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基于无线传感器网络的火灾现场定位技术研究

作者:时间:2009-04-28来源:网络收藏

摘 要:针对目前由消防人员在环境中进行侦察工作的危险性,将应用于消防系统,用具有耐热特性且对温度具有敏感的感知能力的微型在火场中组网,利用DV―hop算法对节点,并结合节点处温度变化情况,实现对火场环境的实时监控。经分析得知,具有很好的可实现性。
关键词:;消防;;节点

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/163829.htm


危险无处不在.严重影响人类的生产、生活和生命交全,在对环境的危险程度未知的情况下,消防人员直接进入火灾进行侦察和灭火工作,是非常危险的。由具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器组成的无线传感器网络,可以替代消防人员在危险的火灾环境中进行侦察工作,在火灾发生时,微型传感器实时感知环境信息,并将环境信息传送到后方,人们就可以不需进入现场而知道详细的火灾情况。


1 用于消防系统的无线传感器网络
无线传感器网络是由一组传感器以Ad Hoc方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖地理区域中感知对象的信息。用于消防系统无线传感器网络中的传感器接点应该具有耐热特性,并且对温度具有敏感的感知能力,通过网络覆盖区域内传感器温度的变化情况及其位置信息,实现对火情的实时监控。此系统示意图如图1所示。这些接点完成通常的数据采集、计算以及互联功能,它们通过传感器网络将信息传送给网关,网关对这些数据做出响应,并通过本地传输网络送到远端基站,基站通过互联将数据传送给数据库服务器,最后数据通过终端界面传送给消防人员。
由于布置于火灾现场的传感器网络成本问题和节点能量十分有限,而且节点无法补充,因而不适宜每个节点都装备高成本、高能耗的GPS设备,实际上,无线传感器网络中经常采用分布式的节点定位算法。定位算法根据是否测量距离,可分为距离有关的和距离无关的2种。距离有关的通过测量距离角度等信息进行定位,对硬件要求较高且成本较高。受无线传感器网络硬件设施限制,相对于花费较高的距离的方法,距离无关机制被认为是性价比较高的选择。


2 DV―hop定位算法
DV―hop算法是一种距离无关的定位算法,由NICULESCU D等在Navigate项目中提出,适用于Ad―Hoc网络,并且在密集网络中得到了大约射程范围的1/3的精确度。在一个异构网络中,包含传感器节点和锚节点。锚节点不仅可进行单级广播,而且可把其位置信息广播给整个网络的所有节点。节点根据接收到的锚节点位置、锚节点的跳数和每一跳的平均距离计算出自己的位置。该算法的实现大致分为如下3个阶段。
(1)距离矢量交换阶段。在该阶段中,DV―hop算法采用类似于经典的距离矢量路由算法的机制,使得网络中的所有节点都知晓其与各参考节点的跳数。为此,每个节点都维护着一个表{xi,yi,hi},其中,xi,yi为参考节点i的坐标,hi为该节点到参考节点i的跳数。在初始时,参考节点向邻接节点广播一个信标(数据包),其中包含它的坐标以及跳数,其初始值为1。邻居节点接收到信标后,将跳数加1后继续向它的邻居广播(除了来源方向),如此通过洪泛的方式向整个网络传播。如果某节点接收到来自相同参考节点的多个信标,则表明它到该参考节点有多条路径。此时,节点将保留含有最小跳数值的信标,而忽略其他信标,这就保证了所得到的跳数值是它到参考节点的最短路径。经过这个过程,只要整个网络是连通图,网络中的所有节点(包括参考节点)都能得到各参考节点的坐标,以及它到各参考节点的最短距离,也就是跳数。图2中以单个参考节点为例,表示跳数在网络中的传播过程,其中圆形表示节点的通信半径。
(2)校正值计算与广播阶段。该阶段中,每个参考节点在获得其他参考节点位置和相隔跳数后,计算网络平均每跳距离,然后将其作为一个校正值广播至网络中,参考节点i的平均每跳距离,也就是校正值。其计算方法如下:


式(1)中,(xi,yi),(xi,yi)分别是参考节点i与j的坐标;hij表示参考节点i到参考节点j的跳数。


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