【正文】 16 ⒍ 可行性研究結(jié)論 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，它把人類的感知能力直接延伸到了客觀物理世界。特別是在城市的商業(yè)密集區(qū)，預(yù)防和及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)可以最大限度地減少經(jīng)濟(jì)的損失。該系統(tǒng)充分考慮到實際的應(yīng)用情況，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自省的特點，從技術(shù)上解決無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通 信問題、設(shè)計出高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、適用于消防監(jiān)控系統(tǒng)的 MAC協(xié)議和路由協(xié)議、建立了適應(yīng)消防無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步機(jī)制。 ? 商業(yè)密集區(qū)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 MAC 協(xié)議。 消防監(jiān)控系統(tǒng)要求信息的傳輸必須具有實時性，而 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中不同 的節(jié)點有自己的本地時鐘 ，有效同步系統(tǒng)中各個節(jié)點的時鐘是城市消防監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題。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)。 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。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。多節(jié)點 聯(lián)合 ,形成覆蓋面積較大的實時探測區(qū)域。網(wǎng)關(guān)（ Sink Node）是一個特殊的節(jié)點 ,可以通過因特網(wǎng)或者是無線局域網(wǎng)等與監(jiān)控中心通信。如 1988 年 9 月南昌市地下商場火災(zāi)，持續(xù)了 17小時，直接經(jīng)濟(jì)損失 150萬元； 1993 年 5 月 13日，南昌市萬壽宮商城 二區(qū)發(fā)生火災(zāi)，大火燒毀、坍塌房屋面積 萬平方米，造成 568 個攤位和部分機(jī)電設(shè)備被燒毀， 209 個集體和個體工商戶、 123 戶居民受災(zāi)，直接財產(chǎn)損失 萬元 ； 1993年 8 月 12 日，北京隆福大廈由于中央控制室的值班人員邱某嚴(yán)重不負(fù)責(zé)任，后樓起火后，控制器顯示報警，邱某認(rèn)為誤報，隨手解除，結(jié)果造成火災(zāi)，使價值幾十萬的消防設(shè)備化為灰燼，造成直接經(jīng)濟(jì)損失 2100 萬元； 1996 年 3 月 28 日，遼寧沈陽商業(yè)城因維修電源線路而將總電源關(guān)閉，致使火災(zāi)自動報警系統(tǒng)處于停電狀態(tài)，火災(zāi)發(fā)生時自動報警系統(tǒng)沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用，導(dǎo)致小火釀成大火災(zāi)，造成直接經(jīng)濟(jì)損失 萬元 。 城市是一個地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，城市火災(zāi)如果得不到及時、適當(dāng)?shù)奶幚?，就有可能?yán)重危害城市安全，對人民利益產(chǎn)生重大損害。相對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點：① 以數(shù)據(jù)為中心 （ data centric） 。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。 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。 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。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。 ⒊⒋ 研究方法 ? 模型、分析、實驗和原型：通過分析國內(nèi)外前沿工作和 根據(jù)以往的研究經(jīng)驗，提出明確的研究方向和一系列需要解決的關(guān)鍵問題，并給出解決這些問題的粗略方案。根據(jù)消防無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在自組織過程中無實時性要求的特點，擬采用基于時分復(fù)用的混合式 MAC 協(xié)議，即在網(wǎng)絡(luò)自組織過程中采用隨機(jī)退避算法，自組織完成后采用時分復(fù)用算法。 ③ 豐富的經(jīng)驗積累 項目負(fù)責(zé)人領(lǐng)導(dǎo)的開發(fā)團(tuán)隊于 2020 年完成了“城市消防設(shè)施遠(yuǎn)程自動監(jiān)控系統(tǒng)”的開發(fā)， 2020 年 6 月，該項目通過由江西省科技廳 組織 的 專家鑒定， 鑒定結(jié)論“ 達(dá)國 內(nèi)領(lǐng)先 水平 ”，目前已在江西、福建、新疆和四川等省實施。我國共有 661 個建制市， 1649 個縣，即全國有 2310 座城市，目前，全國只有不到四分之一的城市建立了基于有線的消防遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即使是已經(jīng)建立了消防遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的城市，其系統(tǒng)也僅僅是覆蓋了 城市高層、超高層建筑 等重點消防單位。本項目提出基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的城市消防監(jiān)控系統(tǒng)，在技術(shù)上可行，市場風(fēng)險較小。 南昌航空工業(yè)學(xué)院近年來承擔(dān)了國家級、省部級、國防預(yù)研等科研項目，具有一支經(jīng)驗豐富、高素質(zhì)的科研管理 隊伍，因此，本項目的管理風(fēng)險小。城市是一個地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，城市火災(zāi)如果得不到及時、適當(dāng)?shù)奶幚?，將?yán)重危害城市安全，對人民利益產(chǎn)生重大損害。 ② 技術(shù)路線可行 我們針對城市商業(yè)區(qū)店面密集、人員流動大的特點，考慮到傳統(tǒng)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)由于價格昂貴、占地面積較大等缺點，提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的城市消防監(jiān)控系統(tǒng)。 根據(jù)城市消防無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均由人工部署的特點，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織階段，擬采用基于父子關(guān)系的樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而簡化路由問題和鏈路質(zhì)量的測試方法。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?fù)浣Y(jié)構(gòu) 可以 提高 資源 利用率； ? 商業(yè)密集區(qū)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 MAC協(xié)議、路由協(xié)議； ? 時 鐘 同步 機(jī)制 。 ? 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。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。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。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)。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中 ,每個節(jié)點的功能都是相同的 ,一定數(shù)量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布在整個被觀測區(qū)域中 ,各個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將自己所探測到的信息通過初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合之后傳送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點。 一些 重點 消防單位雖然根據(jù)要求安裝了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，但由于管理維護(hù)不善及值班人員責(zé)任心不強，脫崗、睡覺、 酗酒 等，致使火災(zāi)時有發(fā)生。如何預(yù)報、預(yù)防城市火災(zāi)的發(fā)生，特