建筑物內環境監測無線傳感網絡結構優化設計方法

專利名稱：建筑物內環境監測無線傳感網絡結構優化設計方法
技術領域：
本發明涉及無線傳感網絡節點的布置，具體地說是一種基于信號衰減技術的建筑物內環境監測無線傳感網絡結構優化設計方法。該方法主要適用于室內環境監測等領域。
背景技術：
無線傳感網絡是由傳感器節點以多跳路由的方式構成的無線網絡，其目的是協作地感知、采集和處理傳輸網絡覆蓋區域內感知對象的監測信息并報告給監測者。無線傳感器網絡中的節點部署問題，是無線傳感器網絡應用的一個最基本問題，即在保證網絡的服務質量的前提下，通過一定的算法來布置無線傳感器節點，優化現有的網絡資源，以期利用最少的無線傳感器節點覆蓋最大的物理空間，從而實現網絡資源的最優化，節點利用率的
最大化和通訊開銷的最低化。目前，無線傳感網絡節點部署算法的研究大多集中在室外自由空間的隨機部署，很少有研究專門針對建筑物內的節點部署，由于存在以下因素，使得利用無線傳輸信道模型部署建筑物內節點的難度很大I、室內環境多變，包括房間布局各異、不同材質的墻壁門窗等客觀因素；2、人員活動不確定等隨機因素，造成信道環境復雜，信號傳播特征難以預測、數據容易丟失；3、非視距傳輸和多徑效應等因素對無線信道模型產生影響。

發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種方法簡單，實用性強的建筑物內環境監測無線傳感網絡結構優化設計方法，以期利用較少的路由器節點實現建筑物內最大的范圍覆蓋，避免了建立復雜的數學模型，從而有效地解決了建筑物內的節點部署難度很大的問題。本發明為解決技術問題采用如下技術方案本發明建筑物內環境監測無線傳感網絡結構優化設計方法按如下步驟進行步驟a、在被監測建筑物中任意選擇一房間作為基站，在所述基站中設置一總控節點，并設置一工控機用于接收、處理和顯示來自總控節點的環境監測信息；步驟b、確定節點相互通訊時信號的穿墻衰減能力在任一房間中放置一發射節點A，在與所述發射節點A相隔一道墻壁的位置處放置接收節點B，所述發射節點A與接收節點B處在同一水平高度上，設置所述發射節點A的發射功率為PF，測定無穿墻衰減時接收節點B的接收信號強度為Ps ;調整所述發射節點A或接收節點B所在的位置，使發射節點A與接收節點B之間的連線與所隔墻壁之間所成的夾角Θ分別為夾角θ2、θ3、θ4... θη，對應于每個夾角θ2、θ3、θ4... θη分別測量接收節點B對應的接收信號強度值PSi、PS2、PS3、Ps4. . . Psn，通過所述無穿墻衰減時接收節點B的接收信號強度Ps分別減去所述接收信號強度值PS1、PS2、PS3、PS4... Psn,獲得接收節點B上的信號衰減值P分別為Pp P2> P3、P4... Pn,將所述信號衰減值Pp P2、P3> P4- · · Pn中的最小值記為Pmin、最大值記為Pmax ;當穿越多道墻壁時，接收節點B上的信號衰減是穿越每道墻壁信號衰減值的疊加；設定當接收節點B的接收信號強度超過接收節點B規定的接收靈敏度時視為失效狀態，并記錄失效狀態時的信號衰減值Pt為最大衰減值；取Pt/Pmax的整數部分記為整數m，所述整數m即為發射節點A與接收節點B之間的有效通訊最多能夠穿越的墻壁數；根據每個夾角Θ ^ Θ 2、Θ 3、θ4... θη與相對應的信號衰減值Pp P2, P3、P4. . . Pn,利用最小二乘法擬合收發節點相互通信穿越一道墻壁時的信號衰減值P與收發節點連線與墻壁所成夾角Θ之間的關系模型曲線如式(I)P = F( Θ )(I)步驟C、確定總控節點所在樓層的路由器節點所在位置總控節點所在樓層中共有I個房間，每個房間中分別固定設置有傳感器節點，按 如下過程在走廊中心線上布置各路由器節點，所述各路由器節點包括一主路由器節點和其它從路由器節點，所在樓層的各傳感器節點或直接與主路由器節點通訊，或是通過從路由器節點與主路由器節點進行通訊，并通過主路由器節點將各傳感器節點的采集數據傳送至總控節點，通過工控機顯示各房間的環境監測信息；(I)確定主路由器節點的極限位置Ql假設所述主路由器節點與總控節點之間的通訊需要穿越步驟b中所述的m道墻壁，所述主路由器節點是處在走廊中心線上一段距離為L的區段L中，將主路由器節點沿著區段L等距離移動k次，記錄每次移動后主路由器節點與總控節點之間的連線與各道墻壁之間的夾角分別為θ η、Θ 12> Q 13、· · · Q Im ; Q 21、^ 22、Θ 23、· · · Θ 2m ; · · · ; θ u、Θ k2、0k3、... 0km;由式(I)所表達的關系模型獲得各夾角分別對應的信號衰減值Pn、P12、P13、· ·. Plm ;P21、P22、P23. ..P2m;... ;Pkl、Pk2、Pk3、· ·. Pkm ;計算每次移動后主路由器節點的信號總衰減值分別為 P(I) = (Pn+P12+P13+· · ·+plm) ；P(2) = (P21+P22+P23+· · ·+p2m) ；... ；P(k)=(Pki+Pk2+Pk3+· · · +Pkm);在所述信號總衰減值P(I)、P(2)、...和P(k)中找出最大信號衰減值，與所述最大信號衰減值對應的主路由器節點所在的位置即為主路由器節點的極限位置Ql ；(2)根據已經確定的主路由器節點的極限位置Q1，確定主路由器節點最多能管轄到的傳感器節點所在的房間；假設主路由器節點與總控節點所在樓層的I個房間中的傳感器節點通訊，針對每個傳感器節點與主路由器節點的連線與各墻壁之間的夾角，由式(I)獲得相應的信號衰減值，并通過相加分別獲得每個房間的傳感器節點與主路由器節點之間進行通訊的各房間信號衰減值P (i)、P(ii)、P(iii)... P (ni)，確定其中不大于最大衰減值Pt的房間信號衰減值所對應的房間即為主路由器節點所能管轄到的傳感器節點所在的房間；并確定其中大于最大衰減值Pt的房間信號衰減值所對應的房間需要布置從路由器節點；(3)確定從路由器節點的極限位置Q2對于主路由器節點管轄范圍之外的剩余房間布置從路由器節點，使得所有從路由器節點能覆蓋所在樓層的剩余房間所在的傳感器節點，并將從路由器節點接收到的傳感器節點的信息發送到主路由器節點上；將剩余房間的傳感器節點視作為過程(I)中的總控節點，將從路由器節點視作為過程(I)中的主路由器節點，按照所述過程(I)中確定主路由器節點極限位置Ql的方法確定從路由器節點的極限位置Q2 ；按照過程(2)主路由器節點確定最多所能管轄到的傳感器節點所在的房間的方法確定從路由器最多所能管轄到的傳感器節點所在的剩余房間；(4)對于從路由器節點未能覆蓋的剩余房間重復過程(3)，直到所在樓層中的所有傳感器節點均能被主路由器節點或從路由器節點所覆蓋，使得各從路由器節點與主路由器節點之間以及主路由器節點與總控節點之間通訊正常；步驟d、確定其他各樓層的路由器節點所在位置假設建筑物上下樓層的布局相同，其他各樓層分別 布置的一主路由器節點應在總控節點所在樓層的主路由器節點的正上方或者正下方的位置處，然后再由其他各樓層確定的主路由器節點位置按照步驟c中的過程(2)至過程(4)確定各樓層主路由器節點能管轄至IJ的傳感器節點所在的房間、各樓層中從路由器節點的位置和從路由器節點能管轄到的傳感器節點所在的房間；所在樓層的各傳感器節點或直接與所在樓層的主路由器節點通訊，或是通過所在樓層的從路由器節點與所在樓層的主路由器節點進行通訊，再向上或向下經所在樓層的主路由器節點將各傳感器節點的采集數據傳送至總控節點所在樓層的主路由器節點，最后傳送至總控節點，通過工控機顯示各房間的環境監測信息；從而完成整座建筑物的無線傳感網絡結構的優化設計。與已有技術相比，本發明有益效果體現在I、本發明采用基于信號衰減技術構建無線傳感器網絡，避免了建立復雜的包含有不同環境和人員干擾以及多徑效應等因素等作為未知參變量的無線傳輸信道模型，依靠現有的傳感器節點硬件平臺都帶有的測量信號衰減值寄存器，通過測量節點的接收信號強度值，間接得到節點的信號衰減值，方便有效地完成建筑物內網絡節點的部署；2、本發明通過建立室內環境構建穿墻信號衰減與收發節點連線與墻壁所成夾角之間的關系模型，從無線傳感器網絡節點所標識的接收靈敏度的角度出發，根據不同路由器的布局情況來分析節點的信號衰減情況，方便高效地實現利用較少的節點部署整個無線傳感器網絡。3、本發明該適用于室內環境監測等領域，通過本發明的方法布置無線傳感器節點，可用較少的路由器節點覆蓋建筑物內最大的范圍，實現網絡資源的最優化、節點利用率的最大化，不僅滿足工程要求，降低通訊開銷、節約成本，而且還提高了無線傳感網絡的實用性和通用性，在任何建筑物內都可部署無線傳感網絡節點。


圖I為本發明基于信號衰減技術構建的某辦公樓無線傳感網絡節點部署示意圖；圖2為本發明信號衰減值P與收發節點連線與墻壁所成夾角Θ之間的關系曲線擬合圖；圖中標號1總控節點；2主路由器節點；3從路由器節點；4走廊中心線；5傳感器節點。
具體實施方式
具體實例中，硬件平臺采用現在市場上通用的無線開發平臺CC2530DK模塊；CC2530DK 模塊是 TI 公司新推出的支持 IEEE 802. 15. 4/ZigBee/ZigBee PRO/ZigBee RF4CE標準的第二代片上系統解決方案。CC2530DK模塊集射頻收發及MCU控制功能于一體，包含一顆32MHz晶振和一顆32. 768KHz晶振及其它一些阻容器件，采用巴倫匹配電路、板載PCB倒F天線設計，接收靈敏度可達_97dB。利用CC2530DK模塊采用基于信號衰減技術構建的某辦公樓無線環境監測網絡實例，要求接收節點的接收信號強度不超過接收節點規定的接收靈敏度，即接收節點的接收信號強度不大于_97dB。在基站室安置總控節點，每一層走廊中心線上安置路由器節點，辦公室內安置傳感器節點。路由器節點實現節點間信息傳遞，路由器節點與被控傳感器節點之間采用星型拓撲結構，路由器節點與路由器節點之間采用網狀結構連接。本實施例中無線傳感網絡結構優化設計方法按如下過程進行
步驟a、在被監測建筑物中任意選擇一房間作為基站，如圖I所示，選擇301房間作為監控基站，在基站中將一CC2530DK模塊配置為總控節點1，將總控節點I部署在室內的中間位置，并設置一工控機用于接收、處理和顯示來自總控節點的環境監測信息；步驟b、確定節點相互通訊時信號的穿墻衰減能力在任一房間中放置一發射節點A，本實施例選擇在311房間的中間位置放置一CC2530DK模塊作為發射節點A，在與發射節點A相隔一道墻壁的位置處的走廊中心線4上放置接收節點B，發射節點A與接收節點B處在同一水平高度上，距離屋頂Im高處；設定發射節點A的發射功率為Pf = 4dBm，此時，測定無穿墻衰減時接收節點B的接收信號強度為Ps = _65dBm，調整發射節點A或接收節點B所在的位置，使發射節點A與接收節點B之間的連線與所隔墻壁之間所成的夾角0分別為9 : = 15°、θ2 = 30°、θ3 = 45°、θ4 = 60°、θ5 = 75°以及θ 6 = 90°，且發射節點A與接收節點B之間的連線只穿越一道墻壁，對應于每個夾角 Q1 = ISd、Θ 2 = 30。、Θ 3 = 45。、Θ 4 = 60。、Θ 5 = 75。以及 Θ 6 = 90。，分別測量接收節點B對應的接收信號強度值為Psi = -80dBm、PS2 = -79dBm、Ps3 = -77dBm、Ps4 = -75dBm、PS5 = -74dBm以及Ps6 = _73dBm，通過無穿墻衰減時接收節點B的接收信號強度Ps分別減去接收信號強度值，獲得接收節點B上的信號衰減值P分別為P1 = 15dBm、P2 =14dBm、P3 = 12dBm、P4 = lOdBm、P5 = 9dBm、以及 P6 = 8dBm,其中最小值記為 Pmin = 8dBm,最大值記為Pmax = 15dBm ;當穿越多道墻壁時，接收節點B上的信號衰減是穿越每道墻壁信號衰減值的疊加；設定當接收節點B的接收信號強度超過接收節點B規定的接收靈敏度時視為失效狀態，并記錄失效狀態時的信號衰減值Pt為最大衰減值；因為CC2530DK模塊所標識的接收靈敏度為_97dBm，所以最大衰減值Pt = (-65dBm)-(-97dB) =32dBm;求解Pt/Pmax的值，即Pt/Pmax = 2. 13,取Pt/Pmax的整數部分記為m = 2,則m = 2即為發射節點A與接收節點B之間的有效通訊最多能夠穿越的墻壁數；由此判定CC2530DK模塊在該建筑物內通訊最多能夠穿越兩道墻壁；在建筑物內傳輸距離的衰減相對于穿墻的衰減來說要小得多，一般室內部署的情況下可以不用考慮距離之間的衰減；若距離超過20m，可以按照每增力口 IOm衰減IdBm來計算。如圖2 所示，根據每個夾角 Θ 丨=15。、Θ 2 = 30。、Θ 3 = 45。、Θ 4 = 60。、Θ 5= 75。以及 Θ 6 = 90。與相對應的信號衰減值 P1 = 15dBm、P2 = 14dBm、P3 = 12dBm、P4 =IOdBnuP5 = 9dBm、以及P6 = 8dBm,利用最小二乘法擬合收發節點相互通信穿越一道墻壁時的信號衰減值P與收發節點連線與墻壁所成夾角Θ之間的關系模型曲線如式(I)P = O. 00032 θ 2-0· 13 Θ +17. 2(I)要求式⑴夾角Θ的取值范圍為15° 90°。步驟C、確定總控節點所在樓層的路由器節點所在位置假設總控節點所在樓層中共有I = 12個房間，每個房間中分別固定設置有傳感器節點5，按如下過程在走廊中心線4上布置最少的各路由器節點，使得所有路由器節點能覆蓋所在樓層的各傳感器節點5，各路由器節點包括一主路由器節點2和其它從路由器節點3，所在樓層的各傳感器節點5或直接與主路由器節點2通訊，或是通過從路由器節點3與主路由器節點2進行通訊，并通過主路由器節點2將各傳感器節點5的采集數據傳送至總控節點1，通過工控機顯示各房間的環境監測信息；
(I)確定主路由器節點2的極限位置Ql假設主路由器節點2與總控節點I之間的通訊需要穿越步驟b中的m = 2道墻壁，由此在走廊中心線4上確定一段距離為L的區段L作為主路由器節點2與總控節點I通訊時需要穿越2道墻壁的范圍，由圖I可得，區段L的最左端在308房間門口的走廊中心線4上，最右端在304房間門口的走廊中心線4上，將主路由器節點2沿著區段L從最右端移到最左端等距離移動k次，假定從最右端到最左端要移動k = 3次，記錄每次移動后主路由器節點2與總控節點I之間的連線與兩道墻壁之間的夾角分別為Θ n = 75°、Θ 12 = 15° ;Θ 21 = 65°、Θ 22 = 25° ; Θ 31 = 50°、Θ 32 = 40° ;由式(I)所表達的關系模型獲得各夾角分別對應的信號衰減值 P11 = 9dBm、P12 = 15dBm ；P21 = 10. 10dBm、P22 = 14. 15dBm ；P31 =11. 50dBm、P32 = 12. 51 dBm ;計算每次移動后主路由器節點2的信號總衰減值分別為P (I)=(Pn+P12) = 24dBm ；P(2) = (P21+P22) = 24. 25dBm ；P(3) = (P31+P32) = 24. OldBm ;在信號總衰減值P(1)、P(2)和P(3)中找出最大信號衰減值為P(2) = 24. 25dBm，與最大信號衰減值對應的主路由器節點2所在的位置即為主路由器節點的極限位置Ql ；(2)根據已經確定的主路由器節點2的極限位置Q1，確定主路由器節點2最多能管轄到的傳感器節點5所在的房間；假設主路由器節點2與總控節點I所在樓層的12個房間中的傳感器節點5通訊，針對每個傳感器節點5與主路由器節點2的連線與各墻壁之間的夾角，由式(I)獲得相應的信號衰減值，并通過相加分別獲得每個房間的傳感器節點5與主路由器節點2之間進行通訊的各房間信號衰減值？(1)、？(^)、？(^1)... (1^)，確定其中不大于最大衰減值Pt的房間信號衰減值所對應的房間即為主路由器節點2所能管轄到的傳感器節點5所在的房間；并確定其中大于最大衰減值Pt的房間信號衰減值所對應的房間需要布置從路由器節點3 ；具體實施中，由圖I所示主路由器節點2分別與302，303，304，307，308，309，310房間中的傳感器節點通訊需要穿越兩道墻壁，與305，306房間中的傳感器節點通訊需要穿越I道墻壁，由步驟b所分析的結論CC2530DK模塊在該建筑物內通訊最多能夠穿越2道墻壁，可以得到302、303、304、305、306、307、308、309、310房間中的傳感器節點與主路由器節點2通訊時的衰減值小于最大衰減值Pt = 32dBm，所以主路由器節點2最多能管轄從302 310房間中的傳感器節點5。而由圖I所示主路由器節點2與311，312房間中的傳感器節點5通訊需要穿過3道墻壁，與313房間中的傳感器節點5通訊需要穿越4道墻壁，由步驟b所分析的結論可以得到311，312，313房間中的傳感器節點5與主路由器節點2通訊時的衰減值超過了最大衰減值Pt = 32dBm，因此需要對311、312和313房間中的傳感器節點5進行重新部署從路由器節點3來管轄311、312、313房間中的傳感器節點5。(3)確定從路由器節點3的極限位置Q2對于主路由器節點2管轄范圍之外的311、312、313房間中的傳感器節點，需要部署布置從路由器節點3，使得所有從路由器節點3能覆蓋所在樓層的剩余房間所在的傳感器節點，并將從路由器節點3接收到的傳感器節點5的信息發送到主路由器節點2上；最終通過總控節點上傳到工控機顯示出來。將312所在房間的傳感器節點5視作為過程(I)中的總控節點1，將從路由器節點3視作為過程(I)中的主路由器節點2，按照過程(I)中確定主路由器節點2極限位置Ql的方法確定從路由器節點3的極限位置Q2 ;最終確定的從路由器的極限位置Q2為圖I中從路由器3所處的位置； 按照過程(2)主路由器節點2確定最多所能管轄到的傳感器節點5所在的房間的方法確定從路由器3最多所能管轄到的傳感器節點5所在的剩余房間；由于圖I中房間個數有限，所以從路由器節點3能夠管轄到所剩下的總控節點I所在樓層的所有傳感器節占.(4)如果總控節點I所在樓層足夠大，從路由器節點3未覆蓋的剩下的所有房間中，則可以按照過程(3)的方法，繼續部署從路由器節點3控制下的從路由器節點，直到所在樓層中的所有傳感器節點均能被主路由器節點2或從路由器節點3所覆蓋，使得各從路由器節點3與主路由器節點2之間以及主路由器節點2與總控節點I之間通訊正常；步驟d、確定其他各樓層的路由器節點所在位置假設建筑物上下樓層的布局相同，其他各樓層分別布置的一主路由器節點2應在總控節點I所在樓層的主路由器節點2的正上方或者正下方的位置處，然后再由其他各樓層確定的主路由器節點2位置按照步驟c中的過程(2)至過程(4)確定各樓層主路由器節點2能管轄到的傳感器節點5所在的房間、各樓層中從路由器節點3的位置和從路由器節點3能管轄到的傳感器節點5所在的房間；所在樓層的各傳感器節點5或直接與所在樓層的主路由器節點2通訊，或是通過所在樓層的從路由器節點3與所在樓層的主路由器節點2進行通訊，再向上或向下經所在樓層的主路由器節點2將各傳感器節點5的采集數據傳送至總控節點I所在樓層的主路由器節點2，最后傳送至總控節點1，通過工控機顯示各房間的環境監測信息；從而完成整座建筑物的無線傳感網絡結構的優化設計。
權利要求
1.建筑物內環境監測無線傳感網絡結構優化設計方法，其特征是按如下步驟進行 步驟a、在被監測建筑物中任意選擇一房間作為基站，在所述基站中設置一總控節點，并設置一工控機用于接收、處理和顯示來自總控節點的環境監測信息； 步驟b、確定節點相互通訊時信號的穿墻衰減能力 在任一房間中放置一發射節點A，在與所述發射節點A相隔一道墻壁的位置處放置接收節點B，所述發射節點A與接收節點B處在同一水平高度上，設置所述發射節點A的發射功率為PF，測定無穿墻衰減時接收節點B的接收信號強度為Ps ;調整所述發射節點A或接收節點B所在的位置，使發射節點A與接收節點B之間的連線與所隔墻壁之間所成的夾角e分別為夾角0^0^0^04... 0n，對應于每個夾角0^0^0^04... en分別測量接收節點B對應的接收信號強度值PS1、Ps2> PS3、PS4. . . Psn，通過所述無穿墻衰減時接收節點B的接收信號強度Ps分別減去所述接收信號強度值PS1、PS2、P53> Ps4- PSn，獲得接收節點B上的信號衰減值P分別為Pi、P2、P3、P4. . . Pn，將所述信號衰減值Pi、P2、P3、P4. . . Pn中的最小值記為Pmin、最大值記為Pmax ;當穿越多道墻壁時，接收節點B上的信號衰減是穿越每道墻壁信號衰減值的疊加；設定當接收節點B的接收信號強度超過接收節點B規定的接收靈敏度時視為失效狀態，并記錄失效狀態時的信號衰減值Pt為最大衰減值；取Pt/P_的整數部分記為整數m，所述整數m即為發射節點A與接收節點B之間的有效通訊最多能夠穿越的墻壁數； 根據每個夾角9 ^ 9 2、9 3、Q4... Qn與相對應的信號衰減值Pi、P2、P3、P4. - - Pn，利用最小二乘法擬合收發節點相互通信穿越一道墻壁時的信號衰減值P與收發節點連線與墻壁所成夾角9之間的關系模型曲線如式(I) P = F(S)(I) 步驟C、確定總控節點所在樓層的路由器節點所在位置 總控節點所在樓層中共有I個房間，每個房間中分別固定設置有傳感器節點，按如下過程在走廊中心線上布置各路由器節點，所述各路由器節點包括一主路由器節點和其它從路由器節點，所在樓層的各傳感器節點或直接與主路由器節點通訊，或是通過從路由器節點與主路由器節點進行通訊，并通過主路由器節點將各傳感器節點的采集數據傳送至總控節點，通過工控機顯示各房間的環境監測信息； (1)確定主路由器節點的極限位置Ql 假設所述主路由器節點與總控節點之間的通訊需要穿越步驟b中所述的m道墻壁，所述主路由器節點是處在走廊中心線上一段距離為L的區段L中，將主路由器節點沿著區段L等距離移動k次，記錄每次移動后主路由器節點與總控節點之間的連線與各道墻壁之間的夾角分別為0 n> 0 12、9 13、 9 Im ; 9 21、9 22、9 23、 9 2m ;…；9 kl、9 k2、0k3、... 0km;由式⑴所表達的關系模型獲得各夾角分別對應的信號衰減值Pn、P12、P13、. . Plm ;P21、P22、P23. ..P2m；... ;Pkl、Pk2、Pk3、. . Pkm ;計算每次移動后主路由器節點的信號總衰減值分別為 P(I) = (Pn+P12+P13+.+Plm) ；P(2) = (P21+P22+P23+. - - +P2J ;;P(k)=(Pkl+Pk2+Pk3+- +Pkm);在所述信號總衰減值P(I)、P(2)、...和P(k)中找出最大信號衰減值，與所述最大信號衰減值對應的主路由器節點所在的位置即為主路由器節點的極限位置Ql ； (2)根據已經確定的主路由器節點的極限位置Q1，確定主路由器節點最多能管轄到的傳感器節點所在的房間； 假設主路由器節點與總控節點所在樓層的I個房間中的傳感器節點通訊，針對每個傳感器節點與主路由器節點的連線與各墻壁之間的夾角，由式(I)獲得相應的信號衰減值，并通過相加分別獲得每個房間的傳感器節點與主路由器節點之間進行通訊的各房間信號衰減值P (i)、p (ii)、P (iii)... P (ni)，確定其中不大于最大衰減值Pt的房間信號衰減值所對應的房間即為主路由器節點所能管轄到的傳感器節點所在的房間；并確定其中大于最大衰減值Pt的房間信號衰減值所對應的房間需要布置從路由器節點； (3)確定從路由器節點的極限位置Q2 對于主路由器節點管轄范圍之外的剩余房間布置從路由器節點，使得所有從路由器節點能覆蓋所在樓層的剩余房間所在的傳感器節點，并將從路由器節點接收到的傳感器節點的信息發送到主路由器節點上；將剩余房間的傳感器節點視作為過程(I)中的總控節點，將從路由器節點視作為過程(I)中的主路由器節點，按照所述過程(I)中確定主路由器節點極限位置Ql的方法確定從路由器節點的極限位置Q2 ； 按照過程(2)主路由器節點確定最多所能管轄到的傳感器節點所在的房間的方法確定從路由器最多所能管轄到的傳感器節點所在的剩余房間； (4)對于從路由器節點未能覆蓋的剩余房間重復過程(3)，直到所在樓層中的所有傳感器節點均能被主路由器節點或從路由器節點所覆蓋，使得各從路由器節點與主路由器節點之間以及主路由器節點與總控節點之間通訊正常； 步驟d、確定其他各樓層的路由器節點所在位置 假設建筑物上下樓層的布局相同，其他各樓層分別布置的一主路由器節點應在總控節點所在樓層的主路由器節點的正上方或者正下方的位置處，然后再由其他各樓層確定的主路由器節點位置按照步驟c中的過程(2)至過程(4)確定各樓層主路由器節點能管轄到的傳感器節點所在的房間、各樓層中從路由器節點的位置和從路由器節點能管轄到的傳感器節點所在的房間； 所在樓層的各傳感器節點或直接與所在樓層的主路由器節點通訊，或是通過所在樓層的從路由器節點與所在樓層的主路由器節點進行通訊，再向上或向下經所在樓層的主路由器節點將各傳感器節點的采集數據傳送至總控節點所在樓層的主路由器節點，最后傳送至總控節點，通過工控機顯示各房間的環境監測信息；從而完成整座建筑物的無線傳感網絡結構的優化設計。
全文摘要
本發明公開了一種建筑物內環境監測無線傳感網絡結構優化設計方法，其特征是設定一包括總控節點和工控機的基站，各路由器節點包括主路由器節點和其它從路由器節點利用最小二乘法建立的信號衰減值P與收發節點連線與墻壁所成夾角θ之間的關系模型，確定各路由器節點所在極限位置，利用所確定的各極限位置布置各路由器節點，使得整座建筑物內的路由器節點最少并通訊正常，從而實現無線傳感網絡結構的優化設計。本發明原理簡單，操作簡便，不僅滿足工程要求、節約成本，而且還提高了無線傳感網絡的實用性和通用性。
文檔編號H04W24/02GK102685759SQ20121012272
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者余曉芬, 朱明 , 郁起明 申請人:安徽皖投力天世紀空氣凈化系統工程有限公司