[发明专利]一种基于内分泌调控机理的无线传感器网络监测系统

说明书

本发明涉及一种基于内分泌调控机理的无线传感器网络监测系统，无线传感器网络节点监测目标信息，节点监测过程中，分泌激素信息，控制节点处于工作或休眠状态，动态调节节点采样频率，当节点监测到目标变化缓慢时，发送抑制激素，降低节点采样频率；目标变化较快时，发送促激素，提高节点采样频率。当节点的激素浓度变化异常时，触发异常节点处理机制。如果该节点不是锚节点，则通过凸规划算法实现位置未知的异常节点粗定位，然后使用锚节点激素信息进行定位校正，获取该异常节点的位置信息，最后发送该异常节点的位置信息和监测数据。本发明在保证采样的有效性和准确性同时，能够有效延长网络生命周期。

技术领域

本发明属无线传感器网络技术领域，涉及一种基于内分泌调控机理的无线传感器网络监测系统，特别是涉及一种自适应采样方法以及位置未知的异常节点定位的基于内分泌调控机理的无线传感器网络监测系统。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是一种全新的信息获取方式，它不需要固定网络支持，以其随机布置、自组织、抗毁性强、适应苛刻环境等优势，具有在多种场合满足信息获取的实时性、准确性、全面性等需求的能力。由于无线传感器网络的应用前景愈来愈广泛，已引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

WSN具有监测范围广、无需人工干预、自动长期采集数据等特点，因此可以在物联网应用中发挥重要作用。但是，WSN采样频率设置标准难以确定，如果节点采样频率设置过低，虽然减少了节点的能量消耗，但丢失重要信息的概率也随之增大，不能保证采样精度；如果采样频率设置过高，虽然数据精度得到了保障，但是会产生大量的冗余数据，增加节点的网络能耗，造成网络过早失效，从而极大地限制了WSN的推广应用。为此，研究有效的WSN数据采集机制，成为发展农业物联网的重要内容。目前针对数据采集机制的研究较少，节点采样频率大多根据经验设定。专利《一种无线传感器网络中的数据采集方法》(发明人张淳、费树岷、周杏鹏)在普通节点构造的二级簇的基础上，对监测区域分区，然后为基站设计了一种合理调度多个数据采集器进行数据采集的方法。该方法构造二级簇以及分区需要消耗一定的能量，此外需要逐层发送请求命令到基站，然后基站调度移动数据采集器采集数据可能会造成一定的时延，不能保证数据的精确性。

WSN的关键技术中，定位技术占有重要的位置。WSN应用中，没有位置信息的监测数据是没有意义的，环境监测中需要知道采集的环境信息所对应的具体区域位置，尤其对于一些突发事件，比如森林火灾、天然气管道泄露、战场局势变化等情况，更是需要知道确切位置才能做出相应的决策。

现有的定位机制主要分为Range-Based和Range-Free，即基于测距技术的定位算法和无需测距的定位算法。前者需要通过测量节点间点到点的距离或角度信息，使用三边测量法、三角测量法或最大似然估计法计算节点位置；后者无需距离和角度信息，仅根据网络连通性等信息实现节点的定位。Range-Based定位机制对网络的硬件设施提出了较高的要求，此外，Range-Based定位机制还需要多次测量，循环求精，这些算法在获得相对精确定位结果的时候，都要产生大量计算和通信开销。相对来说，Range-Free算法对硬件要求低，且精度能够满足实际网络需求，因而得到广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于内分泌调控机理的无线传感器网络监测系统，特别是提供一种自适应采样方法以及位置未知的异常节点定位的基于内分泌调控机理的无线传感器网络监测系统，在保证采样的有效性和准确性同时，能够有效延长网络生命周期。

本发明的一种基于内分泌调控机理的无线传感器网络监测系统，由WSN节点、Sink节点和远程监测中心组成；WSN节点包括锚节点和非锚节点，WSN节点随机分布在监测区域内，WSN节点在通信半径R内能够相互通信，WSN节点硬件包括处理器模块、无线通信模块、传感模块和电源供应模块，所述基于内分泌调控机理的无线传感器网络监测系统通过WSN节点的传感模块采集目标的监测数据并由无线通信模块发送采集到的监测数据来实现监测过程，包括以下步骤：