专利名称：无线传感网火灾态势监控系统实现方法
技术领域：
本发明属于无线传感网应用管理领域，涉及一种大楼火灾态势监控系统的实现方法，。
背景技术：
无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新 兴前沿研究热点领域。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物 医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和巨大实用价 值，已经引起了世界许多国家军界、学术界和工业界的高度重视，并成为进入2000年以来公认的新兴前沿 热点研究领域，被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一，它将会对人类未来的生活方式产生 深远影响。
目前的火灾态势监控应用，通常仅布设有线检测点，提供若干离散点的火灾信息到消防监控中心。有 线接入导致布设不灵活，线路容易损坏等固有问题。若干离散点的布尔信息(0/l)的综合结果仅能提供火灾 的空间的大致分布情况，不能提供火灾的起源点、发展趋势，扩散方位、速度，安全通道导引等完整的火 灾态势信息，无法为消防人员提供更有效的帮助。无线网络相比有线网络在火灾态势监控中的应用更具优 势，可以解决有线接入的布设灵活性差和高温环境导致的线路损坏等问题。根据火灾态势监控应用的中短 距离、低速率、突发性数据传输、网络长期职守的特点，现有的短距离低速率无线通信技术如zigbee,在 信息传输上可部分满足该应用的需求。该技术通过无线多跳传输分组数据到指定的会聚节点，但该技术仅 定义了短距离、低速率、突发数据传输类型的无线多跳网络协议标准，不能满足网络长期职守要求，而且 没有提供其他火灾态势监控所必须的节点定位功能、信息会聚及消防态势分析功能和消防员手持终端信息 接入功能等，因此在火灾态势监控应用仍存在不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线传感网火灾态势监控系统的实现方法。
首先在消防监控的大楼做系统规划，确定信息采集节点、信息会聚节点、火灾态势分析中心的分布图。 然后确定会聚节点自身的信息会聚机制和节点之间的路由策略，实现单个会聚节点的会聚信息多跳传输到 火灾态势监控中心的功能。火灾态势监控中心的综合态势分析平台根据接收到的历史信息实时生成火灾态 势。在局部网络内应用无线接入技术实现信息采集节点接入单个会聚节点的功能。信息采集节点应用无线 定位技术获得所属会聚节点的相对定位信息。在网络系统工作的大部分时间，网络流量较小， 一旦出现火灾事件，则突发生成大量的网络数据流量，为此在信息采集节点上应用事件触发的流量自适应调节技术， 以获得网络能量消耗和QoS需求的折中优化。消防人员的手持终端需灵活接入大楼的火灾态势分析和存储 服务器，并动态获得当前火灾态势，辅助消防决策。 本发明采用如下技术方案
1. 信息采集节点到信息会聚节点的快速无线接入技术；信息釆集节点到信息汇聚节点的跳数限制在 1 3跳，以支持低时延信息传输。网络拓扑采用树型或者簇型结构，节点的MAC接入方式为超 帧调度加睡眠管理。路由策略使用扩散路由建立机制。
2. 事件触发的流量和工作任务周期自适应调节。网络职守阶段大部分节点周期上报附近的温度和烟 雾浓度信息，数据上报速率设为7;，发生火灾事件，节点将信息上报速率自适应调整为r,，要求 ; □ r2 ，并且t;到r2的切换时间限制在较小的时间内。信息采集节点接收到携带有事件消息的数 据分组，调整任务工作周期，以满足突发增加的数据传输所需的带宽。
3. 信息会聚节点的分布规划、多跳传输方案。
在网络系统的规划期，实现信息汇聚节点的位置分布的规划，会聚节点之间的多跳传输采用无线 局域网通信标准，路由机制为表驱动。
4. 监控中心服务器的态势分析
监控中心通过无线基站收集整个网络上传的分组数据，并提取出指定时间范围之内的有效事件信 息参数组，并绘制消防态势发展趋势图和做出辅助消防决策的预测结果。
5. 手持终端接入和信息获取
消防人员通过手持终端能无线接入大楼的态势分析服务器，接入方式应用相关的无线局域网接入 标准。手持终端无线接入服务器基站，实时获取整个大楼的消防态势，也可以获取指定位置的消
防态势。手持终端要求具有能将下载的态势信息通过GIS绘图并显示的功能。
本发明可实现对大楼火灾态势监控系统的有效监控。
图l为网络系统拓扑示意图。
图2为无线节点组网流程图。
图3为事件触发的数据采集流量自适应调整流程图。 图4事件触发的工作任务周期自适应调节流程图。 图5态势分析流程示意图。
图6手持终端接入和态势内容获取流程图具体实施方法
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
网络系统拓扑规划。如图1所示，网络系统包含以下网络设备信息采集节点、
信息会聚节点、监控中心基站、态势分析服务器、消防手持终端等。信息采集节点携带温度传感器或 者烟雾传感器，周期性产生温度数据分组、烟雾布尔型分组，通过802.15.4 MAC接入机制传输到信息会聚 节点。信息会聚节点应用多信道通信制式，接收信息采集分组并会聚，然后将会聚数据分组通过802.11 M AC接入机制多跳传输到监控中心的基站，基站将接收到的分组转交态势分析服务器。手持终端通过802. 1 1 MAC接入机制与监控中心基站通信，动态获取态势分析的信息数据，以供消防决策。 信息采集节点到信息会聚节点的无线组网，如图2所示。信息会聚节点首先要在
信息会聚信道获得到无线基站的链路信息，建立骨干路由信息；然后在信息收集信道广播信标帧，以 支持信息采集节点的入网和数据接入。信息釆集节点扫描父节点或者信息会聚节点的信标帧，以加入以信 息采集节点为中心的局部网络。
信息采集节点的流量和工作任务周期的自适应调节机制，如图3所示，信息采集节点在大部分工作时 间处于非火灾事件阶段，信息价值较低，因此传感器采集信息的周期可相对较小，以节省网络带宽的使用 率，最终实现节省节点能量消耗而延长网络寿命的目的。如图4所示为配合事件触发的流量自适应通信机 制，信息采集节点接收到子节点上传的事件消息分组后，需要及时调整自身的任务工作周期，即增加单位 MAC接入周期内的无线收发时隙数。在未接收到事件消息的达到一定时间后，重新调整任务工作周期，进 入非事件工作阶段。
消防态势分析，如图5所示，态势分析服务器基站接收带有节点相对位置的事件消息分组，提取出有 效对的环境信息参数组{/ ， ，^},其中； 为位置信息，？为接收时间，^为对应的环境信息，如温度参
数，烟雾布尔参数(有/无)。服务器保存当前时间/及之前A/范围之内，即时间段[f —Af,。内所有的有效
信息参数组，并分析出如下态势内容
1) Af范围之内的消防危急区域的扩散方向和速度。
2) 短期[f，f + Af]内火灾可能到达的区域。
3) 当前时刻可用的安全通道分布。
消防手持终端接入和信息获取流程，如图6所示。手持终端的接入制式和信息会聚节点到基站的接 入制式相同，可应用无线局域网802. ll无线通信标准。
权利要求
1、基于无线传感网的火灾态势监控系统的实现方法，其特征在于它包括如下步骤1)信息采集节点到信息会聚节点的快速无线接入信息采集节点到信息汇聚节点的跳数限制在1～3跳，以支持低时延信息传输。网络拓扑采用树型或者簇型结构，节点的MAC接入方式为超帧调度加睡眠管理；2)事件触发的流量和工作任务周期自适应调节网络职守阶段大部分节点周期上报附近的温度和烟雾浓度信息，数据上报速率设为T1，发生火灾事件，节点将信息上报速率自适应调整为T2，要求T1□T2，并且T1到T2的切换时间限制在较小的时间内；信息采集节点接收到携带有事件消息的数据分组，调整任务工作周期，以满足突发增加的数据传输所需的带宽。3)信息会聚节点的分布规划、多跳传输方案；4)监控中心服务器的态势分析监控中心通过无线基站收集整个网络上传的分组数据，并提取出指定时间范围之内的有效事件信息参数组，并绘制消防态势发展趋势图和做出辅助消防决策的预测结果；5)手持终端接入和信息获取消防人员通过手持终端能无线接入大楼的态势分析服务器，手持终端无线接入服务器基站，实时获取整个大楼的消防态势，也可以获取指定位置的消防态势。
2、 根据权利要求1所述的基于无线传感网的火灾态势监控系统的实现方法，其特征在于所述的步骤 1)中路由使用扩散路由建立机制。
3、 根据权利要求1所述的基于无线传感网的火灾态势监控系统的实现方法，其特征在于所述的步骤 3)中在网络系统的规划期，实现信息汇聚节点的位置分布的规划，会聚节点之间的多跳传输采用无线局域 网通信标准，路由机制为表驱动。
4、 根据权利要求1所述的基于无线传感网的火灾态势监控系统的实现方法，其特征在于所述的 步骤5)中手持终端接入方式应用相关的无线局域网接入标准；手持终端要求具有能将下载的态势信息通 过GIS绘图并显示的功能。
全文摘要
本发明涉及一种基于无线传感网的火灾态势监控系统的实现方法。在可能出现火灾的大楼等区域布设无线传感器网络信息收集节点，通过无线多跳传输到信息会聚节点，信息会聚节点将会聚信息分组转发到监控中心基站，在态势分析服务器上分析和提取火灾发展态势，消防人员通过无线终端实时接入监控中心基站，下载所管理区域的火灾发展态势并绘制辅助决策图。该方法能帮助消防官兵实时掌握火灾发展态势，及时有效的制定灭火方案。
文档编号G08B25/00GK101291267SQ20081006007
公开日2008年10月22日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日
发明者刘海涛, 姚道远, 杰 沈, 奎 马, 黄河清 申请人:中科院嘉兴中心微系统所分中心