CN107579887A - 一种基于无线传感器网络的智能家居系统 - Google Patents
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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，包括逻辑处理模块、传感监测模块、多个家居设备；所述的传感监测模块、多个家居设备均与逻辑处理模块通信连接；所述的传感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逻辑处理模块；所述的逻辑处理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
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
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，包括逻辑处理模块、传感监测模块、多个家居设备；所述的传感监测模块、多个家居设备均与逻辑处理模块通信连接；所述的传感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逻辑处理模块；所述的逻辑处理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控制。
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是本发明逻辑处理模块的连接框图。
附图标记：
逻辑处理模块1、传感监测模块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，包括逻辑处理模块、传感监测模块、多个家居设备；所述的传感监测模块、多个家居设备均与逻辑处理模块通信连接；所述的传感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逻辑处理模块；所述的逻辑处理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。
优选地，所述的家居环境参数包括温度、湿度和光照强度；所述的逻辑处理模块设置有显示时间、温度、湿度和光照强度的显示单元。
进一步地，所述逻辑处理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。
优选地，所述的逻辑处理模块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的运作，摆脱了有线传输的“束缚”，实现了家居设备的智能控制。
优选地，所述的传感监测模块包括传感器节点和汇聚节点，所述传感器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汇聚节点，所述的汇聚节点接收且处理所述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逻辑处理模块；所述传感器节点分为簇头节点和家居环境监测节点，每个家居环境监测节点采集家居环境参数并将采集的家居环境参数打包成数据包后传送给所在簇内的簇头节点，与该簇头节点采集的家居环境参数进行融合，形成新的数据包，并传送给汇聚节点。
本发明上述实施例利用无线传感器网络技术实现了输电线路监测，并在家居环境参数异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控。
在一个实施例中，若家居环境监测节点与所在簇内的簇头节点为多跳距离，该家居环境监测节点在发送家居环境参数前选择一个最优状态值的邻居家居环境监测节点作为下一跳家居环境监测节点，建立自身与该邻居家居环境监测节点之间的路由，通过下一跳家居环境监测节点辅助发送家居环境参数的形式将家居环境参数传送至簇头节点；
其中，下一跳家居环境监测节点的选择具体包括：
(1)设家居环境监测节点与所在簇的簇头节点之间的距离为φ，将与所述的所在簇的簇头节点之间的距离小于φ的邻居家居环境监测节点作为备选节点，家居环境监测节点向各备选节点广播hello消息，各备选节点接收到hello消息后，向家居环境监测节点反馈状态参数，状态参数包括备选节点的当前剩余能量、具有的邻居家居环境监测节点数目；
(2)家居环境监测节点统计各备选节点反馈状态参数的传输时延，并确定每个备选节点的状态值，选取状态值最大的备选节点作为下一跳家居环境监测节点，建立自身与该备选节点之间的路由，状态值的计算公式为：
式中，Wn表示n的状态值，n表示家居环境监测节点i的第n个备选节点，ei为家居环境监测节点i的备选节点的个数，Φn、Rn分别为n的当前剩余能量、具有的邻居家居环境监测节点数目，Φi为家居环境监测节点i的当前剩余能量，Tn表示n反馈状态参数的传输时延。
本实施例中，家居环境监测节点在选择下一跳家居环境监测节点时，优先根据与所在簇的簇头节点之间的距离对邻居家居环境监测节点进行筛选，能够加快路由建立的速度，对符合距离条件的邻居家居环境监测节点进行选择时，在考虑邻居家居环境监测节点的当前剩余能量和节点度的基础上，还考虑了各备选节点传输数据的时效性，有利于提高家居环境参数传输的效率。
在一个实施例中，簇头节点定期检测家居环境监测节点间的信任度，当家居环境监测节点与下一跳家居环境监测节点之间的信任度小于设定的信任度阈值时，簇头节点向对应的家居环境监测节点发送消息，家居环境监测节点收到消息后进行下一跳家居环境监测节点的更新，设Ja,b(ΔT)表示家居环境监测节点a与下一跳家居环境监测节点b之间在ΔT时间内的信任度，Ja,b(ΔT)的检测公式为：
式中，ΔT为设定的检测时间窗口，Ea,b(ΔT)、Ra,b(ΔT)分别表示在ΔT时间内a,b采集的家居环境参数间的相似次数和不相似次数，其中Ea,b(ΔT)＝count[Xt(a,b)>Xξ,t＝1,2,…,ΔT]，Ra,b(ΔT)＝count[Xt(a,b)≤Xξ,t＝1,2,…,ΔT]，count[·]为计数函数，Xt(a,b)表示在t时刻a,b采集的家居环境参数之间的相似度，Xξ为设定的相似度阈值，设在t时刻a采集的家居环境参数为在t时刻b采集的家居环境参数为则ea,b(Δt)、ra,b(Δt)分别表示在Δt时间内家居环境监测节点a向下一跳家居环境监测节点b发送家居环境参数包成功的次数、发送家居环境参数包失败的次数。
本实施例根据两节点之间的家居环境参数关系和通信效率两个因素定义了信任度的计算公式，对节点间的信任度进行了量化，有利于节省信任度评估的能耗，相对提高下一跳家居环境监测节点的更新效率，保障电网输电线路智能监测系统的稳定性；利用簇头节点对家居环境监测节点的下一跳家居环境监测节点进行信任度检测，当信任度低于设定的信任度阈值时进行下一跳家居环境监测节点的更新，能够保障家居环境参数的转发，提高家居环境参数收集的可靠度。
在一个实施例中，当家居环境监测节点与下一跳家居环境监测节点之间的信任度小于设定的信任度阈值时，簇头节点还进一步对该下一跳家居环境监测节点进行如下检测：
(1)进行能量检测，若下一跳家居环境监测节点的当前剩余能量小于其初始能量的1％，判定该下一跳家居环境监测节点为错误节点；
(2)若下一跳家居环境监测节点的当前剩余能量不小于其初始能量的1％，对下一跳家居环境监测节点进行失信检测，若该下一跳家居环境监测节点不满足下列可信度判定公式，则判定该下一跳家居环境监测节点为失信节点：
式中，c为与下一跳家居环境监测节点b通信的第c个家居环境监测节点，M表示与下一跳家居环境监测节点b通信的家居环境监测节点数目，Jc,b(ΔT)表示家居环境监测节点c与下一跳家居环境监测节点b之间在ΔT时间内的信任度，m(ΔT)表示在检测时间窗口ΔT内与下一跳家居环境监测节点b通信有效的家居环境监测节点个数，其中在Δt时间内家居环境监测节点向下一跳家居环境监测节点b发送家居环境参数包成功的次数大于发送家居环境参数包失败的次数的两倍时，判定该家居环境监测节点与下一跳家居环境监测节点b通信有效，否则为通信无效，η为设定的可信度阈值；
(3)对判定为错误节点或失信节点的下一跳家居环境监测节点进行休眠。
本实施例根据通信和节点间信任度两个因素设计了失信节点的判定公式，保障失信节点的检测精度的同时提高了失信节点的检测效率；利用簇头节点对信任度低的家居环境监测节点进行能量检测和失信检测，对判定为错误节点或失信节点的下一跳家居环境监测节点进行休眠，一方面能够避免错误节点或失信节点影响家居环境参数的传输，提高家居环境参数收集的可靠度，延长数据采集终端1的工作寿命，另一方面能够避免错误节点或失信节点采集的家居环境参数影响整体家居环境参数的精度。
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，包括逻辑处理模块、传感监测模块、多个家居设备；所述的传感监测模块、多个家居设备均与逻辑处理模块通信连接；所述的传感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逻辑处理模块；所述的逻辑处理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；所述的逻辑处理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，所述逻辑处理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，所述的传感监测模块包括传感器节点和汇聚节点，所述传感器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汇聚节点，所述的汇聚节点接收且处理所述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逻辑处理模块；所述传感器节点分为簇头节点和家居环境监测节点，每个家居环境监测节点采集家居环境参数并将采集的家居环境参数打包成数据包后传送给所在簇内的簇头节点，与该簇头节点采集的家居环境参数进行融合，形成新的数据包，并传送给汇聚节点。
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，若家居环境监测节点与所在簇内的簇头节点为多跳距离，该家居环境监测节点在发送家居环境参数前选择一个最优状态值的邻居家居环境监测节点作为下一跳家居环境监测节点，建立自身与该邻居家居环境监测节点之间的路由，通过下一跳家居环境监测节点辅助发送家居环境参数的形式将家居环境参数传送至簇头节点；
其中，下一跳家居环境监测节点的选择具体包括：
(1)设家居环境监测节点与所在簇的簇头节点之间的距离为φ，将与所述的所在簇的簇头节点之间的距离小于φ的邻居家居环境监测节点作为备选节点，家居环境监测节点向各备选节点广播hello消息，各备选节点接收到hello消息后，向家居环境监测节点反馈状态参数，状态参数包括备选节点的当前剩余能量、具有的邻居家居环境监测节点数目；
(2)家居环境监测节点统计各备选节点反馈状态参数的传输时延，并确定每个备选节点的状态值，选取状态值最大的备选节点作为下一跳家居环境监测节点，建立自身与该备选节点之间的路由，状态值的计算公式为：
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式中，Wn表示n的状态值，n表示家居环境监测节点i的第n个备选节点，ei为家居环境监测节点i的备选节点的个数，Φn、Rn分别为n的当前剩余能量、具有的邻居家居环境监测节点数目，Φi为家居环境监测节点i的当前剩余能量，Tn表示n反馈状态参数的传输时延。
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，簇头节点定期检测家居环境监测节点间的信任度，当家居环境监测节点与下一跳家居环境监测节点之间的信任度小于设定的信任度阈值时，簇头节点向对应的家居环境监测节点发送消息，家居环境监测节点收到消息后进行下一跳家居环境监测节点的更新，设Ja,b(ΔT)表示家居环境监测节点a与下一跳家居环境监测节点b之间在ΔT时间内的信任度，Ja,b(ΔT)的检测公式为：
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式中，ΔT为设定的检测时间窗口，Ea,b(ΔT)、Ra,b(ΔT)分别表示在ΔT时间内a,b采集的家居环境参数间的相似次数和不相似次数，其中Ea,b(ΔT)＝count[Xt(a,b)>Xξ,t＝1,2,…,ΔT]，Ra,b(ΔT)＝count[Xt(a,b)≤Xξ,t＝1,2,…,ΔT]，count[·]为计数函数，Xt(a,b)表示在2时刻a,b采集的家居环境参数之间的相似度，Xξ为设定的相似度阈值，设在2时刻a采集的家居环境参数为在2时刻b采集的家居环境参数为则ea,b(Δt)、ra,b(Δt)分别表示在Δt时间内家居环境监测节点a向下一跳家居环境监测节点b发送家居环境参数包成功的次数、发送家居环境参数包失败的次数。
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