【正文】 和多方位信息的綜合 ,有效地提高了對被監(jiān)測區(qū)域的觀測的準(zhǔn)確度和信息的全面性。傳感器網(wǎng)絡(luò)低成本、高冗余的設(shè)計原則為整個系統(tǒng)提供了較強(qiáng)的容錯能力。節(jié)點中多類型傳感器的混合應(yīng)用有利于提高探測的性能指標(biāo)。多節(jié)點 聯(lián)合 ,形成覆蓋面積較大的實時探測區(qū)域。借助于個別具有移動能力的節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的調(diào)整能力 ,可以有效地消除探測區(qū)域內(nèi)的陰影和盲點。 在基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的城市消防監(jiān)控系統(tǒng)中，覆蓋局部的傳感器網(wǎng)絡(luò)的各中繼基站點通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)形成可以覆蓋全城的 Mesh 網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)資源相結(jié)合，可以形成安全、可靠的城市消防監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)可以分為兩層，在不同的層面上應(yīng)用不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)： ① 傳感末梢網(wǎng) 6 傳感末梢網(wǎng)端機(jī)集微型傳感器、信號處理單元、無線通信模塊于一體 ,實現(xiàn)對多種目標(biāo)信息的采集、融合 和傳輸 ,是嵌入系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)、傳感器三大技術(shù)集成與匯集的成果 ,具有微型化、低功耗、易于安裝 ,即插即用、自識別 ,自診斷 ,高可靠性等特點。傳感末梢網(wǎng)端機(jī)也可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口接入公網(wǎng) ,充分利用公網(wǎng)基本覆蓋整個城區(qū)的優(yōu)勢 ,快速構(gòu)建全覆蓋、即插即用傳感網(wǎng)。 ② 公網(wǎng) 公網(wǎng)指 PLMN 網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、因特網(wǎng)等公用事業(yè)網(wǎng)。 ⒉⒉ 立項的意義 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種集成了傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)（ MEMS）和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而形成的一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。它大大擴(kuò)展了傳統(tǒng)傳感器的應(yīng)用范圍，將對人類未來的生活方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。2020年 2 月，美國技術(shù)評論雜志《 Technology Review》評選對人類未來生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的十大新興技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)名列第一，被認(rèn)為是 21 世紀(jì)最重要技術(shù)之一。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組部署在觀測環(huán)境附近的大量的微型廉價低功耗的節(jié)點傳感器以無線多跳（ Ad Hoc）方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域中感知對象的信息并發(fā)布給觀察者。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源四部分組成，如圖 1 所示。 圖 1 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點示意圖 節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中可以充當(dāng)數(shù)據(jù)采集者、 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或簇頭節(jié)點 7 （ clusterhead node）的角色。作為數(shù)據(jù)采集者，數(shù)據(jù)采集模塊收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù) (如溫度、濕度 )，通過通信路由協(xié)議直接或間接將數(shù)據(jù)傳輸給基站（ base station）或匯聚點（ sink node）；作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，節(jié)點除了完成采集任務(wù)外，還要接收鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)發(fā)給距離基站更近的鄰居節(jié)點或者直接轉(zhuǎn)發(fā)到基站或匯聚點；作為簇頭節(jié)點，節(jié)點負(fù)責(zé)收集該簇內(nèi)所有節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)融合后，發(fā)送到基站或匯聚點。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，大量傳感器節(jié)點被布置在整個被觀測 區(qū)域中，各個傳感器節(jié)點將自己所探測到的有用信息經(jīng)過初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合之后傳送給用戶，數(shù)據(jù)傳送的過程是通過相鄰節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳送回基站，然后再通過基站以衛(wèi)星信道、互聯(lián)網(wǎng)或者移動通信網(wǎng)絡(luò)等方式傳送給監(jiān)控中心。 圖 2 傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在許多領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。在軍事上：使用聲音、壓力等傳感器可以偵探敵方陣地動靜，人員、車輛行動情況，實現(xiàn)戰(zhàn)場實時監(jiān)督、戰(zhàn)場損失評估等；在環(huán)境科學(xué)研究方面：可以實現(xiàn)諸如野生動植物棲息地生態(tài)環(huán)境監(jiān)控，海洋、大氣和土壤的成份監(jiān)控，農(nóng)作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施 肥狀況監(jiān)控，降雨量、河水水位監(jiān)控，森林火情監(jiān)控，水災(zāi)預(yù)警等；在醫(yī)療上：可以遠(yuǎn)程實時監(jiān)控病人的病情，長時間地收集人的生理數(shù)據(jù)，甚至實現(xiàn)在人體內(nèi)植入人工視網(wǎng)膜 (由傳感器陣列組成 )讓盲人重見光明；在商業(yè)上：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)城市車輛監(jiān)測和跟蹤，基礎(chǔ)設(shè)施安全，倉庫管理、家居智能化等應(yīng)用。 8 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的城市消防監(jiān)控系統(tǒng)是新一代的城市消防監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它結(jié)合城市已有的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)消防單位監(jiān)控中心、消防支隊監(jiān)控中心、消防總隊監(jiān)控中心之間的互聯(lián)，使報警信息能夠在各部門之間及時、通暢地傳遞，為及時地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、有效地控 制和預(yù)防火災(zāi)、科學(xué)地管理和維護(hù)消防設(shè)備構(gòu)建了一個可靠的、現(xiàn)代化的無線網(wǎng)絡(luò)平臺。 因此，成功建設(shè)與實際應(yīng)用新一代城市消防監(jiān)控系統(tǒng)，對于監(jiān)督和提高自動消防報警系統(tǒng)的開通率，解決城市商業(yè)密集區(qū)的消防監(jiān)控問題，加大監(jiān)控的覆蓋面， 實現(xiàn)早期預(yù)警、自動報警 ，達(dá)到防災(zāi)、減災(zāi)的目的，實現(xiàn)城市消防系統(tǒng)運行管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、現(xiàn)代化，從而提高城市的總體消防水平具有重要意義。 ⒉⒊ 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展 無線傳感器節(jié)點的發(fā)展趨勢是集成化、微機(jī)械化和智能化。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件的發(fā)展趨勢是制定協(xié)議棧中各層協(xié)議的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；充分結(jié)合目前已 經(jīng)成熟的無線傳輸技術(shù)，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)條件，優(yōu)化協(xié)議棧，使各層的協(xié)議能在不同的協(xié)議之間自主切換；結(jié)合容錯性、抗干擾性和功耗等關(guān)鍵指標(biāo)的要求進(jìn)行全局跨層設(shè)計。 目前，國內(nèi)“未見將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于城市消防監(jiān)控；設(shè)計基于時分復(fù)用的混合型無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC協(xié)議；充分考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最小跳數(shù)場，設(shè)計動態(tài)鏈路質(zhì)量監(jiān)控路由協(xié)議 的國內(nèi)公開研究文獻(xiàn)報道?！保ㄒ圆樾聢蟾妫? 9 ⒊ 研究內(nèi)容 ⒊⒈ 研究內(nèi)容 在城市商業(yè)密集區(qū)部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，各個傳感器節(jié)點將監(jiān)測到的火源位置、溫度等重要信息經(jīng)過初步的數(shù)據(jù)處 理和信息融合后傳送給節(jié)點所在區(qū)域的網(wǎng)關(guān)節(jié)點，網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過無線局域網(wǎng)或者以太網(wǎng)與監(jiān)控中心通信，使監(jiān)控中心能夠及時監(jiān)控城市消防動態(tài)。在目前已建立的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的基礎(chǔ)上，設(shè)計適用于城市商業(yè)密集區(qū)消防監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原型，即研究適用于城市消防監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、 MAC協(xié)議、路由協(xié)議和嵌入式 Sink Node。 ? 研究適用于城市消防監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、嵌入式Sink Node。該節(jié)點應(yīng)能進(jìn)行 火災(zāi)探測 、 自動報警 ，同時，根據(jù)該類節(jié)點均部署在室內(nèi)這一特點，研究其供電模式； ? 研究無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。研究商業(yè)密集區(qū)消防無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組織特點，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； ? 研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC 協(xié)議。設(shè)計合理的 MAC 協(xié)議，以降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信沖突； ? 研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。研究商業(yè)密集區(qū)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的部署特點，并考慮最小跳數(shù)場，設(shè)計相適應(yīng)的路由機(jī)制。 10 ⒊⒉ 研究目標(biāo) 建立適用于城市商業(yè)密集區(qū)消防監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原型，從而對城市商業(yè)密集區(qū)的消防狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，加大監(jiān)控的覆蓋面， 實現(xiàn)早期預(yù)警、自動報警 ，達(dá)到防災(zāi)、減災(zāi)的目的。 ⒊⒊ 擬解決的關(guān)鍵問題 ? 無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)內(nèi) 部 通 信 的抗干擾技術(shù) 。無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點間進(jìn)行 通信 時 ，信號可能 由于 一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響 ； ? 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)?結(jié)構(gòu)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的拓?fù)?結(jié)構(gòu)是無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)自組織的關(guān)鍵 ，有多種形態(tài)和方式，合理的 拓