CN107770751A - 一种智能家居环境监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能家居环境监测系统，包括环境监测无线传感器网络、数据汇集模块和家居环境监控平台；所述的环境监测无线传感器网络用于获取家居环境监测数据，对所述家居环境监测数据进行数据处理，并与网络中数据汇集模块进行无线通信；数据汇集模块，用于接收来自环境监测无线传感器网络的家居环境监测数据并将该家居环境监测数据传输到家居环境监控平台；家居环境监控平台，用于对家居环境监测数据进行接收、存储和分析。本发明实现了对家居环境的智能无线监测。

Description

一种智能家居环境监测系统
技术领域
本发明涉及环境监测领域，具体涉及一种智能家居环境监测系统。
背景技术
相关技术中的家居环境监测系统主要采用有线系统，存在资源耗费大、扩展性差、维护成本高和线路故障导致系统瘫痪等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种智能家居环境监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种智能家居环境监测系统，包括环境监测无线传感器网络、数据汇集模块和家居环境监控平台；所述的环境监测无线传感器网络用于获取家居环境监测数据，对所述家居环境监测数据进行数据处理，并与网络中数据汇集模块进行无线通信；数据汇集模块，用于接收来自环境监测无线传感器网络的家居环境监测数据并将该家居环境监测数据传输到家居环境监控平台；家居环境监控平台，用于对家居环境监测数据进行接收、存储和分析。
本发明的有益效果为：实现了对家居环境的智能无线监测，灵活性良好、扩展功能较高、智能化程度良好。
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是本发明家居环境监控平台的连接框图。
附图标记：
环境监测无线传感器网络1、数据汇集模块2、家居环境监控平台3、数据接收单元10、数据存储单元20、数据分析处理单元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智能家居环境监测系统，包括环境监测无线传感器网络1、数据汇集模块2、家居环境监控平台3；所述的环境监测无线传感器网络1用于获取家居环境监测数据，对所述家居环境监测数据进行数据处理，并与网络中数据汇集模块2进行无线通信；数据汇集模块2，用于接收来自环境监测无线传感器网络1的家居环境监测数据并将该家居环境监测数据传输到家居环境监控平台3；家居环境监控平台3，用于对家居环境监测数据进行接收、存储和分析。
在一个实施例中，所述家居环境监控平台3包括数据接收单元10、数据存储单元20、数据分析处理单元30。
在一个实施例中，所述家居环境监测数据包括室内的温度、湿度、光照度。
在一个实施例中，所述环境监测无线传感器网络1包括部署于室内的家居环境监测节点，所述的家居环境监测节点通过节点竞选分为家居环境监测数据采集节点和簇头节点，其中家居环境监测数据采集节点用于采集家居环境监测数据，簇头节点用于收集簇内家居环境监测数据采集节点发送的家居环境监测数据，还包括基站，该簇头节点将自身采集的家居环境监测数据和收集的家居环境监测数据传递至数据汇集模块。
本发明上述实施例能够实时获取家居环境监测数据，并对家居环境监测数据进行分析处理，灵活性良好、扩展功能较高、智能化程度良好。
在一个实施例中，所述环境监测无线传感器网络1进行簇头节点竞选时，具体执行：
(1)将环境监测无线传感器网络1的监测区域划分为多个相邻的边长为的正六边形虚拟单元区域，其中，rmax为家居环境监测节点通信半径中的最大通信半径，定义家居环境监测节点的邻居节点为在家居环境监测节点的通信范围内的其他家居环境监测节点，初始化时，各家居环境监测节点初始化为发现状态，并与邻居节点交换节点信息，包括节点编号、位置坐标、节点状态；
(2)进行第一次簇头节点选举，各家居环境监测节点随机生成一个0到1秒之间的随机数δ，并计算自身在下一轮当选为簇头节点的概率值，秒后将计算出的概率值向邻居节点广播：
式中，Wi表示家居环境监测节点i在下一轮当选为簇头节点的概率值，Qi、Qi0分别为家居环境监测节点i的当前剩余能量、初始能量，Dic表示家居环境监测节点i与所属正六边形虚拟单元区域的中心之间的距离，ri表示家居环境监测节点i的通信半径，p1、p2、p3为设定的权重系数，且p1+p2+p3＝1；
(3)若家居环境监测节点在超过秒后仍未收到同一正六边形虚拟单元区域其他家居环境监测节点广播的在下一轮当选为簇头节点的概率值，则成功当选为所属正六边形虚拟单元区域的簇头节点，并将自身的节点状态转至活跃状态；
(4)未成功当选为簇头节点的其他家居环境监测节点作为家居环境监测数据采集节点，以目前同一正六边形虚拟单元区域的簇头节点的位置作为中心，计算自身在下一轮当选为簇头节点的概率值，然后按照设定的休眠时间Tα进入休眠状态；
(5)每个簇头节点按照设定的活跃时间Tβ维持活跃状态，在Tβ超时前定期广播自身在下一轮当选为簇头节点的概率值，Tβ超时后返回发现状态，进行新的一轮簇头节点的选举。
本实施例定义了簇头节点周期性选举机制，该机制将环境监测无线传感器网络1的监测区域划分为多个正六边形虚拟单元区域，各区域家居环境监测节点形成簇，且将家居环境监测节点在正六边形虚拟单元区域内的实际分布情况、能量的变化以及通信范围作为选举簇头节点的重要参数，使得选举出的簇头节点与簇内的其他家居环境监测节点之间的距离较短，能够较大限度地节省通信能量，并且选举出的簇头节点有足够的剩余能量承担融合家居环境监测数据的任务，从而避免选取的簇头节点过早死亡。
在一个实施例中，若簇头节点与基站为多跳距离，该簇头节点在距离基站更近的簇头节点中选择一个作为辅助转发节点，通过辅助转发节点将家居环境监测数据转发至基站，具体包括：
(1)将位于簇头节点通信范围内且距离基站更近的其他簇头节点视为备选辅助转发节点；
(2)设簇头节点的位置坐标为(ka,ga)，其第j个备选辅助转发节点的位置坐标为(kj,gj)，基站的位置坐标为(ko,go)，计算备选辅助转发节点的转发能力值：
式中，Ej表示第j个备选辅助转发节点的转发能力值，Qj、Qj0分别为第j个备选辅助转发节点的当前剩余能量、初始能量，mj表示到目前为止已将第j个备选辅助转发节点作为辅助转发节点的簇头节点数目，mT为设定的辅助节点数门限值，f(mj,mT)为设定的取值函数，当mj≤mT时，f(mj,mT)＝1，当mj>mT时，f(mj,mT)＝0；λ1、λ2为设定的权重系数，且0<λ1,λ2<1；
(3)簇头节点选择转发能力值最大的备选辅助转发节点最为最终的辅助转发节点。
本实施例设定的簇头节点的辅助转发节点选举机制，该机制从能量维持和距离代价两个角度出发，定义了转发能力值的计算公式，并从中选择转发能力值最大的备选辅助转发节点最为最终的辅助转发节点，有利于保障簇间家居环境监测数据传输的可靠性，相对于直接选择距离基站最近的备选辅助转发节点的方式，在节省能耗的同时能够避免与基站较近的簇头节点承担过多的家居环境监测数据转发任务，从而有利于平衡各簇头节点的能耗。
在一个实施例中，簇头节点收集各家居环境监测节点发送的家居环境监测数据，在经过设定时间段的家居环境监测数据收集后，确定相似节点集，后续对相似节点集中家居环境监测节点发送的家居环境监测数据进行融合处理成一个家居环境监测数据报文，具体包括：
(1)簇头节点对收集的各家居环境监测节点的家居环境监测数据进行相似数据判断，设簇头节点收集的各家居环境监测节点在t时刻感知到的家居环境监测数据为K(t)＝{k1(t),k2(t),…,kγ(t)}，其中k1(t),k2(t),…,kγ(t)表示簇头节点收集的第1,2,…,γ个家居环境监测节点在t时刻感知到的家居环境监测数据，若存在任意两家居环境监测数据满足下列公式，判定两家居环境监测数据为相似数据，若家居环境监测节点在设定时间段Tρ内采集的家居环境监测数据为相似数据的次数超过|0.8Tρ|，则该两家居环境监测节点互为相似数据节点：
式中，τ为设定的相似度门限值；
(2)簇头节点根据相似数据的判断结果确定相似节点集，相似节点集中的任意两个家居环境监测节点互为相似数据节点，簇头节点后续对相似节点集中家居环境监测节点发送的家居环境监测数据进行融合处理成一个家居环境监测数据报文。
本实施例中，簇头节点收集各家居环境监测节点发送的家居环境监测数据后，利用数据的相似性，对于包含于同一个相似节点集中的家居环境监测节点进行家居环境监测数据融合处理，只生成一个家居环境监测数据报文，能够减少簇头节点向基站或其他簇头节点发送的家居环境监测数据量，从而降低家居环境监测数据传输的能量消耗，延长环境监测无线传感器网络1的生命周期。
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 (5)

1.一种智能家居环境监测系统，其特征是，包括环境监测无线传感器网络、数据汇集模块和家居环境监控平台；所述的环境监测无线传感器网络用于获取家居环境监测数据，对所述家居环境监测数据进行数据处理，并与网络中数据汇集模块进行无线通信；数据汇集模块，用于接收来自环境监测无线传感器网络的家居环境监测数据并将该家居环境监测数据传输到家居环境监控平台；家居环境监控平台，用于对家居环境监测数据进行接收、存储和分析。
2.根据权利要求1所述的一种智能家居环境监测系统，其特征是，所述家居环境监控平台包括数据接收单元、数据存储单元、数据分析处理单元。
3.根据权利要求1所述的一种智能家居环境监测系统，其特征是，所述家居环境监测数据包括室内的温度、湿度、光照度。
4.根据权利要求1所述的一种智能家居环境监测系统，其特征是，所述环境监测无线传感器网络包括部署于室内的家居环境监测节点，所述的家居环境监测节点通过节点竞选分为家居环境监测数据采集节点和簇头节点，其中家居环境监测数据采集节点用于采集家居环境监测数据，簇头节点用于收集簇内家居环境监测数据采集节点发送的家居环境监测数据，还包括基站，该簇头节点将自身采集的家居环境监测数据和收集的家居环境监测数据传递至数据汇集模块。
5.根据权利要求4所述的一种智能家居环境监测系统，其特征是，所述环境监测无线传感器网络进行簇头节点竞选时，具体执行：
(1)将环境监测无线传感器网络的监测区域划分为多个相邻的边长为的正六边形虚拟单元区域，其中，rmax为家居环境监测节点通信半径中的最大通信半径，定义家居环境监测节点的邻居节点为在家居环境监测节点的通信范围内的其他家居环境监测节点，初始化时，各家居环境监测节点初始化为发现状态，并与邻居节点交换节点信息，包括节点编号、位置坐标、节点状态；
(2)进行第一次簇头节点选举，各家居环境监测节点随机生成一个0到1秒之间的随机数δ，并计算自身在下一轮当选为簇头节点的概率值，秒后将计算出的概率值向邻居节点广播：
<mrow> <msub> <mi>W</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msub> <mi>p</mi> <mn>1</mn> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>p</mi> <mn>2</mn> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>+</mo> <msub> <mi>p</mi> <mn>3</mn> </msub> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <msub> <mi>&amp;pi;r</mi> <mi>i</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>3</mn> <msqrt> <mn>3</mn> </msqrt> <msup> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中，Wi表示家居环境监测节点i在下一轮当选为簇头节点的概率值，Qi、Qi0分别为家居环境监测节点i的当前剩余能量、初始能量，Dic表示家居环境监测节点i与所属正六边形虚拟单元区域的中心之间的距离，ri表示家居环境监测节点i的通信半径，p1、p2、p3为设定的权重系数，且p1+p2+p3＝1；
(3)若家居环境监测节点在超过秒后仍未收到同一正六边形虚拟单元区域其他家居环境监测节点广播的在下一轮当选为簇头节点的概率值，则成功当选为所属正六边形虚拟单元区域的簇头节点，并将自身的节点状态转至活跃状态；
(4)未成功当选为簇头节点的其他家居环境监测节点作为家居环境监测数据采集节点，以目前同一正六边形虚拟单元区域的簇头节点的位置作为中心，计算自身在下一轮当选为簇头节点的概率值，然后按照设定的休眠时间Tα进入休眠状态；
(5)每个簇头节点按照设定的活跃时间Tβ维持活跃状态，在Tβ超时前定期广播自身在下一轮当选为簇头节点的概率值，Tβ超时后返回发现状态，进行新的一轮簇头节点的选举。
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