一种多节点在线监测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多节点在线监测方法和系统。这种多节点在线监测方法根据定位广播的接收时间确定监测节点的漂浮部的位置坐标，再根据漂浮部的位置坐标估计该监测节点的锚固部的位置坐标。本发明专利技术基于锚固部的位置坐标生成多个节点集，每一节点集包含一个信标节点和多个监测节点。控制器沿节点集的通信链路向监测节点发送控制信号，监测部周期性获得水质数据，通信部沿所述通信链路向控制器上报水质数据。锚固部的位置坐标分割节点集，无须节点频繁测量信道质量来确定组网区域。所述在线监测系统主要由控制器、多个位于待监测水域表面的信标节点以及多个位于待监测水域内的监测节点组成。点组成。点组成。

【技术实现步骤摘要】
一种多节点在线监测方法和系统


[0001]本专利技术涉及远程监测技术，尤其涉及一种多节点在线监测方法和系统。

技术介绍

[0002]现有的水监测系统可以参照CN202010731842X的基于Zigbee无线传感器网络的监测系统。该系统将终端节点布置在检测区域中，终端节点用于检测水质数据。这种系统采用固定的数据收发网络，对于位置不固定的多节点监测环境，固定的数据收发网络容易造成功耗过高。水下多监测节点网络的自适应组网方案如《水下声通信传感器网络组织规划与多速率传输技术研究》、《面向水环境监测的无线传感器网络网关设计》等所述。节点分为水下节点和水面节点，水下节点采用例如水声通信，水面节点采用无线电通信。水声通信在水下空间更好的抗干扰能力。为获得最优的网络性能，通过分簇算法寻找到水面网关最佳位置，得到使得网络性能最优的路由。该案在更一般的范围内寻找最佳路由，分簇效率较低。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供了一种多节点在线监测方法和系统，通过估计节点位置坐标提高分簇组网的效率，实现多节点监测数据的低功耗实时上传。
[0004]本申请的专利技术目的可通过以下技术方案实现：一种多节点在线监测方法，包括：步骤1：在待监测水域内设置多个监测节点，该监测节点包括锚固部、漂浮部、监测部以及通信部，监测部和通信部固定在漂浮部内，该漂浮部经一柔性连接部连接位于水底的锚固部；步骤2：在待监测水域表面设置多个信标节点，控制器获得任意信标节点的位置坐标，控制器生成包含信标节点和监测节点的随机链路；步骤3：多个信标节点发布多个定位广播，监测节点接收该多个定位广播并存储定位广播的接收时间；步骤4：控制器根据定位广播的接收时间确定监测节点的漂浮部的位置坐标，再根据漂浮部的位置坐标估计该监测节点的锚固部的位置坐标；步骤5：控制器基于锚固部的位置坐标生成多个节点集，每一节点集包含一个信标节点和多个监测节点；步骤6：控制器基于漂浮部的位置坐标生成所述节点集的通信链路，节点集的一个监测节点为簇首节点，至少一个监测节点为非簇首节点；步骤7：控制器沿通信链路向监测节点发送控制信号，监测部周期性获得至少一项水质数据，通信部沿所述通信链路向控制器上报水质数据；步骤8：每间隔一第二通信周期，多个信标节点重新发布定位广播，控制器重新确定漂浮部的位置坐标以及锚固部的位置坐标，并返回至步骤5；步骤9：每间隔一小于第二通信周期的第一通信周期，多个信标节点重新发布定位
广播，控制器重新确定漂浮部的位置坐标，并返回至步骤6。
[0005]在本专利技术中，非簇首节点向簇首节点上报水质数据，簇首节点向信标节点发送该簇首节点测得的水质数据以及非簇首节点上报的水质数据。
[0006]在本专利技术中，所述控制器通过GPS通信网络确定信标节点的位置坐标，信标节点通过水声通信网络向水下区域发布定位广播。
[0007]在本专利技术中，在第一通信周期t内，控制器根据定位广播的接收时间确定漂浮部与m个信标节点的距离d1、d2、d3...d
m
，再根据该距离d1、d2、d3...d
m
以及信标节点的位置坐标确定漂浮部在该第一通信周期的位置坐标(x
t
,y
t
,z
t
)。
[0008]在本专利技术中，漂浮部在第一通信周期t
‑
2、t
‑
1、t的位置坐标分别为(x
t
‑2,y
t
‑2,z
t
‑2)、(x
t
‑1,y
t
‑1,z
t
‑1)以及(x
t
,y
t
,z
t
)，控制器由柔性连接部的长度R预测锚固部的位置坐标(x,y,z)。
[0009]在本专利技术中，在步骤5中，设置与信标节点一一对应的节点集，根据锚固部与信标节点的距离将任意监测节点纳入信标节点的节点集。
[0010]在本专利技术中，在步骤6中，监测节点i向控制器上报剩余能量E
i
，控制器根据监测节点i的剩余能量E
i
、与节点集内信标节点的距离L
i0
以及与其他监测节点j的距离L
ij
确定该监测节点的中继权重值W，同一节点集内中继权重值最大的监测节点标记为该节点集的簇首节点。
[0011]在本专利技术中，所述第二通信周期为第一通信周期的整数倍。
[0012]一种根据所述的多节点在线监测方法的在线监测系统，主要由控制器、多个位于待监测水域表面的信标节点以及多个位于待监测水域内的监测节点组成， 至少一个信标节点与监测节点组成随机链路或通信链路，监测节点经该随机链路或通信链路上报定位广播的信号强度和水质数据。
[0013]实施本专利技术的这种多节点在线监测方法和系统，具有以下有益效果：由于锚固部的位置坐标相对固定，本专利技术基于锚固部的位置坐标分割节点集，无须节点频繁测量信道质量来确定组网区域，减少了节点组网的能耗。并且组网过程考虑节点剩余能量，提高系统寿命。本专利技术通过信标节点确定漂浮部的位置坐标，再由漂浮部估计锚固部的位置坐标，解决了现有技术难以通过GPS测量锚固部的位置坐标的问题。鉴于水声通信的误差较大，导致距离数据精度有限，本专利技术的控制器通过最小误差矩阵估计漂浮部的位置坐标，无须高精度的距离数据，提高系统的容错能力。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的多节点在线监测方法的流程图；图2为本专利技术的多节点在线监测方法的使用环境的示意图；图3为本专利技术的监测节点的优选示意图；图4为本专利技术的预测锚固部的位置坐标的示意图；图5为本专利技术的通信链路的示意图，图中虚线箭头为水声通信方向，实线箭头为无线通信方向；图6为本专利技术的通信过程的示意图，图中虚线箭头为握手信号，实线箭头为水质参数信号；
图7为本专利技术的多节点在线监测系统的框图；图8为本专利技术的信标节点的优选结构图；图9为本专利技术的监测节点的优选结构图。
具体实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0016]实施例一如图1至图6所示的本专利技术的这种多节点在线监测方法，用于河流湖泊的水质检测。多个监测节点非均匀的布置在河流湖泊内，通过提取监测节点的水质数据实现在线检测。由于监测节点位置坐标不固定，需要周期性监测节点的通信链路，以提高信道质量并降低功耗。本专利技术通过估计节点位置坐标提高分簇组网的效率，实现多节点监测数据的低功耗实时上传。这种多节点在线监测方法包括以下步骤。
[0017]步骤1：在待监测水域内设置多个监测节点，该监测节点包括锚固部1、漂浮部2、监测部3以及通信部4。监测节点通常非均匀地布置在监测水域内，锚固部位于监测水域的底部，监测部和通信部固定在漂浮部内，该漂浮部经一柔性连接部连接位于水底的锚固部。在水流的作用下，漂浮部会在锚固部上方移动。漂浮部的平均密度低于载体水域，漂浮部会保持在水域中部，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多节点在线监测方法，其特征在于，包括：步骤1：在待监测水域内设置多个监测节点，该监测节点包括锚固部、漂浮部、监测部以及通信部，监测部和通信部固定在漂浮部内，该漂浮部经一柔性连接部连接位于水底的锚固部；步骤2：在待监测水域表面设置多个信标节点，控制器获得任意信标节点的位置坐标，控制器生成包含信标节点和监测节点的随机链路；步骤3：多个信标节点发布多个定位广播，监测节点接收该多个定位广播并存储定位广播的接收时间；步骤4：控制器根据定位广播的接收时间确定监测节点的漂浮部的位置坐标，再根据漂浮部的位置坐标估计该监测节点的锚固部的位置坐标；步骤5：控制器基于锚固部的位置坐标生成多个节点集，每一节点集包含一个信标节点和多个监测节点；步骤6：控制器基于漂浮部的位置坐标生成所述节点集的通信链路，节点集的一个监测节点为簇首节点，至少一个监测节点为非簇首节点；步骤7：控制器沿通信链路向监测节点发送控制信号，监测部周期性获得至少一项水质数据，通信部沿所述通信链路向控制器上报水质数据；步骤8：每间隔一第二通信周期，多个信标节点重新发布定位广播，控制器重新确定漂浮部的位置坐标以及锚固部的位置坐标，并返回至步骤5；步骤9：每间隔一小于第二通信周期的第一通信周期，多个信标节点重新发布定位广播，控制器重新确定漂浮部的位置坐标，并返回至步骤6。2.根据权利要求1所述的多节点在线监测方法，其特征在于，非簇首节点向簇首节点上报水质数据，簇首节点向信标节点发送该簇首节点测得的水质数据以及非簇首节点上报的水质数据。3.根据权利要求1所述的多节点在线监测方法，其特征在于，所述控制器通过GPS通信网络确定信标节点的位置坐标，信标节点通过水声通信网络向水下区域发布定位广播。4.根据权利要求1所述的多节点在线监测方法，其特征在于，在第一通信周期t内，控制器根据定位广播的接收时间确定漂浮部与m个信标节点的距离d1、d2、d3...d
m
，再根据该距离d1、d2、d3...d
m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭戈，冷健雄，熊丽姬，李小双，励文，刘磊，李春霞，杜冰，程泽英，汪杨，吴鑫帆，
申请(专利权)人：江西怡杉环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：