CN110881173B - 一种基于物联网的环境监测*** - Google Patents

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Abstract

一种基于物联网的环境监测***，包括无线传感器网络、环境监测中心、通信模块和移动用户终端，所述无线传感器网络用于采集室内环境参数信息，并将采集的室内环境参数信息发送至环境监测中心，环境监测中心用于接收和存储所述环境监测数据，并将接收到的环境监测数据与预先设定的安全阈值进行比较，若超出安全阈值，则进行报警，所述移动用户终端通过通信模块与环境监测中心连接，用于实时访问环境监测中心中存储的室内环境监测数据。本发明的有益效果为：利用无线传感器网络实现了室内环境的有效监测，方便用户对室内环境状况进行实时了解，并在室内环境监测数据超出预先设定的安全阈值时进行报警，从而有效的规避了风险。

Description

一种基于物联网的环境监测***
技术领域
本发明创造涉及环境监测领域，具体涉及一种基于物联网的环境监测***。
背景技术
在社会的积极进步的同时，环境情况也不容乐观，室内环境与所有人的日常生活息息相关，而物联网技术也随着计算机技术、信息技术、以及智能技术的发展越来越多的开始被应用到我们的日常生活中。将物联网技术应用到环境监测中，物联网技术中的传感器和通信技术能够大大提高***获取事物信息的能力，提高环境监测过程中的信息传送、信息采集以及实时监控水平，增加对环境的监测能力。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种基于物联网的环境监测***。
本发明创造的目的通过以下技术方案实现：
一种基于物联网的环境监测***，包括无线传感器网络、环境监测中心、通信模块和移动用户终端，所述无线传感器网络为分簇结构，包括用于监测室内环境参数的传感器节点、用于收集簇内传感器节点采集的环境参数信息的簇头节点，还包括汇集节点，簇头节点将自身采集的室内环境参数信息和收集的簇内传感器节点的监测信息融合后传输至汇集节点，进而通过汇集节点将收集的室内环境参数信息发送至环境监测中心，环境监测中心用于接收和存储所述环境参数信息，并将接收到的环境参数信息与预先设定的安全阈值进行比较，若超出安全阈值，则进行报警，所述移动用户终端通过通信模块与环境监测中心连接，用于实时访问环境监测中心中存储的室内环境参数信息。
本发明创造的有益效果：利用无线传感器网络实现了室内环境的有效监测，方便用户对室内环境状况进行实时了解，并在室内环境监测数据超出预先设定的安全阈值时进行报警，从而有效的规避了风险。
附图说明
利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，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是本发明结构示意图。
附图标记：
无线传感器网络1；环境监测中心2；通信模块3；移动用户终端4。
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，本实施例的一种基于物联网的环境监测***，包括无线传感器网络1、环境监测中心2、通信模块3和移动用户终端4，所述无线传感器网络1为分簇结构，包括用于监测室内环境参数的传感器节点、用于收集簇内传感器节点采集的环境参数信息的簇头节点，还包括汇集节点，簇头节点将自身采集的室内环境参数监测信息和收集的簇内传感器节点的监测信息融合后传输至汇集节点，进而通过汇集节点将收集的室内环境参数信息发送至环境监测中心2，环境监测中心2用于接收和存储所述环境参数信息，并将接收到的环境参数信息与预先设定的安全阈值进行比较，若超出安全阈值，则进行报警，所述移动用户终端4通过通信模块3与环境监测中心2连接，用于实时访问环境监测中心中存储的室内环境参数信息。
本优选实施例利用无线传感器网络实现了室内环境的有效监测，方便用户对室内环境状况进行实时了解，并在室内环境监测数据超出预先设定的安全阈值时进行报警，从而有效的规避了风险。
优选地，将监测区域内的传感器节点划分为多个簇，所述簇内传感器节点用于采集监测区域内的环境参数信息，簇头节点将自身采集的室内环境参数信息和收集的簇内传感器节点的监测信息进行打包，并将打包的环境监测数据包传输至汇集节点，由汇集节点将所述环境监测数据包转发至环境监测中心。
优选地，所述簇头节点对环境监测数据包进行传输时，定义簇头节点i传输环境监测数据包s对应的收益函数为Cost(i，s)，Cost(i，s)的表达式为：
Figure BDA0002272961370000021
当收益函数Cost(i，s)<0时，则簇头节点i放弃转发环境监测数据包s，否则，簇头节点i在其邻居簇头节点集合中选取下一跳簇头节点对该环境监测数据包s进行多跳传输，其中，T0(s)为设置的环境监测数据包s的可信时长，t(s)为环境监测数据包s传输消耗的时长，ri表示簇头节点i的通信半径，d(i，h)表示簇头节点i到汇集节点的距离，D(s)表示环境监测数据包s的大小，Kmax(i)表示簇头节点i的最大带宽，k(i)表示簇头节点i的已用带宽。
本优选实施例设置了簇头节点传输环境监测数据包的收益函数，在收益函数中引入了环境监测数据包的可信时长和传输消耗的时长，进而根据收益函数的数值判断是否转发该环境监测数据包，从而保证转发的环境监测数据包能在可信时长内传输至汇集节点，即保证了汇集节点接收到的环境监测数据包的可信度，提高了该环境监测***的精确度。
优选地，当簇头节点i发送环境监测数据包s对应的收益函数小于0时，则簇头节点i放弃传输该环境监测数据包s，当簇头节点i发送环境监测数据包s对应的收益函数大于等于0时，簇头节点i在其邻居簇头节点集合中选取下一跳簇头节点对环境监测数据包s进行转发，设Li为簇头节点i的邻居簇头节点集合，对集合Li中的邻居簇头节点进行遍历，定义遍历阈值T1(i)：
Figure BDA0002272961370000031
式中，d(s，h)为环境监测数据包s到汇集节点的距离，dmax(i,h)为簇头节点i的邻居簇头节点到汇集节点距离的最大值，t(s)表示环境监测数据包s传输消耗的时长，T0(s)为设置的环境监测数据包s的可信时长；设x为集合Li中的簇头节点，当簇头节点x满足
Figure BDA0002272961370000032
且
Figure BDA0002272961370000033
时，簇头节点x参与竞争簇头节点i的下一跳簇头节点，其中，d(i，h)表示簇头节点i到汇集节点的距离，ri表示簇头节点i的通信半径，d(x，i)表示簇头节点x和簇头节点i之间的距离，d(x，h)表示簇头节点x到汇集节点的距离。
本优选实施例根据设置的遍历阈值在簇头节点的邻居簇头节点集合中进行遍历，选取参与竞争下一跳簇头节点的邻居簇头节点，设置的遍历阈值根据待转发的环境监测数据包自适应的进行调整，使得筛选下来的邻居簇头节点能够保证环境监测数据包在可信时长内传输至汇集节点的同时，提高网络的负载均衡。
优选地，定义簇头节点x参与竞争簇头节点i的下一跳簇头节点的竞争函数为f(x，i)，则f(x，i)的计算公式为：
Figure BDA0002272961370000034
式中，Tim(x，i)表示簇头节点x和簇头节点i之间的传输时延，Tim(y，i)表示参与竞争的簇头节点y和簇头节点i之间的传输时延，Yi表示参与竞争簇头节点i的下一跳簇头节点的簇头节点数，d(s，h)表示环境监测数据包s到汇集节点的距离，t(s)表示环境监测数据包s传输消耗的时长，T0(s)为设置的环境监测数据包s的可信时长，ex表示簇头节点x的剩余能量值，ev表示簇头节点v的剩余能量值，簇头节点v为参与竞争簇头节点i下一跳簇头节点的簇头节点；
在参与竞争簇头节点i下一跳簇头节点的竞争函数中选取具有最大值的簇头节点作为转发环境监测数据包s的下一跳簇头节点。
本优选实施例在竞争函数中综合考虑了下一跳簇头节点的传输时延和剩余能量值，即在选取下一跳簇头节点时，在传输实时性和能量值这两方面对下一跳簇头节点进行衡量；引入
Figure BDA0002272961370000041
调节传输实时性或能量值对下一跳簇头节点选取的影响程度，当待传输的环境监测数据包传输消耗的时长较少时，即选取具有较高能量值的簇头节点对该环境监测数据包进行传输，平衡簇头节点之间的能量消耗，当待传输环境监测数据包传输消耗的时长较长时，即选取具有较高传输实时性的簇头节点对该环境监测数据包进行传输，保证该环境监测数据包的可信性，相较于简单的根据簇头节点之间传输时延和能量值对下一跳簇头节点选举的方式，本优选实施例采用的下一跳簇头节点的选举方式，既能够保证网络中簇头节点之间的能量均衡，又能保证环境监测数据包的可靠传输。
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 (3)

1.一种基于物联网的环境监测***，其特征是，包括无线传感器网络、环境监测中心、通信模块和移动用户终端，所述无线传感器网络为分簇结构，包括用于监测室内环境参数的传感器节点和用于收集簇内传感器节点采集的环境参数信息的簇头节点，还包括汇集节点，簇头节点将自身采集的室内环境参数信息和收集的簇内传感器节点的监测信息融合后传输至汇集节点，进而通过汇集节点将收集的室内环境参数信息发送至环境监测中心，环境监测中心用于接收和存储所述环境参数信息，并将接收到的环境参数信息与预先设定的安全阈值进行比较，若超出安全阈值，则进行报警，所述移动用户终端通过通信模块与环境监测中心连接，用于实时访问环境监测中心中存储的室内环境参数信息；
将监测区域内的传感器节点划分为多个簇，所述簇内传感器节点用于采集监测区域内的环境参数信息，簇头节点将自身采集的室内环境参数信息和收集的簇内传感器节点的监测信息进行打包，并将打包的环境监测数据包传输至汇集节点，由汇集节点将所述环境监测数据包转发至环境监测中心；
所述簇头节点对环境监测数据包进行传输时，定义簇头节点i传输环境监测数据包s对应的收益函数为Cost(i,s)，Cost(i,s)的表达式为：
Figure FDA0004152652450000011
当收益函数Cost(i,s)<0时，则簇头节点i放弃转发环境监测数据包s，否则，簇头节点i在其邻居簇头节点集合中选取下一跳簇头节点对该环境监测数据包s进行多跳传输，其中，T0(s)为设置的环境监测数据包s的可信时长，t(s)为环境监测数据包s传输消耗的时长，ri表示簇头节点i的通信半径，d(i,h)表示簇头节点i到汇集节点的距离，D(s)表示环境监测数据包s的大小，Kmax(i)表示簇头节点i的最大带宽，k(i)表示簇头节点i的已用带宽。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的环境监测***，其特征是，当簇头节点i发送环境监测数据包s对应的收益函数小于0时，则簇头节点i放弃传输该环境监测数据包s，当簇头节点i发送环境监测数据包s对应的收益函数大于等于0时，簇头节点i在其邻居簇头节点集合中选取下一跳簇头节点对环境监测数据包s进行转发，设Li为簇头节点i的邻居簇头节点集合，对集合Li中的邻居簇头节点进行遍历，定义遍历阈值T1(i)：
Figure FDA0004152652450000021
式中，d(s,h)为环境监测数据包s到汇集节点的距离，dmax(i,h)为簇头节点i的邻居簇头节点到汇集节点距离的最大值，t(s)表示环境监测数据包s传输消耗的时长，T0(s)为设置的环境监测数据包s的可信时长，设x为集合Li中的簇头节点，当簇头节点x满足
Figure FDA0004152652450000022
且
Figure FDA0004152652450000023
时，簇头节点x参与竞争簇头节点i的下一跳簇头节点，其中，d(i,h)表示簇头节点i到汇集节点的距离，d(x,h)表示簇头节点x到汇集节点的距离，ri表示簇头节点i的通信半径，d(x,i)表示簇头节点x和簇头节点i之间的距离。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的环境监测***，其特征是，定义簇头节点x参与竞争簇头节点i的下一跳簇头节点的竞争函数为f(x,i)，则f(x,i)的计算公式为：
Figure FDA0004152652450000024
式中，Tim(x,i)表示簇头节点x和簇头节点i之间的传输时延，Tim(y,i)表示参与竞争的簇头节点y和簇头节点i之间的传输时延，Yi表示参与竞争簇头节点i的下一跳簇头节点的簇头节点数，d(s,h)表示环境监测数据包s到汇集节点的距离，t(s)表示环境监测数据包s传输消耗的时长，T0(s)为设置的环境监测数据包s的可信时长，ex表示簇头节点x的剩余能量值，ev表示簇头节点v的剩余能量值，簇头节点v为参与竞争簇头节点i下一跳簇头节点的簇头节点；
在参与竞争簇头节点i下一跳簇头节点的竞争函数中选取具有最大值的簇头节点作为转发环境监测数据包s的下一跳簇头节点。
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