面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法技术方案

一种面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法，该系统由多功能传感节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分构成，多功能传感节点通过血氧探头、脉搏探头、体温探头等多种探头采集人体的血氧、脉搏、体温等具体信息和相对地理位置信息，然后通过无线传感模块将数据传输给无线传感网网关设备，网关设备通过实现无线传感网与以太网、无线局域网的无缝切换，将具体数据通过基础设施网络传到终端设备上，监控中心能够便捷的使用相关移动设备，如PDA、智能手机监测被困人员的生命体征和地理位置信息。该系统能够实际地应用在地震灾害环境下，可以在人力、财力、物力等各方面减少由于地震灾害带来的人的生命、财产的损失，为面向地震灾害的处理，突发环境的监测提供了一个实时的监测平台。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，该系统由多功能传感节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分构成，多功能传感节点通过血氧探头、脉搏探头、体温探头等多种探头采集人体的血氧、脉搏、体温等具体信息和相对地理位置信息，然后通过无线传感模块将数据传输给无线传感网网关设备，网关设备通过实现无线传感网与以太网、无线局域网的无缝切换，将具体数据通过基础设施网络传到终端设备上，监控中心能够便捷的使用相关移动设备，如PDA、智能手机监测被困人员的生命体征和地理位置信息。该系统能够实际地应用在地震灾害环境下，可以在人力、财力、物力等各方面减少由于地震灾害带来的人的生命、财产的损失，为面向地震灾害的处理，突发环境的监测提供了一个实时的监测平台。【专利说明】
本专利技术涉及一种基于无线传感器网络的无线通信系统的设计和实现方案，以及该系统在电脑和移动终端设备上的软件实现，两者有机结合构成面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统，属于无线传感器网络，嵌入式系统和无线通信的交叉领域。
技术介绍
无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。正如因特网使得计算机能够访问各种数字信息而可以不管其保存在什么地方，传感器网络将扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。由于它具有可到处散布的特点以及集体分析能力，因此它甚至被称为一种全新类型的计算机系统。无线传感器网络具有众多类型的传感器节点，可用来探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术之一和改变世界的十大技术之一。传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。无线传感器网络是一个由大量廉价的传感器节点组成的无线自组织网络。每个传感器节点由传感单元、处理 单元、无线通信单元和能量供应单元等构成。一种普遍被接受的无线传感器网络的定义为:大规模、无线、自组织、多跳、无基础设施支持的网络，其中节点是同构的，成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被随意地散布在监测区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。无线传感器网络的任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测。它综合了计算技术、通信技术以及传感器技术，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境信息或被监测对象的信息，这些信息以无线方式传送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会三元世界的连通。作为无线传感器网络平台的硬件载体，无线传感器节点的设计需要遵循微型化，低功耗，扩展性强，稳定性高，安全性好，成本低等众多因素。无线传感器网络的硬件系统主要包括多功能传感器、高性能嵌入式处理器和高频无线通信模块三个部分。需要集成传感器、微处理器和无线收发器等多种嵌入式芯片。拥有信息采集、信号处理、数据传输和实时监控等多种功能。实用性强，应用范围广泛。节点通过外围的传感模块感知需要观察的信息量，并自动传入内部的主控模块，进行信号分析和处理，并将处理后的信息送至无线发送模块。射频模块在一定的频段内，按照预先设定的数据传输率和编码方式，进行信息的传递，并能够将传感信息于数据终端实时显示，从而实现传感信号的无线通信。本专利将从应用角度出发，设计并实现适用于地震灾害环境下生命特征探测的轻量级、高稳定性的无线传感器网络硬件节点(传感节点和网关节点)，构建无线传感器网络各层次下的完善的协议栈体系结构，同时，在其上构筑功能丰富、安全可信的系统软件平台，最终实现无线传感器网络在地震灾害环境中的高可靠性应用。
技术实现思路
技术问题:本专利技术是针对地震灾害中传统通信网络遭到破坏的情况，提供一种。该方法构建一种高性能低功耗的无线传感器网络硬件载体，节点的设计和实现需要在功能上满足传感器网络的一般的数据传输，状态控制，实时监控，自主定位等一系列功能，同时，必须具备较好的系统集成度，较高的系统可靠性以及拥有更多的智能化。配备的网关节点设备将实现对其所在的无线传感器网络的区域管理、任务调度、数据聚合、状态监控与维护等一系列功能，利用网关节点，将灾难环境中的无线传感器网络及其有效传感信息与无线网络进行有效衔接，以实现多类型网络的无缝融合，巩固与加强无线传感器网络在地震灾害下的应急通信的可靠性与稳定性。最终将无线传感器网络硬件节点(传感器节点和网关节点)以及地震灾害现场的无线设备集成在一起，采集生命特征监测(如脉搏、体温、血氧等)和定位信息，一并传送给网关，然后网关通过网络转换选择合适的网络传给服务中心。技术方案: 本专利技术所提出的一种，由传感器节点采集人体体征信息及定位信息，通过无线传感网传输给无线传感网网关设备，通过网关设备实现无线传感网与以太网、无线局域网的无缝切换，将数据通过基础设施网络传到终端设备上，并结合相应的终端软件系统，实现了整个应急通信系统。本专利技术的系统包含了多功能传感器节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分: 1、多功能传感器节点的功能是采集人体体征信息和定位信息，并通过无线通信模块将数据通过无线传感网发送给网关设备。本专利技术在面板上封装了体温、脉搏与血氧三种不同用途的接口，以实现同一块面板上集成上述三项功能，并统一采用同一接线方式，方便实际使用中的更换。同时利用定位算法将节点地理位置信息 2、本专利技术提供的无线传感器网关设备的功能是从无线传感网接收来自传感节点的数据，并将数据通过基础设施网络传输到各个接收终端。本专利技术的网关设备提供以太网、无线局域网等多种方式接入基础设施网络，与传统无线传感网网关相比在网络覆盖、数据传输速率、网络的稳定性和设备性价比上都有优势，并克服了硬件设备布置的局限性，大大扩展了网关设备的应用范围。3、系统软件包括多功能传感节点上基于TingOS操作系统的系统软件和网关设备上基于Linux操作系统的系统软件。多功能传感节点上的系统软件采集用户生命体征信息和定位信息，并通过ZigBee通讯模块进行传输；网关设备上的系统软件综合调度网关上的各个硬件模块，实现无线传感网与无线局域网、有线局域网之间的无缝切换。4、本专利技术的终端软件采用了 B/S(浏览器/服务器)与C/S(客户端/服务器)两种 模式相结合的方式。对于需要获取实时数据的服务，采用C/S模式，监控中心工作人员可以通过终端软件，获取地震灾害中被困人员的实时生命体征和位置数据；对于需要历史数据查询的服务，采用B/S模式，通过应用服务器像客户端提供Web Service服务，利用WebService，屏蔽了客户端软件的平台异构性，监护者只需通过任何一种浏览器，即可获得该Web Service所提供的数据服务，而无需考虑具体在哪个操作系统平台。本专利技术的实现步骤如下: 该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向地震灾害的无线传感器网络应急通信系统的实现方法，其特征在于该系统由多功能传感节点、无线传感器网络网关、系统软件和终端软件四部分构成；多功能传感节点通过采集被困人员的生理体征信息，然后通过无线传感模块将数据传输给无线传感网网关设备，网关设备通过实现无线传感网与以太网、无线局域网及GSM网络的无缝切换，将采集到的数据通过基础设施网络传到终端设备上，监控中心能够便捷的使用相关移动设备监测被困人员的实时情况。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊杰，王汝传，孙力娟，黄海平，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：