本发明涉及空气监测技术领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的大气污染监测系统。
背景技术：
相关技术中，对城市大气污染监测的方法主要有：
(1)传统方法，即人工取样实验室分析的方法。这种方法只能得到大气污染监测区域内某段时间内的监测值，无法进行实时监测，监测结果受人为的影响很大，同时，当大气污染监测区域有害气体浓度很高时会严重伤害监测人员的身体健康；
(2)目前比较流行的在线监测，多采用国外进口的自动化大气环境监测设备进行监测，这种监测方法，尽管能够实现实时监测，但所用设备结构复杂、价格昂贵、难以维护、运营成本高且其工作环境苛刻。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种基于无线传感器网络的大气污染监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于无线传感器网络的大气污染监测系统，包括：
无线传感器网络，用于对大气污染进行监测，获取大气污染监测数据并进行处理转发；
大气污染监测平台，用于与无线传感器网络双向通信，并且能够接收并分析无线传感器网络发送的大气污染监测数据，在大气污染监测数据超过设定的正常门限时发出报警信号；
远程控制终端，用于远程访问大气污染监测平台并接收大气污染监测平台发来的报警信号。
优选地，所述远程控制终端为远程计算机，能够通过互联网或3G网络或GPRS网络访问大气污染监测平台并接收报警信号。
优选地，所述大气污染监测平台包括用于与无线传感器网络双向通信的通信模块、大气污染监测数据存储模块和大气污染监测数据管理分析模块。
本发明的有益效果为：采用无线传感器网络技术获取大气污染监测数据并加以分析处理，能够准确、及时地反映大气污染状况并报警，可扩展性好，适合构建大规模的监测系统，适合推广应用。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，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本发明一个实施例的结构连接框图；
图2是本发明一个实施例的大气污染监测平台的结构连接框图。
附图标记：
无线传感器网络1、大气污染监测平台2、远程控制终端3、通信模块10、大气污染监测数据存储模块20、大气污染监测数据管理分析模块30。
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，本实施例提供了一种基于无线传感器网络的大气污染监测系统，包括：
无线传感器网络1，用于对大气污染进行监测，获取大气污染监测数据并进行处理转发；
大气污染监测平台2，用于与无线传感器网络1双向通信，并且能够接收并分析无线传感器网络1发送的大气污染监测数据，在大气污染监测数据超过设定的正常门限时发出报警信号；
远程控制终端3，用于远程访问大气污染监测平台2并接收大气污染监测平台2发来的报警信号。
在一个实施例中，所述远程控制终端3为远程计算机，能够通过互联网或3G网络或GPRS网络访问大气污染监测平台2并接收报警信号。
在一个实施例中，如图2所示，所述大气污染监测平台2包括用于与无线传感器网络1双向通信的通信模块10、大气污染监测数据存储模块20和大气污染监测数据管理分析模块30。
本发明上述实施例采用无线传感器网络技术获取大气污染监测数据并加以分析处理，能够准确、及时地反映大气污染状况并报警，可扩展性好，适合构建大规模的监测系统，适合推广应用。
在一个实施例中，所述的无线传感器网络1包括基站和多个随机撒布于设定的大气污染监测区域内的传感器节点；传感器节点采集的大气污染监测数据最终传送到基站，进而由基站将接收到的大气污染监测数据传送到大气污染监测平台2。
在一个实施例中，无线传感器网络1的拓扑结构为通过基于能量的拓扑演化机制建立的拓扑结构，其中基于能量的拓扑演化机制具体包括：
(1)设撒布的传感器节点个数为N，在撒布的传感器节点中选择N0个传感器节点与基站一同构成初始拓扑，其中N0<N；
(2)每过一个时间步长，在拓扑以外的可选范围内随机选择一个可加入拓扑的传感器节点作为新节点；
(3)计算该新节点与每一个既在其通信半径内又在拓扑内的传感器节点之间的连接概率：
式中，Λ表示既在新节点通信半径内又在拓扑内的传感器节点集合，∏(i)表示新节点与Λ中第i个传感器节点之间的连接概率，Rimin为所述第i个传感器节点的最小通信半径，Rimax为所述第i个传感器节点的最大通信半径，Ei为所述第i个传感器节点的当前剩余能量，Ei0为所述第i个传感器节点的初始能量，Rjmin、Rjmax分别为Λ中第j个传感器节点的最小通信半径、最大通信半径，Ej、Ej0分别为Λ中第j个传感器节点的当前剩余能量、初始能量，Gi为所述第i个传感器节点的节点度，Gj为所述第j个传感器节点的节点度，α1、α2为预设的权重系数；
(4)将新节点加入拓扑，新节点按照连接概率与在其通信半径内且在拓扑内的传感器节点进行择优连接，继续执行(2)直到M个传感器节点加入拓扑，其中，M根据网络实际需要进行设置，且满足N0<M≤N。
其中，拓扑以外的可选范围，为所有已加入拓扑的传感器节点的通信半径内的传感器节点集合。
相关技术中，无标度网络中连接度分布函数具有幂率形式，由于其节点的度没有特征长度，因而基于复杂网络无标度性构建的传感器网络拓扑，可使网络具有较高的随机抗毁性，且节点间连接链路较少，减少通信浪费。该方法虽然从随机抗毁性方面提高了网络性能，但由于其度分布的不均匀，导致一些关键节点能量消耗巨大，使其过早死亡从而导致网络的失效。本实施例在该方法的基础上进行进一步改进，提出了一种新的拓扑演化机制来构建无线传感器网络拓扑。
无线传感器网络1的拓扑结构是无线传感器网络1生存的基础，而有限的传感器节点能量通常会造成传感器节点能量耗尽失效而引起拓扑分割，基于此，本实施例在构建无线传感器网络1的拓扑结构时，综合考虑了传感器节点的剩余能量、通信范围和节点度因素，定义了新的节点间连接概率的计算公式，使得节点间的连接概率取决于传感器节点当前的通信半径和节点度，其中通过传感器节点的剩余能量约束传感器节点的当前通信半径，能够促使无线传感器网络1向节能的方向转变，从而平衡网络能耗，避免节点度较大的传感器节点因为能量耗尽引起失效，有效克服了无线传感器网络1建立过程中可能遇到的能量空洞问题，从而延长了无线传感器网络1的生命周期；另外，在该计算公式中引入了α1、α2两个参数，从而能够通过调节α1、α2来调节无线传感器网络1拓扑的度分布，减少了节点度大的传感器节点的数量，使拓扑的度分布更加均衡，从而增加了无线传感器网络1拓扑的容错性。
在一个实施例中，在撒布的传感器节点中选择N0个传感器节点与基站一同构成初始拓扑，具体为：
(1)基站的各邻居节点计算自身的效用值；
(2)对于基站的邻居节点集合中的每个传感器节点Vη，随机生成从0到1之间的一个数，若传感器节点Vη计算的效用值大于该数，则传感器节点Vη与基站建立连接，从而构成当前拓扑；
(3)计算当前拓扑的每个传感器节点的邻居节点的效用值，按照效用值由大到小的方式进行排序，选取前n个邻居节点与当前拓扑连接，得到初始拓扑，其中n等于当前拓扑包含的传感器节点个数；
其中，Vη的效用值为：
式中，为传感器节点Vη的效用值，为传感器节点Vη的当前剩余能量，为传感器节点Vη的初始能量，为传感器节点Vη的通信半径，D(Vη,sink)为传感器节点Vη到基站的距离，β1，β2为设定的权重系数。
传感器节点的剩余能量以及距离基站的距离将会影响到传感器节点的生命周期，基于此，本实施例对无线传感器网络1初始拓扑的构建方式进行了限定，根据效用值来选取构建初始拓扑的传感器节点，使得当前剩余能量大、距离基站更近的传感器节点具有更大的概率参与初始拓扑的构建，从而能够提高初始拓扑的抗毁性能，均衡无线传感器网络1的能耗，进一步有利于节省大气污染监测系统的运营成本，确保能够为大气污染监测平台长期有效地提供大气污染监测数据。
在一个实施例中，新节点按照连接概率与在其通信半径内且在拓扑内的传感器节点进行择优连接，具体为：
(1)对于传感器节点集合Λ内的每一个传感器节点Vl，随机生成从0到1之间的一个数，若满足下列条件，则新节点与传感器节点Vl连接：
[Π(l)-T(l)]f(Gl-GT)>0
式中，∏(l)为新节点与传感器节点Vl之间的连接概率，T(l)为由传感器节点Vl随机生成的0到1之间的一个数，Gl为传感器节点Vl的节点度，GT为设定的节点度阈值，表示无线传感器网络所能够允许的最大节点度，f(Gl-GT)为预设的取值函数，当Gl-GT≥0时，f(Gl-GT)＝0，当Gl-GT<0时，f(Gl-GT)＝1；
(2)重复(1)ρ次，完成新节点与当前拓扑的连接，其中ρ为预设的连接次数阈值。
本实施例设定了新节点按照连接概率与在其通信半径内且在拓扑内的传感器节点进行择优连接的具体策略，该策略能够防止新节点与节点度已经达到饱和状态的传感器节点建立连接，从而能够根据节点度阈值的设定控制无线传感器网络1中节点度的增加，从而达到优化拓扑性能的目的，从而提高大气污染监测数据采集的可靠性。
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。