[发明专利]一种基于无线传感器网络的智能家居系统

权利要求书

1.一种基于无线传感器网络的智能家居系统，其特征是，包括环境监测数据采集端、数据处理服务器和被控设备控制系统，所述环境监测数据采集端采集家居环境监测数据，并将采集到的家居环境监测数据发送到所述数据处理服务器，所述数据处理服务器用于将接收的家居环境监测数据与正常阈值进行比较，若超过正常阈值，则向被控设备控制系统发送相应的控制信号，所述的被控设备控制系统根据控制信号对相应的被控设备进行控制；所述的环境监测数据采集端通过无线传感器网络进行家居环境监测数据的采集和发送，所述的无线传感器网络进行家居环境监测数据的采集和发送的过程中采用设定的分簇算法进行分簇，具体为：

(1)进行网络初始化，具体为：

1)将无线传感器网络的监测区域沿横向划分为R个大小相等的条形区域，其中每个条形区域之间长度相等，条形区域的宽度与监测区域的边长相等；

2)将每个条形区域沿纵向划分为多个矩形子区域，矩形子区域的长度与条形区域的长度相等，每个条形区域划分的矩形子区域的数目和每个矩形子区域的宽度按照下述方式确定：

式中，表示第i个条形子区域C_i划分的矩形子区域的数目，d(C_i,C₀)表示条形子区域C_i的左上方顶点到基站C₀之间的距离，m₁为设定的矩形子区域数目阈值，表示条形子区域C_i中第j个矩形子区域的宽度，其中j值越大表示对应的矩形子区域距离基站C₀更远，L为监测区域边长，int(·)为取整函数；

(2)基站向所有环境监测传感器节点广播初始化信息消息，该初始化信息消息包括监测区域起始点坐标、基站位置坐标、监测区域边长、条形区域数目及其长宽、矩形子区域的数目和每个矩形子区域的长宽，各个环境监测传感器节点收到初始化信息消息后，确定自身所属矩形子区域，并保存与自身位置对应的初始化信息消息；

(3)开始分簇，基站向各个环境监测传感器节点广播分簇消息，环境监测传感器节点接收到分簇消息后，根据自身位置到所属矩形子区域的顶点的最大距离确定发射功率，向其他环境监测传感器节点交互自身节点信息；

(4)每个矩形子区域中选择一个剩余能量值最大的环境监测传感器节点作为簇头节点，每个环境监测传感器节点选择所属矩形子区域的簇头节点加入簇。

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，所述数据处理服务器包括数据接收模块、数据分析比较模块、控制信号生成模块和控制信号发送模块，所述数据接收模块与所述数据分析比较模块连接，所述数据分析比较模块与所述控制信号生成模块连接，所述控制信号生成模块与所述控制信号发送模块连接。

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，还包括用户终端，所述用户终端通过通讯网络与数据处理服务器连接。

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，采用设定的分簇算法完成分簇后，若矩形子区域中的簇头节点满足自定义的簇头节点调整判定公式时，需要进行簇头节点轮换，簇头节点向所在矩形子区域中的环境监测传感器节点发送簇头节点竞争消息，每个环境监测传感器节点接收到簇头节点竞争消息后开始竞争簇头节点，其中剩余能量值最大的簇头节点当选为该矩形子区域的新簇头节点；所述的自定义的簇头节点调整判定公式为：

式中，N为簇头节点所在簇的环境监测传感器节点数目，l为当前周期接收数据的长度，单位为bit，G₀是无线收发电路接收单位长度数据的能耗，G₂为簇头节点融合单位长度数据的能耗，G₃为当前周期簇头节点向基站发送融合数据的能耗，m₂为设定的周期数目阈值，G_E为簇头节点的剩余能量值，K为设定的比值阈值。

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，在进行簇头节点的选择时，若同时存在多个剩余能量值为最大的环境监测传感器节点，按照下述选择机制从所述的多个剩余能量值为最大的环境监测传感器节点中选择合适的环境监测传感器节点作为簇头节点：

其中

式中，J表示选择作为簇头节点的环境监测传感器节点，E_q表示存在的多个剩余能量值最大的环境监测传感器节点集合中第q个环境监测传感器节点，θ为同时存在的剩余能量值皆为最大的环境监测传感器节点的数量，d(E_q,C₀)表示E_q到基站的距离，表示E_q到所属矩形子区域的左上方顶点(用表示)的距离，表示E_q所属矩形子区域的宽度，M为监测区域中具有的条形区域的数量，L为监测区域的边长。