管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络及路由方法技术方案

本申请公开了管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络及路由方法，无线传感网络包括终端节点、汇聚节点和任务管理节点，终端节点分布设于管廊各监测区域，汇聚节点分布设于各监控区间，每个监控区间对应多个监测区域；终端节点与终端节点或汇聚节点连接，终端节点与任务管理节点连接，任务管理节点设于管廊控制中心负责整个无线传感网络；路由方法包括：在路由之前，首先选取簇头，步骤一、接簇头，簇头连接汇聚节点；步骤二、采集数据；步骤三、选取新一轮的簇头；步骤四、非簇头申请加入簇中；步骤五、进行通信。进行通信。进行通信。

【技术实现步骤摘要】
管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络及路由方法


[0001]本申请涉及一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络及路由方法，属于管廊安全风险综合监测预警


技术介绍

[0002]随着新型城镇化、新型工业化速度加快，城市规模越来越大，流动人口多、高层建筑密集、经济产业集聚等特征日渐明显，城市已成为一个复杂的社会机体和巨大的运行系统，城市安全新兴风险、传统产业风险、区域风险等积聚滋生、复杂多变、易发多发。一些城市相继发生重特大生产安全事故(灾害)，造成群死群伤的情况屡屡发生，暴露出当前部分城市安全风险底数仍然不清、安全风险辨识水平不高、安全管理手段落后、风险化解能力有限等突出问题。
[0003][0004]综合管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络的构建是对综合管廊数字化管理的探索和突破，从原有的值班人员管理向智能化管理进行发展，同时建立风险预警机制，预警处置机制，建立管理闭环。实现风险实时监测、预警及时处置的闭环管理体系。无线传感网络终端节点路由方法和算法的研究对无线传感网络在综合管廊安全风险综合监测预警系统中的应用有着重要的意义，它的性能直接影响着在实际应用中的实用性。采用新型的簇头选举策略来保证整体网络中终端节点能量均衡，进一步延长了网络寿命。

技术实现思路

[0005]本申请要解决的技术问题是如何实现管廊安全风险综合监测预警。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请的技术方案是提供了一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，包括终端节点、汇聚节点和任务管理节点；
[0007]所述终端节点分布设于管廊各监测区域成为综合管廊风险监测感知层；所述终端节点包括通信模块、处理器模块、感知模块和电源模块；所述感知模块包括数模转换器和用于采集安全风险监测预警参数信息的传感器，传感器连接数模转换器，数模转换器连接处理器模块，处理器模块连接通信模块，电源模块为终端节点供电；终端节点与终端节点之间建立数据通信；终端节点完成对管廊安全风险监测预警参数信息的采集后将数据以单跳或多跳方式传送给汇聚节点；
[0008]所述汇聚节点通过网络传输将数据传送至任务管理节点；所述任务管理节点设于管廊控制中心，管廊控制中心利用任务管理节点对整个无线传感网络进行配置管理。
[0009]优选的，所述处理器模块包括存储器和微处理器，用于将感知模块中传递的数字信号进行处理、存储及控制；所述通信模块包括接收机、发射器和通信协议，用于网络中终端节点的通信。
[0010]优选的，所述无线传感网络还包括网络通信协议、网络管理平台和应用支持平台。
[0011]优选的，所述网络通信协议分为五个协议层：应用层、传输层、数据链路层、物理层
和网络层；
[0012]所述应用层根据不同的任务需求，将不同功能的应用程序使用在应用层，完成网络终端节点定位、时间同步、网络安全多种功能，提供多种对外服务的接口；
[0013]所述传输层用于完成网络中终端节点与汇聚节点之间数据端到端、透明地传输，并和外部网络进行通信，保证并提高网络信息传输可靠性和通信质量；
[0014]无线传感网络中数据传输分为上行与下行两种方式；下行数据是指从汇聚节点将数据传输给传感器终端节点，采用泛洪的方式；上行数据是指将终端节点采集到的数据传输给汇聚节点，网络层完成路由生成、维护、选择的工作；
[0015]所述数据链路层负责向该层用户提供透明、可靠的数据传输服务，完成对数据帧的创建与探测，实现网络终端节点之间通信媒体资源的共享；
[0016]所述物理层将数据链路层产生的数据流转换为可以在传输媒体上传送的信号，并接收与发送。
[0017]优选的，所述网络管理平台实现控制中心对无线传感网络的整体控制及网络中终端节点的自我管理，分别包括拓扑控制、能量管理、移动控制、安全管理、服务质量管理；
[0018]拓扑控制：整个网络工作过程中某些终端节点在休眠与工作两种状态之间进行自由切换，这种状态的改变使网络拓扑时刻处于变化中，此时需要采用拓扑控制技术对网络终端节点技术进行控制；通过拓扑控制在保证信息传输有效性和网络连通性的基础下，优化网络拓扑，平衡网络能量负载，降低整体网络能耗；
[0019]能量管理：无线传感网络终端节点在工作过程中通过电池进行供能，且电池能量不能得到及时补充，为延长网络寿命，需要通过合适的方式对终端节点能量进行控制；通过在协议栈的每一层中添加能量控制代码，确保系统对网络能量资源进行有效、合理地分配，延长网络生命周期，增强网络性能；
[0020]移动控制：在有些应用场景中，网络中有些终端节点是可以进行移动的，通过移动控制对移动的终端节点进行监视与控制，并对网络中路由进行维护；除此之外，可以通过移动控制对移动终端节点附近的邻居终端节点进行实时跟踪；
[0021]安全管理：由软件安全、网络实体安全及数据安全组成，用于处理无线信道的稳定性，无线传感网络中终端节点分布的随机性和不断变化的网络拓扑；
[0022]服务质量管理：负责对各个协议层队列进行管理、优先级控制及与预留带宽控制，是网络中各个用户之间数据传输质量的约定。
[0023]优选的，所述应用支持平台由一系列用于任务监测的软件组成，通过应用服务接口和网络管理接口为用户提供应用支持。
[0024]优选的，管廊安全风险包括：
[0025]管廊本体结构：管廊本体水平位移、管廊本体垂直位移、不均匀沉降、周边施工影响、外部公用设备设施；
[0026]管廊环境监测：有毒有害气体监测、可燃气体监测、氧气浓度监测、温度监测、湿度监测；
[0027]火灾报警：廊内线缆接头部位消防风险、管廊重要设备点位消防风险、防火门消防隐患、防火墙消防隐患、设备间消防隐患；
[0028]水灾报警：渗漏水、暴雨积水、给排水管路爆裂。
[0029]进一步的，所述终端节点设置包括：
[0030]在综合舱/电力舱/燃气舱的每个完整的200m防火分区设置温湿度、氧气、甲烷、硫化氢传感器1套；
[0031]管廊每舱室设置1套火灾烟感报警器，通风口设备间设置1套火灾烟感报警器；选择管廊每舱室的地面最低点或某个最低位置集水坑内设置1套投入式爆管液位变送器，通风口设备间设置1套水浸报警传感器。
[0032]优选的，所述汇聚节点工作过程为：
[0033]汇聚节点负责建立网络，对终端节点加入网络的申请做出响应，将终端节点网络地址信息与采集到的监测预警参数信息进行数据包转换，最终传递给管廊控制中心的任务管理节点，汇聚节点为网络中新加入的终端节点分配一个16位的网络地址，并在邻居表中给出64位的IEEE地址和网络地址映射关系；终端节点则等待汇聚节点传递的采集监测预警参数信息的指令；当终端节点接收到汇聚节点发送的采集监测预警参数信息的指令后开始进行监测预警参数信息采集，当监测预警参数信息采集完以后，汇聚节点将终端节点的网络地址信息与监测预警参数信息上传到管廊控制中心的任务管理节点，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，其特征在于，包括终端节点、汇聚节点和任务管理节点；所述终端节点分布设于管廊各监测区域成为综合管廊风险监测感知层；所述终端节点包括通信模块、处理器模块、感知模块和电源模块；所述感知模块包括数模转换器和用于采集安全风险监测预警参数信息的传感器，传感器连接数模转换器，数模转换器连接处理器模块，处理器模块连接通信模块，电源模块为终端节点供电；终端节点与终端节点之间建立数据通信；终端节点完成对管廊安全风险监测预警参数信息的采集后将数据以单跳或多跳方式传送给汇聚节点；所述汇聚节点通过网络传输将数据传送至任务管理节点；所述任务管理节点设于管廊控制中心，管廊控制中心利用任务管理节点对整个无线传感网络进行配置管理。2.如权利要求1所述的一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，其特征在于，所述处理器模块包括存储器和微处理器，用于将感知模块中传递的数字信号进行处理、存储及控制；所述通信模块包括接收机、发射器和通信协议，用于网络中终端节点的通信。3.如权利要求1所述的一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，其特征在于，所述无线传感网络还包括网络通信协议、网络管理平台和应用支持平台。4.如权利要求3所述的一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，其特征在于，所述网络通信协议分为五个协议层：应用层、传输层、数据链路层、物理层和网络层；所述应用层根据不同的任务需求，将不同功能的应用程序使用在应用层，完成网络终端节点定位、时间同步、网络安全多种功能，提供多种对外服务的接口；所述传输层用于完成网络中终端节点与汇聚节点之间数据端到端、透明地传输，并和外部网络进行通信，保证并提高网络信息传输可靠性和通信质量；无线传感网络中数据传输分为上行与下行两种方式；下行数据是指从汇聚节点将数据传输给传感器终端节点，采用泛洪的方式；上行数据是指将终端节点采集到的数据传输给汇聚节点，网络层完成路由生成、维护、选择的工作；所述数据链路层负责向该层用户提供透明、可靠的数据传输服务，完成对数据帧的创建与探测，实现网络终端节点之间通信媒体资源的共享；所述物理层将数据链路层产生的数据流转换为可以在传输媒体上传送的信号，并接收与发送。5.如权利要求3所述的一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，其特征在于，所述网络管理平台实现控制中心对无线传感网络的整体控制及网络中终端节点的自我管理，分别包括拓扑控制、能量管理、移动控制、安全管理、服务质量管理；拓扑控制：整个网络工作过程中某些终端节点在休眠与工作两种状态之间进行自由切换，这种状态的改变使网络拓扑时刻处于变化中，此时需要采用拓扑控制技术对网络终端节点技术进行控制；通过拓扑控制在保证信息传输有效性和网络连通性的基础下，优化网络拓扑，平衡网络能量负载，降低整体网络能耗；能量管理：无线传感网络终端节点在工作过程中通过电池进行供能，且电池能量不能得到及时补充，为延长网络寿命，需要通过合适的方式对终端节点能量进行控制；通过在协议栈的每一层中添加能量控制代码，确保系统对网络能量资源进行有效、合理地分配，延长网络生命周期，增强网络性能；移动控制：在有些应用场景中，网络中有些终端节点是可以进行移动的，通过移动控制
对移动的终端节点进行监视与控制，并对网络中路由进行维护；除此之外，可以通过移动控制对移动终端节点附近的邻居终端节点进行实时跟踪；安全管理：由软件安全、网络实体安全及数据安全组成，用于处理无线信道的稳定性，无线传感网络中终端节点分布的随机性和不断变化的网络拓扑；服务质量管理：负责对各个协议层队列进行管理、优先级控制及与预留带宽控制，是网络中各个用户之间数据传输质量的约定。6.如权利要求3所述的一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，其特征在于，所述应用支持平台由一系列用于任务监测的软件组成，通过应用服务接口和网络管理接口为用户提供应用支持。7.如权利要求1所述的一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，其特征在于，管廊安全风险包括：管廊本体结构：管廊本体水平位移、管廊本体垂直位移、不均匀沉降、周边施工影响、外部公用设备设施；管廊环境监测：有毒有害气体监测、可燃气体监测、氧气浓度监测、温度监测、湿度监测；火灾报警：廊内线缆接头部位消防风险、管廊重要设备点位消防风险、防火门消防隐患、防火墙消防隐患、设备间消防隐患；水灾报警：渗漏水、暴雨积水、给排水管路爆裂。8.如权利要求7所述的一种管廊安全风险综合监测预警系统无线传感网络，其特征在于，所述终端节点设置包括：在综合舱/电力舱/燃气舱的每个完整的200m防火分区设置温湿度、氧气、甲烷、硫化氢传感器1套；管廊每舱室设置1套火灾烟感报警器，通风口设备间设置1套火灾烟感报警器；选择管廊每舱室的地面最低点或某个最低位置集水坑内设...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚炜，吴颉，徐子钦，李天辰，戚琛琛，唐晓俊，
申请(专利权)人：上海电器科学研究院，
类型：发明
国别省市：