的显示单元10。

进一步地，所述家居设备调控模块1还设置有用于对家居环境参数进行处理的数据处理单元20、用于控制多个家居设备3的控制单元30。

优选地，所述的家居设备调控模块1为计算机或云服务器。

本发明上述实施例基于无线传感器网络获取家居环境参数，并对家居环境参数进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制家居设备3的运作，摆脱了有线传输的“束缚”，实现了家居设备3的智能控制，具有无需布线、扩展灵活、不占空间、低能耗、高效率、绿色环保等特点。

优选地，所述的实时环境监测模块2包括环境监测节点、簇头节点和基站，所述环境监测节点获取且处理家居环境参数并将处理后的家居环境参数发送到簇头节点，簇头节点负责收集和融合所在簇的环境监测节点所发来的家居环境参数以及自身采集的家居环境参数，并将融合后的家居环境参数转发至其的下一跳簇头节点或者基站；所述的基站接收且处理家居环境参数并将所述处理后的家居环境参数通过移动网络通信方式上传到家居设备调控模块1。

在一个实施例中，簇头节点的下一跳为基站时，簇头节点直接将融合后的家居环境参数发送至基站，簇头节点与基站为多跳距离时，簇头节点选择基站方向的其他簇头节点作为用于转发该融合后的家居环境参数的转发节点，并建立其到基站的路由路径，具体包括：

(1)设该簇头节点为A，基站为O，获取A至基站的所有路由路径，路由路径上除A外的其余簇头节点皆为转发节点，计算每条路由路径的选择概率：

式中，L_A→o表示A至基站的第L条路由路径，P(L_A→o)表示L_A→o的选择概率，表示L_A→o包含的转发节点数目，μ_i表示L_A→o上第i个转发节点所在簇的环境监测节点数目，E_i表示L_A→o上第i个转发节点的当前剩余能量，λ₁、λ₂为设定的权重系数，满足0<λ₂<λ₁<1；

(2)以选择概率最大的路由路径作为最终的路由路径，簇头节点通过该最终的路由路径将融合后的家居环境参数发送至基站。

本实施例根据转发节点的数目和转发节点的能量以及包含的环境监测节点数目三个因素定义了选择概率的计算公式，并根据选择概率的大小进行簇头节点至基站的路由路径的选择，能够在保证较短的路由路径的前提下均衡各簇头节点转发融合家居环境参数的负载和能量，从而延长实时环境监测模块2的网络寿命。

在一个实施例中，簇头节点定期对其到基站的路由路径进行信任检测，若簇头节点到基站的路由路径满足下列条件，判定该路由路径为可信路径，若不满足下列条件，判定该路由路径为可疑路径：

式中，m_A→o(ΔT)表示簇头节点A至基站o的路由路径上簇头节点A在设定的ΔT时间段内发送出去的家居环境参数包次数，M_A→o(ΔT)表示簇头节点A至基站o的路由路径上基站o在设定的ΔT时间段内接收到的家居环境参数包次数，％为设定的可信度阈值；

当路由路径被判定为可疑路径时，簇头节点开始监测其下一跳的转发节点的家居环境参数包转发信任值，若监测到家居环境参数包转发信任值低于设定的家居环境参数包转发信任阈值时，簇头节点重新建立到基站的路由路径，家居环境参数包转发信任值的计算公式为：

式中，W(b)表示簇头节点的下一跳的转发节点b的家居环境参数包转发信任值，α为监测到的下一跳的转发节点b转发家居环境参数包的次数，β为监测到的下一跳的转发节点b丢弃家居环境参数包的次数。

本实施例设计了簇头节点至基站的路由路径的更新协议，该协议中，簇头节点定期对其到基站的路由路径进行信任检测，并仅对判定为可疑路径的路由路径进行下一跳的转发节点的家居环境参数包转发信任值监测，对不满足数据包转发信任值条件的路由路径进行更新，实现了无线传感器网络的通信链路的动态维护和更新，能够保障路由的稳定性，保证家居环境参数的可靠传输，且路由检测过程简单，对判定为可信路径的路由路径不进行下一跳的转发节点的家居环境参数包转发信任值监测，能够避免浪费过多的能量，节省智能家居系统的通信成本。

在一个实施例中，当簇头节点监测到下一跳的转发节点的家居环境参数包转发信任值低于设定的家居环境参数包转发信任阈值时，簇头节点向该转发节点发送消息，转发节点接收到消息后，按照下列公式计算自身相对于所在簇的环境监测节点的数据融合信任值，若数据融合信任值低于设定的数据融合信任值阈值，该转发节点向簇内的环境监测节点广发簇头重选消息，重新进行簇头节点选取，设该转发节点为c，c相对于所在簇的环境监测节点的数据融合信任值为S_c，则S_c的计算公式为：

式中，表示转发节点c所在簇内的第；个环境监测节点在设定的ΔT时间段内采集的家居环境参数的平均值，n_c为转发节点c所在簇内的环境监测节点的数目，为转发节点c在设定的ΔT时间段内采集的家居环境参数的平均值。

本实施例对不满足数据转发信任要求的簇头节点(即所述的转发节点)进行进一步的家居环境参数可靠性检测，在该簇头节点不能监测到可靠的家居环境参数时及时引发簇头节点重选，能够避免出现问题的簇头节点影响家居环境参数融合的可靠性，提高家居环境参数传输的精度，其中，设计了数据融合信任值的计算公式，能够较高效、较准确地评价簇头节点的家居环境参数可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种基于无线传感器网络的智能家居系统，其特征是，包括家居设备调控模块、实时环境监测模块、多个家居设备；所述的实时环境监测模块、多个家居设备均与家居设备调控模块通信连接；所述的实时环境监测模块为设置在智能家居监测区域内的无线传感器网络，用于对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至家居设备调控模块；所述的家居设备调控模块用于对家居环境参数进行处理，根据处理结果控制家居设备的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的智能家居系统，其特征是，所述的家居环境参数包括温度、湿度和光照强度；所述的家居设备调控模块设置有显示时间、温度、湿度和光照强度的显示单元。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器网络的智能家居系统，其特征是，所述家居设备调控模块还设置有用于对家居环境参数进行处理的数据处理单元、用于控制多个家居设备的控制单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的智能家居系统，其特征是，所述的实时环境监测模块包括环境监测节点、簇头节点和基站，所述环境监测节点获取且处理家居环境参数并将处理后的家居环境参数发送到簇头节点，簇头节点负责收集和融合所在簇的环境监测节点所发来的家居环境参数以及自身采集的家居环境参数，并将融合后的家居环境参数转发至其的下一跳簇头节点或者基站；所述的基站接收且处理家居环境参数并将所述处理后的家居环境参数通过移动网络通信方式上传到家居设备调控模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的智能家居系统，其特征是，簇头节点的下一跳为基站时，簇头节点直接将融合后的家居环境参数发送至基站，簇头节点与基站为多跳距离时，簇头节点选择基站方向的其他簇头节点作为用于转发该融合后的家居环境参数的转发节点，并建立其到基站的路由路径，具体包括：

(1)设该簇头节点为A，基站为O，获取A至基站的所有路由路径，路由路径上除A外的其余簇头节点皆为转发节点，计算每条路由路径的选择概率：

式中，L_A→o表示A至基站的第L条路由路径，P(L_A→o)表示L_A→o的选择概率，表示L_A→o包含的转发节点数目，μ_i表示L_A→o上第i个转发节点所在簇的环境监测节点数目，E_i表示L_A→o上第i个转发节点的当前剩余能量，λ₁、λ₂为设定的权重系数，满足0<λ₂<λ₁<1；

(2)以选择概率最大的路由路径作为最终的路由路径，簇头节点通过该最终的路由路径将融合后的家居环境参数发送至基站。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的智能家居系统，其特征是，簇头节点定期对其到基站的路由路径进行信任检测，若簇头节点到基站的路由路径满足下列条件，判定该路由路径为可信路径，若不满足下列条件，判定该路由路径为可疑路径：

式中，m_A→o(ΔT)表示簇头节点A至基站o的路由路径上簇头节点A在设定的ΔT时间段内发送出去的家居环境参数包次数，M_A→o(ΔT)表示簇头节点A至基站o的路由路径上基站o在设定的ΔT时间段内接收到的家居环境参数包次数，θ为设定的可信度阈值；

当路由路径被判定为可疑路径时，簇头节点开始监测其下一跳的转发节点的家居环境参数包转发信任值，若监测到家居环境参数包转发信任值低于设定的家居环境参数包转发信任阈值时，簇头节点重新建立到基站的路由路径，家居环境参数包转发信任值的计算公式为：

式中，W(b)表示簇头节点的下一跳的转发节点b的家居环境参数包转发信任值，α为监测到的下一跳的转发节点b转发家居环境参数包的次数，β为监测到的下一跳的转发节点b丢弃家居环境参数包的次数。