基于无线感知网络的核电站设备监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了基于无线感知网络的核电站设备监控系统，无线监测节点：网格化设备监测表面，获取核电站待监测重要设备的初选监测点的10阶振型固有频率和总位移模态数据，采用智能优化算法进行优化点选取，收集核电站设备终端的监控信息；无线中继节点：网格化中继节点可能部署的空间范围，在无线监测节点基础上，初步形成虚拟冗余多路由路径，用来接收无线监测节点的监控信息数据；网关和网络访问点：将监控信息数据传送给后台监控软件进行处理；后台监控软件：对监控信息数据进行处理，将处理结果发送到客户端和各种监控终端。本发明的有益效果是本监控系统能够满足针对核电站应用场景中的高安全性、高可靠性等特殊需求。
【专利说明】基于无线感知网络的核电站设备监控系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于核电站设备监控【技术领域】，涉及基于无线感知网络的核电站设备监控 系统。
【背景技术】
[0002] 目前世界能源价格飙升、温室效应加剧、能源供需形势不断恶化，能源短缺和环境 问题成为全球能源问题主体，大力发展资源储量丰富和清洁核电成为必然选择。目前核电 站中的生产过程、工业控制、设备监测与维护等主要采用有线通信技术。但传统有线方式存 在许多问题，例如环境对布线约束、昂贵线缆、维护困难等，限制了有线技术应用的范围和 方式。另外，国内外最近提出希望建成百年核电站的目标，然而线缆生命周期一般短于设备 和基础设施寿命，电缆老化使得这个目标实现困难，而线缆更换代价高昂，甚至不能实现。 面临这些问题，自然产生出将无线感知网络技术应用于核电站的需求。
[0003] 无线感知网络可以通过各类集成化微型感知节点之间相互协作、传递信息，从而 获取各种实时数据，并通过无线方式进行多跳传输。在工业、军事、环境、卫生、以及安全监 测方面已有初步应用探索。但核电应激环境下存在设备电磁干扰、无线射频干扰，并容易在 密闭环境下发生散射、反射和衍射，同时核电站中还有核辐射以及无线信号不能影响敏感 设备等特殊约束，使得无线感知网络的鲁棒性、实时性、生存性等不能满足核电应激环境 下的应用要求。因此，满足要求的完整无线感知网络监控系统需要在硬件节点、网络部署、 通信过程、后台软件四个方面都要进行优化处理技术，才能最好的保证和提高无线感知网 络的整体性能。
[0004] 1)针对无线感知监测节点和无线感知中继节点的部署，目前已经出现了面向二维 平面下的理论探索，没有三维实际环境下的部署方案，而且在可靠性上不能达到核电站的 应用要求。本监控系统发明的第一个特点是能够根据核电现场环境状况，通过部署算法高 效的对监测节点和中继节点进行部署，从而形成了多跳多冗余稳定路由。
[0005] 2)在部署好节点形成路由通道以后，本监控系统的第二特点是采用了自己开发的 启发式快速调度算法完成了通信资源（时槽+频率）调度算法实现，进一步增强了无线监 控系统的可靠性。
[0006] 3)在监控软件方面，国内市场上已经出现了许多基于无线传感器网络设计实现的 监控软件产品，但这些产品主要面向环境监测等非工业领域，即使有一些工业领域的软件 但也难以满足核电站应用中对可靠性与安全性的特殊需要，且在软件层面上也存在可扩展 性与可移植性较差的缺陷。反观国际市场，美国Azima DLI公司的设备监控软件平台以其 丰富的功能及较高的可靠性在监控软件市场上占据了一席之地，并且在面对电站监控等安 全性要求较高的应用场景中也有着诸多成功的案例。但是，尽管Azima DLI公司对其产品 在可扩展性与跨平台性上也进行了完善，但是其受众局限于商业性质，其产品面对多样化 需求时表现出的可移植性仍有待提高。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在提供基于无线感知网络的核电站设备监控系统，解决了现有的无 线感知监控系统不能满足核电设备高可靠性需求的问题。
[0008] 本发明所采用的技术方案是由无线监测节点、无线中继节点、网关和网络访问点、 后台监控软件组成；
[0009] 所述无线监测节点：网格化设备监测表面，获取核电站待监测重要设备的初选监 测点的10阶振型固有频率和总位移模态数据，采用智能优化算法进行优化点选取，收集核 电站设备终端的监控信息；
[0010] 所述无线中继节点：网格化中继节点可能部署的空间范围，在无线监测节点基 础上，初步形成虚拟冗余多路由路径，然后以环境、易放置约束条件为基础，形成优化的冗 余路由路径，补充完成剩余的中继点部署位置确定，用来接收无线监测节点的监控信息数 据；
[0011] 所述网关和网络访问点：网络访问点采用了与中继节点同样的网络协议，能够在 确定的时间周期内收集到无线中继节点一轮监控信息数据，并将其交给网关，网关将监控 信息数据传送给后台监控软件进行处理；
[0012] 所述后台监控软件：对监控信息数据进行处理，将处理结果发送到客户端和各种 监控终端。
[0013] 进一步，所述优化点求取满足如下条件：a)尽量不丢失重要模态信息；b)测点应 避免放置在影响核电敏感设备的初选点位置；c)尽可能保证监测节点间连通且可使用定 向天线；d)测点最好位于安全、易维护、易放置位置。
[0014] 进一步，所述多路由路径链路冲突控制，根据Welsh-Powell算法和启发式算法求 出满足链路调度无冲突和网络调度资源最小约束下的通信资源的合理分配。
[0015] 进一步，所述启发式算法为：根据所有冗余路由形成的最后综合图，将其转化为冲 突图，冲突图中的"顶点"表示原图中的链路，冲突图中的"边"表示链路间的包含所有冲突 关系。然后根据我们提出的启发式算法进行资源分配，基于TDMA的跳频启发式调度：将时 间分割成周期性的帧，再将帧分割成小的时槽，无线感知网络节点通过对应的链路调度策 略，获取到分配给它的通信资源而进行数据发送或者接收，核电应激环境下，在链路调度的 过程中需要保证链路分配到至少一个不同的通信资源，在进行通信资源分配时，图中包含 相同顶点的临边分配不同通信资源，同时节点间两跳范围内存在相互干扰情况，也分配不 同通信资源以避免间接冲突，链路负载流量大小对应给链路分配不同的通信资源数目，以 解决流量不均衡问题，核电应激环境下无线感知网络规模和节点密度的增大必然使得通信 链路数量也迅速增加。
[0016] 进一步，所述后台监控软件包括数据处理模块、预警判断模块、数据呈现模块、权 限管理模块和安全备份模块；
[0017] 1)数据处理模块：
[0018] 数据处理模块主要负责对接收到的监控数据进行针对性的处理，从而为上层应用 提供直接可用的数据内容，该模块由2个子模块组成：数据解析子模块与数据存储子模 块，解析子模块将接收到的二进制数据帧按照其格式进行解析，经过该模块处理后的直接 可用的数据帧，内容包括：监测节点的编号、监测数据的类型、具体的监测数值及数据采集 时间；数据存储子模块将作为连接存储数据库的连接件，根据解析后的监控数据的内容调 用对应的存储过程；
[0019] 2)预警判断模块：预警判断模块的主要作用在于保障警报提示的实时性，经过数 据处理模块解析后的数据在进行呈现之前将首先到达该模块对是否触发预警提示进行判 断，其完整功能由阈值匹配子模块和警报触发子模块提供，阈值匹配子模块将解析后的数 据与对应的预警阈值进行比对，如果监控数据超过某一等级的阈值，那么该子模块将把数 据内容与阈值信息进行包装提供给警报触发子模块，警报触发子模块的任务是将达到警报 提示条件的数据封装成一个触发事件，由数据呈现模块最终完成警报提示信息的显示；
[0020] 3)数据呈现模块：数据呈现模块是本软件完成人机交互的核心，通过对显示页面 的管理与控制为用户请求提供响应，其子模块的组成与功能如下：
[0021] 实时查询子模块：呈现界面与后台数据支撑平台之间的中间件，由于数据处理模 块提供给上层的仅是当前接收到的最新数据，因此通过该子模块能够为数据呈现过程中的 多样化需求提供数据支持，增强了数据呈现的灵活性；
[0022] 数据转换子模块：该子模块与数据处理模块相结合，共同为待呈现的数据完成结 构的调整，其中封装了适用于折线图、柱状体、虚拟仪表、树状多种呈现结构的数据组织形 式；
[0023] 更新触发子模块：负责为用户端相数据端主动发起的交互提供功能支持，即"用 户一 >数据"数据流的入口，通过该子模块，用户能够实现监控节点阈值变更、设备名称变 更功能；
[0024] 图形呈现子模块：该子模块负责各种多媒体性的数据呈现工作，同时与警报提示 子模块一同完成面向多感官的警报信息的提示，其内部存在多种便于调用的呈现组件；
[0025] 警报提示子模块：监听预警判断模块的预警触发事件，并负责对事件中封装的具 体内容进行解析，将数据翻译为功能参数，经过该模块快速组织后的警报提示信息将以指 令的形式配和图形呈现子模块中封装的呈现组件，完成预警提示工作；
[0026] 4)权限管理模块：权限管理模块从预防用户错误操作的角度保障数据的安全性， 其完整功能由身份验证子模块和权限控制子模块组成；
[0027] 身份验证子模块作为当前用户与数据库中用户信息的连接，在用户登入监控软件 时，由该模块为其提供权限信息，为权限控制提供数据基础；
[0028] 权限控制子模块将全程监听当前登录用户执行的各种操作，并将该操作所需权限 与用户自身权限做匹配，仅当用户权限不小于操作所需权限时，软件才给予该操作请求以 响应；
[0029] 5)安全备份模块：安全备份模块将为监控数据提供系统级的安全防护策略，该模 块下存在2个子模块：增量备份子模块与备份管理子模块；
[0030] 增量备份子模块的作用是定期自动地由软件系统为新加入的采集数据进行备份， 并与已有的数据备份进行整合，进行统一管理；
[0031] 备份管理子模块将对不断产生的大量备份文件进行组织与管理，包括依照存储时 间、数据分类的分类方式调整存储结构，同时为管理员对备份数据的操作提供支持。
[0032] 本发明的有益效果是本监控系统能够满足针对核电站应用场景中的高安全性、高 可靠性等特殊需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是本发明基于无线感知网络的核电站设备监控系统结构示意图；
[0034] 图2是本发明系统结构图与核心技术对应图；
[0035] 图3是本发明监控软件模块示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0037] 本发明基于无线感知网络的核电站设备监控系统结构如图1所示，包括数据处理 模块、预警判断模块、数据呈现模块、权限管理模块和安全备份模块；
[0038] 无线监测节点：网格化设备监测表面，获取核电站待监测重要设备的初选监测点 的10阶振型固有频率和总位移模态数据。然后根据如下条件采用智能优化算法进行优化 点选取。满足如下条件：a)尽量不丢失重要模态信息；b)测点应避免放置在影响核电敏感 设备的初选点位置；c)尽可能保证监测节点间连通且可使用定向天线；d)测点最好位于 安全、易维护、易放置位置，收集核电站设备终端的监控信息。
[0039] 首先要保证尽量不丢失重要模态信息，所以准确获取振动信息需首要考虑，这是 因为它是整个监测系统正常工作的基础；其次，无线射频信号可能对敏感设备存在潜在威 胁，而敏感设备的失效可能造成核电站某些区域产生警告或报警，测点应避免放置在影响 核电敏感设备的初选点位置，所以对核电敏感设备影响应该次要考虑；核电站中感知点的 部署应该尽量放在易维护和安全的位置则第三考虑，最后才应该考虑节点间是否通信连 通，尽可能保证监测节点间连通且可使用定向天线。这是因为监测节点间的不连通可以通 过增加中继节点部署工作量进行弥补。
[0040] 无线中继节点：网格化中继节点可能部署的空间范围，在无线监测节点基础上，初 步形成虚拟冗余多路由路径，然后以环境、易放置约束条件为基础，形成优化的冗余路由路 径，补充完成剩余的中继点部署位置确定，用来接收无线监测节点的监控信息数据。
[0041] 所述多路由路径链路冲突控制，根据改良的Welsh-Powell算法和启发式算法求 出满足链路调度无冲突和网络调度资源最小约束下的通信资源的合理分配。根据所有冗余 路由形成的最后综合图，将其转化为冲突图，冲突图中的"顶点"表示原图中的链路，冲突图 中的"边"表示链路间的包含所有冲突关系。然后根据我们提出的启发式算法进行资源分 配，基于TDMA的跳频启发式调度：将时间分割成周期性的帧，再将帧分割成小的时槽，无 线感知网络节点通过对应的链路调度策略，获取到分配给它的通信资源而进行数据发送或 者接收，核电应激环境下，在链路调度的过程中需要保证链路分配到至少一个不同的通信 资源，在进行通信资源分配时，图中包含相同顶点的临边分配不同通信资源，同时节点间两 跳范围内存在相互干扰情况，也分配不同通信资源以避免间接冲突，链路负载流量大小对 应给链路分配不同的通信资源数目，以解决流量不均衡问题，核电应激环境下无线感知网 络规模和节点密度的增大必然使得通信链路数量也迅速增加。利用无线感知网络的通信距 离短等特征，距离较远链路同时使用相同通信资源进行并行通信，以此提高网络利用率、吞 吐量，减少网络延迟。
[0042] 首先根据监测节点与网关位置，遵循公平原则为每个监测节点形成冗余不相交链 路；然后在此基础上根据障碍物阻挡、链路通信质量差、部署位置受限、可使用定向天线等 约束通过遗传算法对路径进行重新优化；最后根据优化路径并结合实际环境下中继节点的 通信能力部署所有中继节点。这样可以成功避开三维障碍，使得整个部署网络形成一个连 通整体，满足了实际部署需要；也能够较合理的尽量经过部署建议点位置，让节点在实际部 署时不仅考虑路径长度，还综合考虑了安全、易放置、易维护、有外接电源的优良部署位置； 另外，可以使每对初始点间都有三条不相交路径进行数据传输，极大提高了网络鲁棒性，能 够很好应对节点或链路带来的故障，同时还能让数据传输和路由选择的灵活性大大增强， 已产生的三条基础路径保证了路由过程最少有三条可行路径。
[0043] 网关和网络访问点：网络访问点采用了与中继节点同样的网络协议，能够在确定 的时间周期内收集到无线中继节点一轮感知信息，并将其交给网关（网管和网关可以同一 装置也可以多个装置）。
[0044] 后台监控软件：对监控信息数据进行处理，将处理结果发送到客户端和各种监控 终端。软件将采用"电站-车间-系统-设备-节点"的层次结构。
[0045] 如图2所示为系统结构图与核心技术对应图，本发明的软件功能及方法如下：
[0046] 1)软件设计思路：
[0047] 监控软件的核心是数据，因此在软件设计过程中，本发明选择以结构化的软件设 计方法完成以数据为中心的软件整体结构的设计。基本思想是围绕监控数据，通过对软件 中数据流类型、数据流方向的分析，将后台软件系统设计成由相对独立、单一功能的模块组 成的结构。在开发过程中，为了保证软件具备较高的可扩展性，借鉴原型法的思想，首先完 成负责通用数据处理的软件核心，之后逐步地按照结构化的思想进行功能的实现。
[0048] 另外，核电站中对于直接应用于核岛的软件要求非常严格，通常的通用软件开发 方式不适合核电站可靠性要求，但是本系统所应用的场合是对核电设备的监控，并不涉及 核电内部自身系统的运行，没有介入关系安全的核心，所以不但可以采用通常的C/S模式， 还可以采用更方便的B/S开发方式。
[0049] 2)软件需求分析：
[0050] 由于核电站应用场景的特殊性，在对软件的需求中有着直接、明显的体现，其总体 需求主要包括：
[0051] 高可靠性：具体表现为软件具有对多种异常的容错处理能力以及面对突发异常时 具有快速恢复能力。
[0052] 高精确性：核电站运行数据的变化通常十分敏感，微量变化也可能引发严重的运 行问题，因此需要传感节点与监控软件都能够及时捕捉运行数据的变化，提供精确监控。
[0053] 强安全保障：监控数据直接影响电站的整体运行，因此数据的安全性至关重要，监 控软件系统应提供完善的安全防护策略保障数据安全。
[0054] 快速高效：控制核电站突发情况的最佳时机往往转瞬即逝，因此要求采集到的运 行数据应当迅速到达监控终端。
[0055] 操作简便：监控软件要求能够立即投入到生产工作的控制中，因此实现出的软件 应当具备强的易用性和良好的交互性。
[0056] 可维护性：核电站监控通常要求配套产品能够提供长期的支持，因此监控软件应 具备良好的可维护性。
[0057] 3)软件模块设计：
[0058] 如图3所示，本发明设计的监控软件将主要由以下模块及子模块组成：
[0059] 4)软件的关键技术分析：
[0060] ①实现监控数据的灵活共享。采集到监控数据在安全存储前提下，应满足监 控人员、管理者对数据查看的实时需求，以及多点监控的需求。为此，必须从传统的C/ S(Client/Service)监控软件体系中脱离出来，摆脱软件运行对终端系统的过度依赖。同 时，从长远的角度考虑，应使该软件具备一定的跨平台运行特性，以应对监控需求多样化趋 势下的产品移植、功能拓展等关键问题。
[0061] ②提供及时、准确的预警。监控软件在被动显示采集数据的同时应当充分发挥监 控终端的计算潜力，以较为智能的方式主动向用户提供当前系统运行中已发现的或可能存 在的问题隐患。
[0062] ③交互友好性的强化。监控软件中的功能实现与数据交互通过大量的图形界面进 行，因此友好的界面设计与合理的交互方式将为用户掌握功能提供极大的帮助。避免了因 交互设计缺陷而导致用户操作失误的可能，同时也能提高用户对产品的忠诚度。
[0063] ④功能可扩展性的提高。核电站应用对可靠性和稳定性的高要求，使得配套软件 应提供长期支持并且能够快速应对突发的需求扩充与需求变化。因此软件在设计过程中需 要时刻保持对可扩展性的重视，要求软件原型具有稳定、全面的核心功能并且能够与新的 组件快速融合。
[0064] 本发明的软件可以划分为数据处理层、数据存储层、人机交互层与安全管理层。各 层次结构通过功能模块间的配合作用发挥具体作用。
[0065] 软件的各模块设计：
[0066] 1)数据处理模块：
[0067] 数据处理模块主要负责对接收到的监控数据进行针对性的处理，从而为上层应用 提供直接可用的数据内容。该模块由2个子模块组成：数据解析子模块与数据存储子模块。 [0068] 解析子模块将接收到的二进制数据帧按照其格式进行解析，经过该模块处理后的 直接可用的数据帧内容应包括：监测节点的编号、监测数据的类型（如温度、振动、辐射强 度等）、具体的监测数值及数据采集时间。
[0069] 数据存储子模块将作为连接存储数据库的连接件，根据解析后的监控数据的具体 内容调用对应的存储过程。
[0070] 2)预警判断模块：
[0071] 预警判断模块的主要作用在于保障警报提示的实时性，经过数据处理模块解析后 的数据在进行呈现之前将首先到达该模块对是否触发预警提示进行判断。其完整功能由阈 值匹配子模块和警报触发子模块提供。
[0072] 阈值匹配子模块将解析后的数据与对应的预警阈值进行比对，如果监控数据超过 某一等级的阈值，那么该子模块将把数据内容与阈值信息进行包装提供给警报触发子模 块。
[0073] 警报触发子模块的任务是将达到警报提示条件的数据封装成一个触发事件，由数 据呈现模块最终完成警报提示信息的显示。
[0074] 3)数据呈现模块：
[0075] 数据呈现模块是本软件完成人机交互的核心，通过对显示页面的管理与控制为用 户请求提供响应。其子模块的组成与功能如下：
[0076] 实时查询子模块：呈现界面与后台数据支撑平台之间的中间件，由于数据处理模 块提供给上层的仅是当前接收到的最新数据，因此通过该子模块能够为数据呈现过程中的 多样化需求提供数据支持，增强了数据呈现的灵活性。
[0077] 数据转换子模块：该子模块与数据处理模块相结合，共同为待呈现的数据完成结 构的调整。其中封装了适用于折线图、柱状体、虚拟仪表、树状等多种呈现结构的数据组织 形式。
[0078] 更新触发子模块：负责为用户端相数据端主动发起的交互提供功能支持，即"用 户一>数据"数据流的入口。通过该子模块，用户能够实现监控节点阈值变更、设备名称变 更等功能。
[0079] 图形呈现子模块：该子模块负责各种多媒体性的数据呈现工作，例如图表、虚拟仪 表、树状组织结构的绘制，同时与警报提示子模块一同完成面向多感官的警报信息的提示。 其内部存在多种便于调用的呈现组件。
[0080] 警报提示子模块：监听预警判断模块的预警触发事件，并负责对事件中封装的具 体内容进行解析，将数据翻译为功能参数。经过该模块快速组织后的警报提示信息将以"指 令"的形式配和图形呈现子模块中封装的呈现组件，完成预警提示工作。
[0081] 4)权限管理模块：
[0082] 权限管理模块从预防用户错误操作的角度保障数据的安全性。其完整功能由身份 验证子模块和权限控制子模块组成。
[0083] 身份验证子模块主要作为当前用户与数据库中用户信息的连接，在用户登入监 控软件时，由该模块为其提供权限信息，为权限控制提供数据基础。
[0084] 权限控制子模块将全程监听当前登录用户执行的各种操作，并将该操作所需权限 与用户自身权限做匹配，仅当用户权限不小于操作所需权限时，软件才给予该操作请求以 响应。
[0085] 5)安全备份模块：
[0086] 安全备份模块将为监控数据提供系统级的安全防护策略。该模块下存在2个子模 块：增量备份子模块与备份管理子模块。
[0087] 增量备份子模块的作用是定期自动地由软件系统为新加入的采集数据进行备份， 并与已有的数据备份进行整合，进行统一管理。
[0088] 备份管理子模块将对不断产生的大量备份文件进行组织与管理。重点包括依照存 储时间、数据分类等分类方式调整存储结构；同时为管理员对备份数据的操作提供支持。 [0089] 核电站设备运行和健康状况监控服务产品是核电站建立安全、经济有效的运行体 系的基础，是提高核电站运行健壮性的重要手段，也是迅速应对核电站运行突发情况的前 提条件。本发明其主要效益表现在四个方面：其一，由无线传感器组织的低成本监控网络， 可以改善目前核电站难以进行人工实地监测的现状，随着无线传感器工艺的进步，可以为 不同核电站的不同防护等级与多种需求提供可定制化的监控服务，因而具有巨大的社会和 经济效益；其二，监控数据的长期积累可以为核电站安全指标的修正和应急预案的设计提 供真实数据的参考，对于研究新的核电设备或新的设备管理、防护方法，对于提高核电站 整体安全防护水平有着重要作用；其三，通过监控预警产品的实时采集特性与预警能力，可 以使监控中心对各个设备运行数据的发展趋势进行预测，从而预先布置维护工作，以期最 大限度地降低核电设备运行中的风险，做到防患于未然；其四，随着传感网络技术与医疗 卫生、城市交通等主要领域相结合的深入，实时监控产品在核电站领域的成功应用不仅对 该类监控产品的发展有着促进作用，而且将作为传感网络与现实需求相结合的重要案例之 一，为相关技术在更多领域的应用提供借鉴。
[0090] 本发明在设计与开发的过程中，积极地通过融合新技术、完善现有技术的方式，不 断提高部署方法和调度算法的可用性，以及软件产品的易用性、可扩展性及可移植性等重 要特性，期望实现出的核电监控系统整体方案、部署方法、调度策略以及软件产品能够快速 适应应用需求的变化。综上所述，作为本发明主要研究成果的部署技术、调度方法以及监控 软件完整实现了可靠无线感知网核电监控所需的整体各项功能
[0091] 综上所述，本发明将针对核电站应用场景中的高安全性、高可靠性等特殊需求，设 计并实现出满足核电站使用要求的监测节点与中继节点部署方案、针对通信资源（时槽+ 频率）的启发式快速调度算法、以及设备运行与健康状况实时监控软件。
【权利要求】
1. 基于无线感知网络的核电站设备监控系统，其特征在于：由无线监测节点、无线中 继节点、网关和网络访问点、后台监控软件组成； 所述无线监测节点：网格化设备监测表面，获取核电站待监测重要设备的初选监测点 的10阶振型固有频率和总位移模态数据，采用智能优化算法进行优化点选取，收集核电站 设备终端的监控信息； 所述无线中继节点：网格化中继节点可能部署的空间范围，在无线监测节点基础上，初 步形成虚拟冗余多路由路径，然后以环境、易放置约束条件为基础，形成优化的冗余路由路 径，补充完成剩余的中继点部署位置确定，用来接收无线监测节点的监控信息数据； 所述网关和网络访问点：网络访问点采用了与中继节点同样的网络协议，能够在确定 的时间周期内收集到无线中继节点一轮监控信息数据，并将其交给网关，网关将监控信息 数据传送给后台监控软件进行处理； 所述后台监控软件：对监控信息数据进行处理，将处理结果发送到客户端和各种监控 终端。
2. 按照权利要求1所述基于无线感知网络的核电站设备监控系统，其特征在于：所述 优化点求取满足如下条件：a)尽量不丢失重要模态信息；b)测点应避免放置在影响核电敏 感设备的初选点位置；c)尽可能保证监测节点间连通且可使用定向天线；d)测点最好位于 安全、易维护、易放置位置。
3. 按照权利要求1所述基于无线感知网络的核电站设备监控系统，其特征在于：所述 多路由路径链路冲突控制，根据Welsh-Powell算法和启发式算法求出满足链路调度无冲 突和网络调度资源最小约束下的通信资源的合理分配。
4. 按照权利要求3所述基于无线感知网络的核电站设备监控系统，其特征在于：所述 启发式算法为：根据所有冗余路由形成的最后综合图，将其转化为冲突图，冲突图中的"顶 点"表示原图中的链路，冲突图中的"边"表示链路间的包含所有冲突关系，然后根据我们提 出的启发式算法进行资源分配，基于TDMA的跳频启发式调度：将时间分割成周期性的帧， 再将帧分割成小的时槽，无线感知网络节点通过对应的链路调度策略，获取到分配给它的 通信资源而进行数据发送或者接收，核电应激环境下，在链路调度的过程中需要保证链路 分配到至少一个不同的通信资源，在进行通信资源分配时，图中包含相同顶点的临边分配 不同通信资源，同时节点间两跳范围内存在相互干扰情况，也分配不同通信资源以避免间 接冲突，链路负载流量大小对应给链路分配不同的通信资源数目，以解决流量不均衡问题， 核电应激环境下无线感知网络规模和节点密度的增大必然使得通信链路数量也迅速增加。
5. 按照权利要求1所述基于无线感知网络的核电站设备监控系统，其特征在于：所述 后台监控软件包括数据处理模块、预警判断模块、数据呈现模块、权限管理模块和安全备份 模块； 1)数据处理模块： 数据处理模块主要负责对接收到的监控数据进行针对性的处理，从而为上层应用提供 直接可用的数据内容，该模块由2个子模块组成：数据解析子模块与数据存储子模块，解析 子模块将接收到的二进制数据帧按照其格式进行解析，经过该模块处理后的直接可用的数 据帧，内容包括：监测节点的编号、监测数据的类型、具体的监测数值及数据采集时间；数 据存储子模块将作为连接存储数据库的连接件，根据解析后的监控数据的内容调用对应的 存储过程； 2) 预警判断模块：预警判断模块的主要作用在于保障警报提示的实时性，经过数据处 理模块解析后的数据在进行呈现之前将首先到达该模块对是否触发预警提示进行判断，其 完整功能由阈值匹配子模块和警报触发子模块提供，阈值匹配子模块将解析后的数据与对 应的预警阈值进行比对，如果监控数据超过某一等级的阈值，那么该子模块将把数据内容 与阈值信息进行包装提供给警报触发子模块，警报触发子模块的任务是将达到警报提示条 件的数据封装成一个触发事件，由数据呈现模块最终完成警报提示信息的显示； 3) 数据呈现模块：数据呈现模块是本软件完成人机交互的核心，通过对显示页面的管 理与控制为用户请求提供响应，其子模块的组成与功能如下： 实时查询子模块：呈现界面与后台数据支撑平台之间的中间件，由于数据处理模块提 供给上层的仅是当前接收到的最新数据，因此通过该子模块能够为数据呈现过程中的多样 化需求提供数据支持，增强了数据呈现的灵活性； 数据转换子模块：该子模块与数据处理模块相结合，共同为待呈现的数据完成结构的 调整，其中封装了适用于折线图、柱状体、虚拟仪表、树状多种呈现结构的数据组织形式； 更新触发子模块：负责为用户端相数据端主动发起的交互提供功能支持，即"用 户一 >数据"数据流的入口，通过该子模块，用户能够实现监控节点阈值变更、设备名称变 更功能； 图形呈现子模块：该子模块负责各种多媒体性的数据呈现工作，同时与警报提示子模 块一同完成面向多感官的警报信息的提示，其内部存在多种便于调用的呈现组件； 警报提示子模块：监听预警判断模块的预警触发事件，并负责对事件中封装的具体内 容进行解析，将数据翻译为功能参数，经过该模块快速组织后的警报提示信息将以指令的 形式配和图形呈现子模块中封装的呈现组件，完成预警提示工作； 4) 权限管理模块：权限管理模块从预防用户错误操作的角度保障数据的安全性，其完 整功能由身份验证子模块和权限控制子模块组成； 身份验证子模块作为当前用户与数据库中用户信息的连接，在用户登入监控软件时， 由该模块为其提供权限信息，为权限控制提供数据基础； 权限控制子模块将全程监听当前登录用户执行的各种操作，并将该操作所需权限与 用户自身权限做匹配，仅当用户权限不小于操作所需权限时，软件才给予该操作请求以响 应； 5) 安全备份模块：安全备份模块将为监控数据提供系统级的安全防护策略，该模块下 存在2个子模块：增量备份子模块与备份管理子模块； 增量备份子模块的作用是定期自动地由软件系统为新加入的采集数据进行备份，并与 已有的数据备份进行整合，进行统一管理； 备份管理子模块将对不断产生的大量备份文件进行组织与管理，包括依照存储时间、 数据分类的分类方式调整存储结构，同时为管理员对备份数据的操作提供支持。
【文档编号】H04W72/12GK104065701SQ201410214086
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】张衡, 陈东义, 张泽宇 申请人:张衡, 陈东义, 张泽宇