基于WSN的泥石流灾害预警数据采集与休眠机制设计

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无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)在医疗、军事战场、环境监测、智能家居等方面有着广阔的应用前景,是目前发展最迅速的网络之一。由于其节点的能量由固定的电池供电,不宜更换,因此对于WSN中节能措施的研究是目前热点和难点。泥石流灾害预警监测系统是WSN的应用场景之一,由于其环境的复杂性,过去以有线为基础的设施难以实施,采用WSN技术对监测区域进行数据采集和分析,能够提前预测地质灾害,从而减少人员伤亡和物质的损坏。本文以泥石流灾害预警监测系统为基础,研究在系统设计中采用数据采集方式和节能休眠技术,减少传感器节点的能量消耗,延长网络使用寿命的方法。首先针对泥石流中预警数据采集进行分析,对不同的接口设计驱动程序,来达到通过传感器节点正确采集监测区域数据目的。通过定义通用数据包,实现对传感器节点数据打包传输。其次,为了节约能量,传感器节点采集数据通常采用的是定时休眠采集方式,而且定时周期一般是固定不变的,因此本文设计一种基于周期自适应调整的节点休眠策略。通过动态的改变传感器节点的定时周期来获得最佳的采集时间,在采集数据变化不大时能够适当延长休眠周期,当数据变化较快时减少定时休眠周期方法。通过MATLAB软件仿真得到节点相比原始采集数据可减少了百分之七十左右的数据量,同时能够完整的采集到原始数据中重要值,实现实时监控监测区域。最后,为了达到让网络中路由节点有休眠功能,本文设计出S-DMAC协议,同时采用基于子节点的路由节点休眠策略,以达到节约路由节点能量。 DMAC协议中采用了节点交替休眠策略,使得其在传输数据时,能够有很小传输延迟,同时减少节点能量消耗,但是其运行周期固定,节点在没有数据接收和发送时节点接收状态持续时间较长,S-DMAC协议在接收阶段中加一个监听状态,如果没有任何数据接收和发送时节点直接进入休眠模式,同时采用基于子节点上报定时周期的路由点休眠策略,减少节点无谓的能量消耗。通过NS2软件仿真得出,改进后节点有更好能量效率,而端到端延时和数据丢包率影响不大,延长网络寿命。
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