基于负载动态平衡的无线监测系统及监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于安全应急监控与通信领域，特别是设及一种基于负载动态平衡的无线 监测系统及监测方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线传感器网络（WSN)的迅猛发展，该技术已经渗透到各行各业，尤其是在 一些工业园区中对不同状况的监控，一旦发生突发情况，一个高效的监测系统就显得尤为 重要。目前针对WSN的研究基本上化围信快速，网络寿命长化及成本低为目的。形成的模式 主要为对监测节点首先选择合适的簇头，然后根据不同算法进行分簇，最后簇头之间路由 协议选择最优路径转发信息，最终实现最优的目的。所W对于WSN的研究可W从簇头的选 择、簇的形成、簇头之间的通信路由该几方面进行。早期簇头选择有学者提出LEACH协议， 每轮通信都对每个监测节点进行选择，对于每个节点产生一个0到1的随机数，与特定的口 限值进行比较，根据结果选择哪个节点作为簇头，但是该种方法没有考虑能量的消耗，D邸C 算法在LEACH的基础上考虑了能量的消耗，对于网络寿命的延长起到了一定的作用，分簇 方法的研究目前比较热口，但是都是基于整体一次性考虑，在之后的通信过程中不会根据 实际情况再进行动态负载平衡，通信次数增加后影响网络性能，一个更加良好的负载平衡 的选择需要重点研究，簇头之间的路由协议的研究主要是根据簇头剩余能量、簇头间距离、 跳数等因素形成目标函数，利用一些算法得到最优解，该些算法主要有粒子群算法（PSO)、 遗传算法（GA)、蚁群算法等。
[0003] W网关节点作为簇头，在对工业园区进行监测的过程中，每次通信后不同网关节 点的剩余能量W及周围节点对其的负载都发生变化，如果不重新进行簇的选择，势必影响 整个网络的通信效率W及网络寿命，为了解决固定分簇后簇头及簇的能量和负载不均衡的 问题，发明一套负载动态平衡的监测系统及监测方法很有必要。
【发明内容】
[0004] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于负载动态平衡的 无线监测系统及监测方法，用于解决现有技术中固定分簇后簇头及簇的能量和负载不均衡 的问题。
[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于负载动态平衡的无线监测 系统，包括监控中屯、、光纤、传输基站、多个网关节点、W及多个感应节点；
[0006] 所述监控中屯、用于接收从传输基站中传输来的数据信息并对数据信息进行处 理；
[0007] 所述传输基站包括光纤交换机，用于接收网关节点发送的信息，并通过光纤传输 到监控中屯、；
[000引所述网关节点部署于监测区域中，其通信半径R和初始能量E均大于感应节点，可W与多个感应节点通信，接收感应节点发送的信息，对信息进行融合并转发到传输基站；
[0009] 所述感应节点部署于监测区域中，感应节点与网关节点进行通信，感应节点之间 不进行通信，感应节点将监测到的信息发送到相应的网关节点，感应节点在每次通信后根 据网关节点的剩余能量和负载均衡动态重新分配到相应的网关节点。
[0010] 作为本发明的基于负载动态平衡的无线监测系统的一种优选方案，所述监控中屯、 包括多台计算机或者服务器。
[0011] 作为本发明的基于负载动态平衡的无线监测系统的一种优选方案，所述网关节点 包括；微处理器、存储器、无线收发器、传感器、W及电源，其中，所述网关节点中的传感器、 无线收发器与微处理器及存储器相连；所述无线收发器用于接收和发送无线电磁波；所述 微处理器及存储器用于存储接收的数据，并处理控制无线收发器及传感器的运行；所述电 源用于提供电能。
[0012] 作为本发明的基于负载动态平衡的无线监测系统的一种优选方案，所述感应节点 包括；微处理器、存储器、无线收发器、传感器、W及电源，其中，所述感应节点中的传感器、 无线收发器与微处理器及存储器相连；所述无线收发器用于接收和发送无线电磁波；所述 感应节点中的传感器感知周围环境的温度、湿度、气体浓度信息；所述微处理器和存储器用 于存储接收的数据，并处理控制无线收发器及传感器的运行；所述电源用于提供电能。
[0013] 本发明还提供一种基于负载动态平衡的无线监测方法，包括步骤：
[0014] 1)根据监测区域实际情况部署M个网关节点、N个感应节点、W及若干个传输基 站；
[0015] 2)网关节点周期性地发送包括ID信息的自身信息，感应节点接收到相应的信息， 根据自身的通信半径rW及网关节点的ID信息进行计算得到自身通信半径范围内的网关 节点；
[0016]如感应节点发送包括负载信息的自身信息，网关节点接收到相应信息，对信息进 行融合计算，感应节点根据数据处理结果首次被分配到相应的网关节点；
[0017] 4)感应节点监测周围信息，感应到相应的信息，发送到相应的网关节点，网关节点 对信息进行处理后转发到传输基站，传输基站将信息通过光纤传送到监控中屯、，监控中屯、 对信息进行处理；
[001引 5)感应节点根据网关节点的剩余能量和负载能力动态分配到相应的网关节点；
[0019] 6)重复进行步骤4)及5)。
[0020] 作为本发明的基于负载动态平衡的无线监测方法的一种优选方案，步骤3)包括 W下步骤：
[0021] 3-1)感知节点和网关节点初始能量分别为氏和Eg，感应节点的初始负载设为W， 通信半径均为r，感应节点接收到网关节点发送来的ID信息，计算出网关节点与感应节点 的距离为1，如果1<1，则感应节点属于该网关节点，依次计算不同感应节点与网关节点的 距离，得到不同感应节点属于哪些网关节点；
[0022] 3-2)对于只属于网关节点a的感应节点集合，分配该些感应节点到网关节点a;
[002引3-扣计算不同感应节点对网关节点a的总负载为巧中P,(a)表 示不同感应节点对于网关节点a的负载贡献概率，为第S个感应节点属于网关节点个数的 倒数，0《P,(a)《1，第S个感应节点只属于网关节点a时P,(a) = 1，第S个感应节点不 属于网关节点a时Ps(a) = 0 ;
[0024] 3-4)依次计算Ml个网关节点的总负载d=(d1，(I2......dm)；
[0025] 3-5)感应节点b比较该Ml个节点的总负载，选择总负载最小的网关节点m加入；
[0026] 3-6)更新网关节点m的总负载，为dm=dm+W-Pb(m)*W;
[0027] 3-7)更新其他Mi-1个网关节点的总负载为屯，=d,-P? *W，其中，（X= 1,2......Ml)U(X声m);
[002引 3-8)其他属于多个网关节点的感应节点比较自己所在不同网关节点对应的距离 山选择最小的距离d对应的网关节点加入；
[0029] 3-9)按照步骤3-1)~3-8)的方法得到其他属于多个网关节点的感应节点最终选 择的网关节点，直到所有感应节点分配完毕。
[0030] 作为本发明的基于负载动态平衡的无线监测方法的一