基于无线传感器网络的城市商业密集区消防监控系统示范可行性研究报告

基于无线传感器网络的城市商业密集区消防监控系统示范可行性研究报告内容摘要：

扑结构 可以 提高 资源 利用率；  商业密集区无线传感器网络的 MAC协议、路由协议；  时 钟 同步 机制。 消防监控系统要求信息的传输必须具有实时性，而 无线传感器网络 中不同 的节点有自己的本地时钟 ，有效同步系统中各个节点的时钟是城市消防监控系统中的关键问题。 ⒊⒋ 研究方法  模型、分析、实验和原型：通过分析国内外前沿工作和 根据以往的研究经验，提出明确的研究方向和一系列需要解决的关键问题，并给出解决这些问题的粗略方案。 在项目的实施过程中，通过进一步的研究和试验，逐步细化、完善或修改现有方案，在实验平台上验证和测试提出的拓扑结构、 MAC协议和路由机制，并应用到原型系统中。  加强国内外交流，参与国内外讨论：在项目实施的过程中，不断消化吸收国内外先进水平的研究成果，同时积极参与相 11 关的国内外会议，发表自己的见解，与国内处于先进水平的研究机构进行讨论与交流。 ⒊ ⒌ 技术路线  无线传感器 网络内 部 通信 的抗干扰技术。 根据城市商业密集区消防无线 传感器网络节点均部署在室内的特点，拟采用混合供电模式，同时加大无线收发模块的功率，以解决障碍物或其他电子信号对网内通信的干扰。  无线传感器网络 拓扑 结构。 根据城市消防无线传感器网络节点均由人工部署的特点，在无线传感器网络自组织阶段，拟采用基于父子关系的树型网络拓扑结构，从而简化路由问题和链路质量的测试方法。  商业密集区无线传感器网络的 MAC 协议。 根据消防无线传感器网络在自组织过程中无实时性要求的特点，拟采用基于时分复用的混合式 MAC 协议，即在网络自组织过程中采用随机退避算法，自组织完成后采用时分复用算法。  商 业密集区无线传感器网络的路由协议。 如上所述，拟采用树型拓扑结构，因此，其路由协议拟采用父子路由，即由子节点传向父节点，直到 Sink 节点，再由 Sink 节点传到监控中心，达到简化无线传感器网络路由的目的。  时 钟 同步 机制。 拟采用如下方法解决各节点的 时 钟 同步 ：首先由 Sink节点广播携带时间戳的同步消息，其他节点收到该消息后，取出自身时钟，用校准算法进行时间的同步。 12 ⒋ 可行性分析 ① 技术准备充分 我们一直跟踪国际上传感器网络的研究进展，全面收集整理了传感器网络路由协议、拓扑结构、 MAC 协议、跟踪和原型实现等方 面的大量文献，特别是在路由、拓扑、 MAC 协议等方面进行了大量的调查研究和讨论，在此基础上总结了目前存在的问题和未来的研究方向，并初步提出适合城市消防监控的传感器节点、无线传感器网络中的各层协议的设计思想，明确了技术路线，为课题研究提供了坚实的理论基础。 ② 技术路线可行 我们针对城市商业区店面密集、人员流动大的特点，考虑到传统的火灾自动报警系统由于价格昂贵、占地面积较大等缺点，提出了基于无线传感器网络的城市消防监控系统。 该系统充分考虑到实际的应用情况，结合无线传感器网络自省的特点，从技术上解决无线网络内的通 信问题、设计出高效的无线传感器网络结构、适用于消防监控系统的 MAC协议和路由协议、建立了适应消防无线传感器网络的时间同步机制。 ③ 丰富的经验积累 项目负责人领导的开发团队于 2020 年完成了“城市消防设施远程自动监控系统”的开发， 2020 年 6 月，该项目通过由江西省科技厅 组织 的 专家鉴定， 鉴定结论“ 达国 内领先 水平 ”，目前已在江西、福建、新疆和四川等省实施。 项目负责人开设了“无线传感器网络技术”、“移动 IP 技术”研究生课程，对无线 传感器网络中的节点定位、 MAC 协议 和路由协议进行了较为深入的研究，主持、参与并完成 多项无线传感器 网络 应用项目（如航空基金“空地导弹靶场分布自治式无线传感器网络监视技术研究”、江西省科技攻关重点项目“基于 Rangefree 的无线传感器网络节点 自 13 主定位技术及应用”和江西省教育厅科研项目“无线传感器网络应用中节点定位技术的研究”），已在国内外核心期刊、国际会议上发表 5篇无线传感器网络论文。 在此基础上，提出了本项目的研究内容、关键问题，明确了技术路线，为项目研究提供了坚实的基础。 ④ 良好的支撑条件 南昌航空工业学院计算机学院是江西省内较早从事无线传感器网络研究的单位，已建立了无线传感器网络实 验室，该实验室有三台工作站， 12 台 PC 机，以及由 20 个节点组成的无线传感器网络实验平台；此外，计算机学院拥有一个与财政部共建的网络技术实验中心、一个分布式系统实验室和嵌入式系统实验室，该中心具备 173 台Cisco路由器和交换机， 146台 PC 机，具有良好的网络运行及测试环境，可以进行网络测试、网络协议开发和嵌入式产品的开发。 上述实验设备为项目提供了良好的实验环境。 14 ⒌ 市场需求情况和风险分析 ⒌ ⒈ 项目市场需求 随着我国经济建设和城市建设迅猛发展，有影响的特大恶性火灾增多，消防通信装备的落后，已明显不 适用城市发展的需要。 城市是一个地区的政治、经济、文化中心，城市火灾如果得不到及时、适当的处理，将严重危害城市安全，对人民利益产生重大损害。 特别是在城市的商业密集区，预防和及时发现火灾可以最大限度地减少经济的损失。 我国共有 661 个建制市， 1649 个县，即全国有 2310 座城市，目前，全国只有不到四分之一的城市建立了基于有线的消防远程监控网络系统，即使是已经建立了消防远程监控网络系统的城市，其系统也仅仅是覆盖了 城市高层、超高层建筑 等重点消防单位。 基于无线传感器网络的城市商业密集区消防监控系统能有效避免城市消防的死角，扩大远程监控系统的覆盖面，及时有效地发现可能的火灾；同时，相比传统的消防有线监控系统，具有投资少、维护费用低、易实现的优点，故具有良好的市场应用前景。 ⒌ ⒉ 风险分析 从现有文献看，在具体应用领域中，虽然国外已有一些公司从事无线传感器网络的研究和开发，但产品大多还处在实验阶段，并未形成大规模地商业化应用，应用于城市商业密集区消防的研究也尚未见公开报导。 国内基于无线传感器网络定位技术的研究已经在一些研究所和高校中展开，主要工作集中在理论研究阶段，针对无线传感器网络在城市消防商业化应用的研究尚处于空白。 因此 ，本项目具有很好的市场前景，且市场风险较小。 （详见查新报告） 南昌航空工业学院计算机学院于 2020 年开始对无线传感器网络 15 进行研究，目前已建立起无线传感器网络实验室，并构建了具有 20个节点的无线传感器网络实验平台，成功申报了三项无线传感器网络的省部级科研课题， 2020 年开发了“江西省消防远程服务网”，并通过江西省科技成果鉴定，因此，具有很好的前期技术工作基础，并有一支科研能力很强的研究团队，本项目的技术风险小。 南昌航空工业学院近年来承担了国家级、省部级、国防预研等科研项目，具有一支经验丰富、高素质的科研管理 队伍，因此，本项目的管理。