专利名称：水情监测无线传感器网络及其节点部署方法
技术领域：
本发明公开了一种水情监测无线传感器网络及其节点部署方法，属于无线传感器网络和电子测控领域。
背景技术：
随着我国经济建设的发展，水文的预报和水资源的管理在国民经济中的地位越来越重要水情自动测报系统能够实时地测量并向信息中心上报雨量等水情数据，为水利部门提供大量的水文数据，为防洪防汛、防灾减灾提供准确的、科学的数据，发挥了重要作用。目前，我国许多水情监测预报大多采用超短波传输的方法，该方法存在着建设成本高等问题，采用先进科技手段对现有的水情监测管理进行系统改造已势在必行。 随着无线传感器网络技术的发展，因其具有通信便利、部署方便的优点，而得到了广泛的应用。将无线传感器网络应用到水情监测系统中，构建面向水情监测的无线传感器网络，无线传输方式能够有效地工作于偏远、复杂地区，解决水情监测中难以克服的环境复杂、偏远等问题。水情监测系统以对水位/闸位和雨量信息自动化监测为基础，融合计算机、现代通讯、人工智能、数据库等技术，对水情信息进行自动采集、传输和处理，从而实现节水、防污、提高水资源利用效率和最终实现水资源的可持续利用。对于中型流域监测网络，涵闸一般有几个 十几个闸孔，闸位传感器位于闸站站房内，距离汇聚节点较远的闸位传感器节点通过较近的闸位传感器节点路由，以多跳的方式与汇聚节点交换数据；雨量传感器位于站房周围，距离一般在几十米范围内，雨量传感器节点以一跳的方式或通过其他节点与汇聚节点交换信息；水位传感器一般位于闸站的一侦牝通常不能以一跳的方式与汇聚节点交换数据，必须通过若干个闸位传感器节点路由，以多跳的方式与汇聚节点交换数据。这样，水位传感器节点、闸位传感器节点和雨量传感器节点依次连接成一条链，组成WSN的链型结构。
发明内容
技术问题传统的水情系统信息采集多采用有线方式，布线复杂。决定了传感器的放置位置不能太远，线路还可能遭受意外损坏，扩展不方便，安装维护成高。同时，当需要增加测量参数时，往往需要对数据采集器硬件和软件进行修改，系统的扩展性较差，使用不方便。本发明将无线传感器网络技术应用于水情监测系统，构建水情监测无线传感器，以无线传输方式代替有线传输方式，可降低安装和维护成本，提高系统可靠性和扩展性。目前，在实际应用中构建网络时，节点的部署很少采用科学的部署策略或算法，带有一定的随意性。大多采用单链式结构，这样就造成传感器节点能量的不均衡消耗。传感器节点向汇聚节点传输数据时，通常要通过中间节点路由，离汇聚节点越近的传感器节点，需转发的数据也越多，因而会消耗更多的能量，因此汇聚节点附近的传感器节点能量将很快耗尽而“死亡”，汇聚节点也就无法收集数据，严重影响了网络的生命周期。
合理地布置传感器节点和汇聚节点，能够均衡能量、延长网络寿命，减少维护工作量。技术方案本发明的首要目的在于克服现有水情监测系统的上述缺陷，提出一种水情监测无线传感器网络，采用如下技术方案
一种水情监测无线传感器网络，其特征在于所述无线传感器网络采用不等间距的优化间隔双链式拓扑结构，包括信息管理中心、汇聚节点和以多跳的方式与汇聚节点交换信息的多个传感器节点，传感器节点负责采集现场信息并进行处理获得有效数据，再将有效数据通过无线通信方式发送给汇聚节点；汇聚节点连接无线传感器网络和外部网络，对传感器节点发送来的数据进行分析，并将分析结果通过GPRS网络发送给信息管理中心。本发明还提出一种水情监测无线传感器网络的节点部署方法，在单链式模型下，根据通信距离、传感器节点个数及节点能耗均衡，计算出单链式模型下的优化间隔，传感器节点按此优化间隔部署，汇聚节点设置在与其交换信息的所有传感器节点的中间，形成不 等间距的优化间隔双链式结构，单链式模型下的优化间隔的计算公式如下
权利要求
1.一种水情监测无线传感器网络，其特征在于所述无线传感器网络采用不等间距的优化间隔双链式拓扑结构，包括信息管理中心、汇聚节点和以多跳的方式与汇聚节点交换信息的多个传感器节点，传感器节点负责采集现场信息并进行处理获得有效数据，再将有效数据通过无线通信方式发送给汇聚节点；汇聚节点连接无线传感器网络和外部网络，对传感器节点发送来的数据进行分析，并将分析结果通过GPRS网络发送给信息管理中心。
2.根据权利要求I所述的水情监测无线传感器网络，其特征在于传感器节点按优化间隔部署，汇聚节点设置在与其交换信息的所有传感器节点的中间，形成不等间距的优化间隔双链式结构，优化间隔的计算公式如下
3.根据权利要求I或2所述的水情监测无线传感器网络，其特征在于汇聚节点由第一电源电路(8 )、串行接口电路(9 )、第一单片机电路(10 )和第一射频电路(11)组成；第一电源电路(8)的电源输出端分别接串行接口电路(9)、第一单片机电路(10)和第一射频电路(11)的电源输入端；串行接口电路(9)和第一射频电路(11)分别与第一单片机电路(10)连接。
4.根据权利要求I或2所述的水情监测无线传感器网络，其特征在于多个传感器节点至少包括水位传感器节点和闸位传感器节点，水位/闸位传感器节点由第二电源电路(12)、第二接口电路(13)、第二单片机电路(14)和第二射频电路(15)组成；第二电源电路(12 )的电源输出端分别接接口电路(13 )、第二单片机电路(14)和第二射频电路(15 )的电源输入端；第二接口电路(13)和第二射频电路(15)分别与第二单片机电路(14)连接。
5.根据权利要求I或2所述的水情监测无线传感器网络，其特征在于多个传感器节点至少包括雨量传感器节点，雨量传感器节点由第三电源电路(16)、第三接口电路(17)、第三单片机电路(18)和第三射频电路(19)组成，第三电源电路(16)的电源输出端分别接雨量接口电路(17)、第三单片机电路(18)和第三射频电路(19)的电源输入端；第三接口电路(17)和第三射频电路(19)分别与第三单片机电路(18)连接。
6.一种水情监测无线传感器网络的节点部署方法，其特征在于在单链式模型下，根据通信距离、传感器节点个数及节点能耗均衡，计算出单链式模型下的优化间隔，传感器节点按此优化间隔部署，汇聚节点设置在与其交换信息的所有传感器节点的中间，形成不等间距的优化间隔双链式结构，单链式模型下的优化间隔的计算公式如下
全文摘要
本发明公开一种水情监测无线传感器网络及其节点部署方法，所述无线传感器网络采用双链式拓扑结构，包括信息管理中心、汇聚节点及部署在汇聚节点附近、以多跳的方式与汇聚节点交换信息的雨量传感器节点、水位传感器节点和闸位传感器节点。所述节点部署方法根据能量消耗来确定节点部署位置，采用不等间距的优化间隔双链结构部署传感器节点和汇聚节点，以平衡每个传感器节点的能量消耗，避免了离汇聚节点越近的传感器节点越早“死亡”的现象，大大地优化了网络中节点的能量消耗，使得网络中各区域的传感器节点尽可能同时消耗完自身的能量，从而有效地延长整个网络的生命期，并提高可靠性，达到减少维护的目的。
文档编号H04W40/10GK102740396SQ20121021223
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者严妍, 严锡君, 余敏, 卜旸, 孙桐, 孟祥薇, 王玲玲 申请人:河海大学