朱 凱，李杪瑾，徐 丹，劉恒信

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京 100083）

基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能研究

朱 凱，李杪瑾，徐 丹，劉恒信

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京 100083）

針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信中能量消耗過高及電源極為有限、不可替換問題，設(shè)計(jì)了室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，布置ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，重點(diǎn)解決延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期問題。針對(duì)LEACH算法中所有節(jié)點(diǎn)輪流充當(dāng)簇首消耗能量過多問題，提出每輪第一次充當(dāng)簇首的節(jié)點(diǎn)全程有效，即FL方法。該算法減少節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)簇首時(shí)消耗的能量。依據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際使用環(huán)境，結(jié)合LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）算法分析通信過程中能量的消耗，設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，提出監(jiān)控系統(tǒng)通信算法。實(shí)驗(yàn)證明，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，系統(tǒng)能耗低，通信性能良好，可用性強(qiáng)。

無線網(wǎng)絡(luò)；傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)能

根據(jù)美國(guó)權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)Forrester預(yù)測(cè)，物聯(lián)網(wǎng)的通信量在IP網(wǎng)絡(luò)流量中的比重持續(xù)上升。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wire?less Sensor Network）是物聯(lián)網(wǎng)的基本組成部分，屬于物聯(lián)網(wǎng)的底層感知網(wǎng)絡(luò)，能夠感知被監(jiān)控環(huán)境中的微小變化，第一時(shí)間通知管理人員采取相應(yīng)預(yù)防及處理措施。到目前為止，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模投入使用面臨著許多問題，節(jié)能是其中最受關(guān)心的問題之一，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)過早死亡會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量利用率，延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期是研究重點(diǎn)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)建成后，節(jié)點(diǎn)往往安裝于固定位置，無人實(shí)時(shí)值守在節(jié)點(diǎn)旁邊，因而被監(jiān)控環(huán)境出現(xiàn)異常情況無法及時(shí)處理；有些放置于惡劣環(huán)境中的終端節(jié)點(diǎn)不能用交流電供電；有些不參與工作的節(jié)點(diǎn)仍然處于上電模式造成耗能過高……為保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定是必要條件之一，而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定需要保證各傳感器有足夠能量，能量是微型化傳感器節(jié)點(diǎn)各個(gè)模塊最寶貴的資源，降低能耗的研究自然成為重點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗受許多因素影響，如電源模塊類型、收發(fā)模塊中天線功率、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布密度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積等。本文主要分析分簇階段和數(shù)據(jù)通信過程中的能耗。

為實(shí)現(xiàn)降低能量消耗的目標(biāo)及以后網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展，在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍情況下，采用LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）算法選取簇首節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)作為骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，通信模塊被打開，網(wǎng)絡(luò)中非簇首節(jié)點(diǎn)的通信模塊被關(guān)閉，由簇首節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)約系統(tǒng)能量開銷。LEACH算法是傳感器網(wǎng)絡(luò)中常用的經(jīng)典分簇路由算法。郭琳等人提出EABGC（Energy-saving Algorithm Based on Grid Clustering）算法，采用虛擬網(wǎng)絡(luò)方法有效解決LEACH算法在分簇階段產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)冗余問題[6]。

1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與客觀的被監(jiān)控區(qū)域融合在一起，采用分布式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)代替現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)，提供傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)擁有的所有功能，更透徹、全面、及時(shí)地反映被監(jiān)控區(qū)域中的動(dòng)態(tài)。網(wǎng)絡(luò)模型包括3層結(jié)構(gòu)，整合了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)。底層是感知層，包括多種廉價(jià)傳感器感知設(shè)備，溫濕度傳感器、空調(diào)傳感器、調(diào)光控制器、音量控制器、WiFi攝像頭等，是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基本單位和基礎(chǔ)平臺(tái)，是研究的主要對(duì)象。溫濕度傳感器實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，光敏傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)光照強(qiáng)度，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)程序控制窗簾開關(guān)及光照強(qiáng)度。中間層是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸層，采用低功耗的ZigBee協(xié)議。最上層是應(yīng)用層，該層連接Internet，接收終端包括智能手機(jī)、PC等設(shè)備，終端設(shè)備與服務(wù)器之間的通信使用TCP/IP協(xié)議。PC機(jī)用來對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及處理。PC機(jī)終端連接服務(wù)器，顯示界面可在任何時(shí)間監(jiān)控傳感器收集的數(shù)據(jù)信息，也可根據(jù)條件查詢所需時(shí)間段的傳感器數(shù)據(jù)信息。當(dāng)傳感器數(shù)據(jù)超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，協(xié)調(diào)器會(huì)發(fā)送報(bào)警控制信息給手機(jī)端。手機(jī)端也可以閱覽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)或遠(yuǎn)程控制傳感器運(yùn)行狀態(tài)。服務(wù)器上帶有MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)同步，同時(shí)可進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、查詢等作用。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)類型是ZigBee自組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)是分層的星形簇狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)區(qū)域覆蓋度是100%，具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)連通性。傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的發(fā)射接收功率。子網(wǎng)共有4個(gè)，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)設(shè)置1個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集所在子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)通過自組織方式完成無線通信，形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。簇首節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)收集處理后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)接收及處理所有節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)傳給服務(wù)器。子網(wǎng)內(nèi)采用平面對(duì)等結(jié)構(gòu)，減少建立組織架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)開銷，同時(shí)降低系統(tǒng)能耗，也可以提高網(wǎng)絡(luò)管理的靈活性。

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用靜態(tài)、不可控部署[3]，傳感器節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間位置不發(fā)生改變，各設(shè)備之間的距離值亦不變。傳感器節(jié)點(diǎn)分為終端節(jié)點(diǎn)（End De?vice）、路由器節(jié)點(diǎn)（Router）和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（Coordinator），每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)具有相同的微型化低功率硬件結(jié)構(gòu)（見圖2）及休眠模式。終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，具有簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與收發(fā)能力[3]。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將網(wǎng)關(guān)所在的局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)匯集后與服務(wù)器通信，節(jié)點(diǎn)能量和通信距離比終端節(jié)點(diǎn)稍強(qiáng)。系統(tǒng)運(yùn)行中，各節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作，實(shí)現(xiàn)高效的信息采集與數(shù)據(jù)傳輸，完成傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet之間的相互通信。網(wǎng)絡(luò)中有基于事件的數(shù)據(jù)收集模式，當(dāng)傳感器數(shù)據(jù)超出閾值，或RTC時(shí)鐘檢測(cè)到數(shù)據(jù)傳輸超時(shí)，系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)能夠偵測(cè)到異常情況，發(fā)送控制信息激活蜂鳴器報(bào)警，并顯示節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)位置信息。在無須額外設(shè)備情況下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置信息可根據(jù)RSSI值確定。

圖2 終端節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)

2 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能耗分析

2.1 分簇階段能耗

系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，如果沒有合理的組織，系統(tǒng)就會(huì)處于無序狀態(tài)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用分簇網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，分簇是睡眠調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)。利用分簇技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分區(qū)域管理，好比中國(guó)教育要由好多個(gè)大學(xué)共同完成一樣。每個(gè)大學(xué)需要一個(gè)校長(zhǎng)對(duì)其進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)，校長(zhǎng)類似于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的簇頭結(jié)點(diǎn)。校長(zhǎng)有更換、調(diào)任、退休等情況，一旦卸任，該大學(xué)就要推選出新的校長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)中的簇頭也一樣，當(dāng)有些簇頭出現(xiàn)故障或者因能源耗盡而失效時(shí)，就要在本簇內(nèi)選擇一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)作為簇頭。監(jiān)控系統(tǒng)被分為4個(gè)簇，每個(gè)簇有一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)。分簇方法使用LEACH算法，這是形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題。傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典分簇協(xié)議之一是LEACH路由協(xié)議。LEACH算法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)如表1所示[3]。

表1 LEACH算法參數(shù)

簇內(nèi)層級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型如下

式中：s的變化狀態(tài)代表簇狀態(tài)變化的更新；V（s）是簇狀態(tài)更新之前簇內(nèi)成員的集合；CH（s）是簇狀態(tài)更新之前的簇頭；vi，代表傳感器節(jié)點(diǎn)。式（1）描述了網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新過程，節(jié)點(diǎn){v，…，v}退出網(wǎng)絡(luò)，{v，…，v}節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。式（2）表明簇頭選舉的過程，m（vi）代表節(jié)點(diǎn)vi競(jìng)選指標(biāo)向量，w代表競(jìng)選指標(biāo)權(quán)重向量，兩者乘積最大的節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇頭。式（3）表明網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新后的節(jié)點(diǎn)集合。

LEACH算法讓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)輪流作為簇首節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)總節(jié)點(diǎn)數(shù)較少，所有節(jié)點(diǎn)輪流做簇首節(jié)點(diǎn)會(huì)使選擇簇首節(jié)點(diǎn)過程中控制和計(jì)算開銷很大，增加網(wǎng)絡(luò)整體能耗。根據(jù)實(shí)際情況，為降低系統(tǒng)運(yùn)行期間節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)簇頭產(chǎn)生的能量開銷，使用系統(tǒng)初始化時(shí)第一次選擇的簇首節(jié)點(diǎn)作為本次各子網(wǎng)絡(luò)的簇首節(jié)點(diǎn)，直到協(xié)調(diào)器再次初始化后變換簇首節(jié)點(diǎn)。本文稱這種確定簇頭的方法為FL方法。系統(tǒng)啟動(dòng)后，LEACH算法周期性地按輪進(jìn)行簇的建立和數(shù)據(jù)傳輸，在簇的建立階段，系統(tǒng)中每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)為一簇，每簇只有一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)。簇首節(jié)點(diǎn)確定后，簇首使用載波偵聽多路訪問（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）MAC協(xié)議廣播所在子網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的廣播信息決定屬于哪個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)管理的簇，反饋地址信息給簇首節(jié)點(diǎn)，確定自己處于簇中。簇首節(jié)點(diǎn)將收集的網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)送至網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器，并給簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)TDMA時(shí)隙。系統(tǒng)初始化后，簇首節(jié)點(diǎn)固定不變。網(wǎng)絡(luò)分簇階段完成后即開始數(shù)據(jù)通信。

2.2 數(shù)據(jù)通信階段能耗

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線通信中的一個(gè)新興領(lǐng)域，系統(tǒng)總能耗的大部分來自于通信階段，一般情況下，1 bit數(shù)據(jù)傳輸100 m消耗的能量相當(dāng)于執(zhí)行3 000條計(jì)算指令消耗的能量。通信模塊的能耗是系統(tǒng)最主要能耗，為節(jié)省通信過程中能量消耗，節(jié)點(diǎn)之間的通信采取工作與睡眠切換模式，節(jié)點(diǎn)不工作時(shí)處于睡眠狀態(tài)，減少節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間及網(wǎng)絡(luò)中工作節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，降低阻抗耗散I2R進(jìn)而降低電壓、頻率乘積V2f，以利于節(jié)省能量消耗。節(jié)點(diǎn)各單元功耗如圖3所示，從圖3可以看出，功耗最大的單元是發(fā)送模塊和接收模塊。降低收發(fā)模塊的功率也可以降低系統(tǒng)能耗，降低功率主要是調(diào)節(jié)發(fā)射范圍。電源模塊的能耗監(jiān)測(cè)包括電源能耗變化、電源能量耗盡以及電源能量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值。監(jiān)控系統(tǒng)中使用多跳、對(duì)等的廣播式通信，傳輸介質(zhì)是無線電波，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信距離在10 m以內(nèi)，通信信道屬于近地面單信道，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)有相同的權(quán)利訪問信道。數(shù)據(jù)傳輸是基于事件的傳輸。通信標(biāo)準(zhǔn)為在保證通信質(zhì)量前提下，節(jié)點(diǎn)能耗最小，數(shù)據(jù)傳輸距離最短，傳輸過程中跳數(shù)最少。根據(jù)LEACH算法，數(shù)據(jù)通信滿足自由空間模型（與距離的平方呈正比）。通信過程包括終端節(jié)點(diǎn)與簇頭節(jié)點(diǎn)及簇頭節(jié)點(diǎn)與基站之間的通信。

圖3 節(jié)點(diǎn)各單元功耗對(duì)比

通信協(xié)議采用低成本的ZigBee協(xié)議，具有低功耗、低成本等優(yōu)良特性，適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，降低系統(tǒng)開發(fā)成本。ZigBee短距離通信協(xié)議解決與互聯(lián)網(wǎng)連接的最后一公里問題，ZigBee以IEEE802.15.4為基礎(chǔ)，使用全球無須注冊(cè)的ISM 2.4 GHz公用超高頻頻段，極大降低開發(fā)成本。監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間傳輸距離小于10 m，適合使用ZigBee協(xié)議。

傳輸過程中能量消耗模型采用多篇論文提到的LEACH協(xié)議的傳輸模型（見圖4），分為發(fā)送端能量消耗和接收端能量消耗。發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為k bit，傳輸距離為d的能量消耗ETx（k，d）公式為

式中：ETx-elec指發(fā)射電路元件；ETx-elec（k）指發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為k時(shí)的電路能量消耗；ETx-amp（k，d）指發(fā)送長(zhǎng)度為k、傳輸距離為d的數(shù)據(jù)時(shí)放大器能耗；ETx-elec（k）、ETx-amp（k，d）的值都為50 nJ/bit；收發(fā)模塊能耗圖如圖4所示。

監(jiān)控系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的非簇首節(jié)點(diǎn)在屬于自己時(shí)隙期間以最小的能耗發(fā)送數(shù)據(jù)給所屬簇首節(jié)點(diǎn)，其他時(shí)隙期間轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，以此節(jié)省能耗。

以系統(tǒng)報(bào)警功能為例顯示結(jié)果，報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)流程圖如圖5所示。

圖5中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分配在初始化過程中完成。當(dāng)節(jié)點(diǎn)在規(guī)定延時(shí)內(nèi)未收到數(shù)據(jù)時(shí)報(bào)警。count記錄傳遞次數(shù)，sum記錄RSSI值（RSSI值的確定過程見實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分），當(dāng)傳遞次數(shù)是2的冪次方時(shí)，sum與預(yù)先設(shè)置的RSSI閾值比較，若大于閾值時(shí)報(bào)警。

圖4 收發(fā)模塊能耗模型

圖5 報(bào)警功能協(xié)調(diào)器流程圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)布置于10 m×10 m的室內(nèi)，溫度傳感器使用具有單總線接口方式的DS18B20，各傳感器節(jié)點(diǎn)采用確定性部署，事先根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能被人工安置于被監(jiān)控對(duì)象上，如光敏傳感器安裝在日光燈上，節(jié)點(diǎn)上天線距地面3 m以內(nèi)，攝像頭安裝在實(shí)驗(yàn)室入口處門框上方墻壁等，室內(nèi)覆蓋率達(dá)90%以上，節(jié)點(diǎn)覆蓋控制為線覆蓋[9]，如圖6所示。

系統(tǒng)中相關(guān)參數(shù)如表2所示。室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置有較高安全性，共有4個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，1個(gè)網(wǎng)關(guān)，1個(gè)服務(wù)器（基站），1臺(tái)PC機(jī)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境中無障礙物遮擋。服務(wù)器的位置設(shè)于實(shí)驗(yàn)室入口處，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的距離不相等，系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)的初始能量相等。網(wǎng)絡(luò)布置完成后各設(shè)備位置固定不變。假設(shè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是5 bit，數(shù)據(jù)發(fā)送間隔為0.2 s。通信數(shù)據(jù)為傳感器實(shí)際采集數(shù)據(jù)。

圖6 線覆蓋示意圖

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

結(jié)合表2參數(shù)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)吞吐能力為

式中：A為目標(biāo)區(qū)域的面積100 m2；W是節(jié)點(diǎn)的最高傳輸速率2.5×105bit/s；Δ是大于0的常數(shù)；L是源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的平均距離2 m；n是節(jié)點(diǎn)數(shù)20；r是傳輸模塊的發(fā)射半徑10 m。

3.2 結(jié)果分析

圖7中，RSSI是一個(gè)記錄功率的絕對(duì)值。確定RSSI值的測(cè)試環(huán)境為室外空曠地，測(cè)試過程中收發(fā)功率保持不變，總測(cè)試長(zhǎng)度20 m，改變協(xié)調(diào)器位置，在7 m、17 m處設(shè)置人員干擾，分pcb天線和膠棒天線兩種情況。測(cè)試值如圖7所示，最終確定RSSI值為170 dBm。

圖7 通信中RSSI值

實(shí)驗(yàn)給出了FL方法使用前后的系統(tǒng)能量消耗對(duì)比，如圖8所示。

從圖8可以看出，F(xiàn)L方法確定簇頭消耗的能量明顯小于LEACH算法所有節(jié)點(diǎn)輪流充當(dāng)簇頭消耗的能量。

圖8 功耗對(duì)比

4 結(jié)束語

文章設(shè)計(jì)了室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)LEACH算法提出系統(tǒng)通信模型，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證算法效果及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠使用液晶顯示屏查看。節(jié)點(diǎn)數(shù)量設(shè)置合理，能夠覆蓋預(yù)期監(jiān)測(cè)區(qū)域，節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)值準(zhǔn)確，通信干擾小。下一步結(jié)合發(fā)射功率及LQI值進(jìn)一步降低能量消耗，實(shí)現(xiàn)基于加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的TinyOS操作系統(tǒng)的TOSSIM仿真。

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Energy Saving Research of Interior Monitoring System Based on Internet of Things

ZHU Kai，LI Miaojin，XU Dan，LIU Hengxin
（School of Mechanical Electronic&Information Engineering，China University of Mining&Technology，Beijing 100083，China）

Aiming at the problems of high energy consumption，limiting power supply and not replace in the process of the wireless sensor network（WSN）communication，the interior monitoring system is designed.ZigBee wireless network is organized.The key issue is to extend network life cycle.According to the actual use environment，the cluster head is effective in the entire which is projected in the first round because it consumes too much energy that all the nodes act as the cluster head in turn according to the LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）

algorithm.The method is named as FL.According to the practical using environment，energy consumption is analyzed about the communication combining with LEACH algorithm.Experiments has shown that networks are stable，the system energy consumption is low，and network telecommunication has excellent performance.The usability of the system is strong.

wireless network；sensor network；energy-saving

TP393

A

10.16280/j.videoe.2015.04.028

朱 凱（1984—），女，博士生，主研物聯(lián)網(wǎng)理論及應(yīng)用技術(shù)。

2014-07-23

【本文獻(xiàn)信息】朱凱，李杪瑾，徐丹，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能研究[J].電視技術(shù)，2015，39（4）.

十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAK06B01-06）；國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)（2012YQ030126）

責(zé)任編輯：時(shí) 雯