一种基于无线传感器网络的船舶智能监测方法

本发明涉及船舶监测的，尤其是涉及一种基于无线传感器网络的船舶智能监测方法。

背景技术：

1、船舶智能监测是指通过技术手段实时监控船舶的所在位置与态势，从而对船舶的通航和生产，港口、航道、通航桥梁通航管理情况做到远程实时跟踪，是国内外用于狭窄水域、内河和港口的船舶交通监控系统的关键技术。该技术融合智能、大数据应用、云计算平台和ai算法技术，运用到海事安全与保障体系，保障关键水域船舶的航行安全和海洋生态环境。

2、船舶上一般设有船舶自动识别系统，船舶自动识别系统，是指一种应用于船和岸、船和船之间的海事安全与通信的新型助航系统。常由vhf通信机、gps定位仪和与船载显示器及传感器等相连接的通信控制器组成，能自动交换船位、航速、航向、船名、呼号等重要信息。装在船上的ais在向外发送这些信息的同时，同样接收vhf覆盖范围内其他船舶的信息，从而实现了自动应答。此外，作为一种开放式数据传输系统，它可与雷达、arpa、ecdis、vts等终端设备和internet实现连接，构成海上交管和监视网络，是不用雷达探测也能获得交通信息的有效手段，可以有效减少船舶碰撞事故。

3、目前的船舶智能监测基于的都是驶入该海域的船舶开启ais的态势监测，如果因为船舶自身船舶自动识别系统（automatic identification system-ais）出现故障或者有其他非法船舶通过水域未开ais就不能实时精确的定位驶入船舶的具体信息，这些具体信息包括水上移动业务标识码（maritime mobile service identity-mmsi）、船舶呼号（callsign-是国际海事组织imo指定给每条船舶唯一的识别信号）、国际海事组织（international maritime organization-imo）、船舶类型、航行状态、船长*船宽（米）、吃水（米）、维度（米）、经度、船首向、航迹向、航速、目的地、预到时间、最后时间、距离（海里）等。

4、目前对于狭窄海域如海峡内未开启ais的船舶，无法直接接收到ais发送的信息，导致遗漏船舶的信息监测，即便设置传感器节点主动获取到船舶信息，由于节点之间距离远，且前后的节点均只有一跳，当传感器节点数量较多，而在使用无线传输时频率较高时，容易出现传输的信息没有被下一跳节点成功接收的问题，信号干扰较为严重，容易出现丢包的现象。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了狭窄海域内船舶未开ais时，能实时监控该船的具体信息，并进一步采用改进的pegasis路由拓扑协议，让未开ais船舶丢包率降低而提供的一种基于无线传感器网络的船舶智能监测方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于无线传感器网络的船舶智能监测方法，方法包括：

4、s1、在海峡内建立船舶智能监测拓扑结构，所述智能监测拓扑结构包括设于海峡一侧的第一节点组和设于海峡另一侧的第二节点组，第一节点组中包括n个第一传感器节点和汇聚节点，第二节点组中包括n个第二传感器节点和汇聚节点，传感器节点包括传感器系统和通信系统；

5、s2、对第一传感器节点和第二传感器节点的进行标注；

6、s3、将第一节点组中的1号节点和第二节点组中的1’号节点作为当前节点；

7、s4、若当前节点接收到船舶信息，则将该船舶信息发送给当前节点对应的两个下一跳节点，若两个下一跳节点是n号节点和n’号节点，则执行s5；若两个下一跳节点不是n号节点和n’号节点，则将两个下一跳节点作为新的当前节点，返回s4；

8、若当前节点未接收到船舶信息，则将两个下一跳节点作为新的当前节点，返回s4；

9、s5、判断n号节点或n’号节点是否接收到船舶信息，若否，则返回s3，反之，执行s6；

10、s6、n号节点和n’号节点将船舶信息发送至汇聚节点，汇聚节点将船舶信息发送至基站，然后返回s3，所述基站设于海峡出口方向的海岸上，所述汇聚节点设于n号节点和n’号节点的海峡出口侧方向。

11、进一步地，所述对第一传感器节点和第二传感器节点的进行标注的具体步骤为：

12、n个第一传感器节点中，最接近海峡入口处的节点标注为1号节点，按照从海峡入口到海峡出口的方向的顺序继续标注2号节点，3号节点，以此类推，直至将n个第一传感器节点中最接近海峡出口处的节点标注为n号节点；

13、n个第二传感器节点中，最接近海峡入口处的节点标注为1’号节点，按照从海峡入口到海峡出口的方向的顺序继续标注2’号节点，3’号节点，以此类推，直至将n个第二传感器节点中最接近海峡出口处的节点标注为n’号节点；

14、其中，对于n个第一传感器节点中的n号节点，n∈{1，2，3，……，n-1}，n号节点的两个下一跳节点为n+1号节点和（n+1）’号节点，n+1号节点的两个上一跳节点为n号节点和n’号节点；

15、对于n个第二传感器节点中的n’号节点，n’∈{1’，2’，3’，……，（n-1）’}，n’号节点的两个下一跳节点为n+1号节点和（n+1）’号节点，（n+1）’号节点的两个上一跳节点为n号节点和n’号节点；

16、所述n个第一传感器节点和n个第二传感器节点中，n号节点和n’号节点为与基站距离最近的节点。

17、进一步地，所述若当前节点接收到船舶信息，则将该船舶信息发送给当前节点对应的两个下一跳节点的具体步骤为：

18、若当前节点接收到船舶信息，生成与该船舶信息对应的时间片并开始倒计时，在时间片内，当前节点将船舶信息对应的控制令牌以及船舶信息，一起发送给当前节点对应的两个下一跳节点。

19、进一步地，所述当前节点接收到船舶信息具体为：

20、当前节点接收到上一跳节点的通信系统发送的船舶信息和该船舶信息对应的控制令牌，或

21、当前节点接收到自身的传感器系统获取到的船舶信息。

22、进一步地，当前节点接收到自身的传感器系统获取到的船舶信息时，生成与该船舶信息对应的控制令牌。

23、进一步地，所述船舶信息包括船号信息、船名信息和时间戳信息。

24、进一步地，所述船舶信息设于船舶的左侧或右侧。

25、进一步地，所述传感器系统包括360°摄像头。

26、进一步地，所述传感器节点还包括太阳能充电系统，所述太阳能充电系统用于向传感器系统和通信系统供电。

27、进一步地，所n为大于1的正整数。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

29、（1）本发明设置两个不同的节点组成的节点组，对于每个传输节点收到的每个船舶信息，发送给两个相邻的下一跳节点，增加对船舶信息的发送次数，即便其中一个下一跳节点没有接收到信息，还可以有另外一个下一跳节点将数据发送至这个下一跳节点的，继续进行数据的传输，实现数据最终发送到汇聚节点，且由于下一跳节点是相邻距离最近的节点，两个节点之间的距离较短，传输数据的可靠性更高，可以减少丢包的现象。

30、（2）本发明中，两个不同的链条节点组成的节点组设于海峡的两侧，当船舶的ais系统发生故障时，本发明的节点通过传感器系统获取船舶信息，而船舶信息（如船名和船籍港信息）必然设于船舶的左侧或右侧，因此海峡的两侧的两组节点肯定可以检测到船舶信息，船舶正常航行的情况下，一侧的节点组通过传感器不断监测到该侧的船舶信息并进行信息传输，而另一侧则作为辅助传输信息的节点，同样传输船舶信息。如果船舶出现异常的行为，如掉头或者是从一组节点组的两个节点之间直接穿越，离开海峡，此时另一侧的节点也可以通过传感器系统继续监测到船舶信息，因此设置在海峡两侧的两个节点组，既可以辅助传输信息，减少丢包率，又可以克服船舶发生异常行为时，一侧的节点无法监测到船舶信息的问题。

31、（3）本发明汇聚节点（sink节点）设于n号节点和n’号节点的海峡出口侧方向，由于基站设于汇聚节点的海峡出口侧方向的海岸上，本发明采用的是顺延节点的网络拓扑系统，这种结构相对于传统的pegasis算法的优点在于：传统的pegasis算法需要不断切换整合数据并将数据发送至基站的链首节点，由于在本发明的场景中，为了基站的传输数据的稳定性和安全性，同时为了节省成本，将基站设于海岸上，因此一旦切换链首节点，链首节点和基站之间的距离就会增大，会超过节点的最大传输距离，且容易丢包，而本发明中不需要设置链首节点，各个距离最近的节点之间顺延传输数据，n号节点将数据传输至距离最近的汇聚节点，汇聚节点将数据传输至距离最近的基站，提高数据传输的安全性。