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　　本文設計并構建了移動多Sink無線傳感器網絡監測系統，實現環境監測、事件定位等功能。

　　1 應用背景

　　無線傳感器網絡概念源于對一些人工無法到達或者不便到達的危險/惡劣環境的監測需求，例如：軍事應用、特殊環境監測(如：災害現場、野生動物)等。在這類典型應用場合中，監測網絡大多采用隨機布設的方式，特定監測事件發生的地點是其關注的重點之一。軍事防御、災害現場監測兩類典型的應用需求分析如下：

　　1.1 軍事防御

　　現代戰爭中，重要軍事設施往往成為敵方攻擊的重要目標，利用直接感官進行防御已經無法應對日益豐富、隱蔽的進攻手段，需要集成各種環境監測傳感器、語音、視頻等多模態監控信息，擴大防御單兵乃至指揮系統的感知范圍，增強協同防御能力，快速定位特定事件發生的時間、地點，提升防御系統監測、指揮能力。

　　1.2 災害現場監測

　　近年來我國災害頻繁(特別是礦難事件)，災害監測與救援受到了越來越多的重視。災害現場往往環境復雜，傳統的通信技術難以使用，需要集成各種環境傳感器、語音、視頻等多模態監控信息，延伸救援人員的感知范圍，增強救援人員的協作能力，提升災害應急指揮能力。

　　2 系統架構

　　系統網絡結構分為現場監測局域網絡和遠程監測網絡兩部分。現場監測局域網絡由骨干網與接入網兩級網絡結構組成，如圖1所示。骨干網由移動Sink節點組成，負責將接入網中的節點信息中轉至網關節點，并由網關節點實現信息遠傳。骨干網中直接采用無線MESH技術進行組網(用于傳輸視頻、音頻等數據量較大的信息)。接入網分為若干子網，每個接入子網是以骨干網中的移動Sink節點為中心，若干環境感知傳感器節點組成的局域網。由于系統需要通過無線傳感器網絡傳輸靜止的傳感器節點采集的環境信息，同時又需要傳輸移動節點的信息。因而，接入網是一種固定節點與移動節點相混合網絡的拓撲結構。在傳統的基于樹狀網絡拓撲結構中，Sink節點的移動會造成數據鏈路最后一跳出現中斷，需要重新建立路由樹。但是頻繁地重新建立路由樹，不僅網絡能耗代價比較大，而且大量的洪泛消息還容易造成網絡風暴，阻礙正常的數據傳輸。針對這一特點，在系統中設計了基于局部路由維護策略的無線傳感器網絡路由算法，以降低系統重建路由樹時的開銷，減少洪泛消息次數，延長網絡壽命。

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　　3 系統功能

　　該系統可以快速、自適應組建無線網絡，全面獲取環境信息、移動用戶生理信息以及事件位置信息，監控指揮中心融合多模態傳感器信息快速決策指揮。具有以下5大功能：

　　3.1 便攜式移動指揮

　　系統可快速、靈活布置在各種場合，組建臨時指揮網絡。便攜式指揮中心(現場監控層)可實時動態獲取整個網絡區域的監測信息以及發布指揮命令。

　　3.2 事件定位

　　基于CC2431集成的硬件定位引擎，設計實現基于加權處理的三邊測量定位算法，實現環境感知層中傳感器節點自定位，當某個節點探測到事件發生(例如：CH4氣體濃度超標、非法人員入侵等)，對事件位置進行定位并上傳。

　　3.3 環境信息感知

　　傳感器節點配備人體紅外線感知識別模塊、溫濕度傳感器、有毒氣體傳感器(目前實現CH4與CO兩種)，可探測環境信息，并將這些信息傳輸至移動交互層與現場監控層，延伸其感知范圍。

　　3.4 移動用戶生理監護

　　穿戴式設備配備生命體征偵測模塊(目前實現心率與血氧濃度兩種)，指揮中心軟件可實時監護前方移動用戶的生理參數信息。

　　3.5 多模態(語音、圖像、文字等)交互

　　系統實現了語音、圖像、文字等多種無線通信模式，現場監控后臺與移動交互層之間、移動節點之間均可通過多種交互方式(語音、圖像、文字)實現雙向信息交互。

　　4 接入網性能測試

　　由于接入網是一個由靜態節點與移動節點組成混合網絡拓撲結構，數據路由呈現出動態性，因此，下面對接入網中的幾個路由關鍵指標進行測試，用于評價網絡通信性能。

　　4.1 各個跳數等級下的丟包率測試

　　(1)測試目的：網絡層在各個跳數等級下的丟包率。

　　(2)測試方法：將多個節點依次排列(形成線型n(n>0)跳排列方式)，其中節點N1，Nn分別處于兩端，N1每隔0.5 s發送一個標有ID的數據報文(長度：20 B)，報文ID編號為0～999。測試在不同的n值下，Nn收到的報文個數為m，丟包率a=m/1 000。

　　(3)測試跳數：1～5跳。

　　(4)測試次數：測試10次取平均值。

　　(5)測試數據分析：如圖2所示。

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　　(6)測試結果評估：網絡層在各個跳數等級下的丟包率隨節點跳數增加而增加，平均丟包率為0.3%。