基于无线传感器网络的三维紧急逃生引导方法

专利名称：：基于无线传感器网络的三维紧急逃生引导方法
技术领域：
：本发明涉及一种在建筑楼宇内紧急逃生弓I导方法。
背景技术：
：随着中国城市化进程的加快，高层建筑、复杂建筑已经越来越普遍。在许多公众聚集的场所，如宾馆、酒店、夜总会、歌舞厅、电影院、小商品市场等建筑物，其内部的通道错综复杂，人员的流动量巨大。在这些建筑物内一旦有灾难(如火灾)发生，如果没有逃离灾难现场的有效引导，后果将不堪设想。据消防统计数据显示，我国2007年共发生火灾15.9万起(不包含森林、草原、军队、矿井地下部分火灾)，死亡1418人，受伤863人，直接财产损失9.9亿多元。其中在人员密集场所，如商场市场、宾馆饭店、娱乐场所、学校医院等共发生火灾8581起，死亡156人，受伤150人，直接损失多达18679万元。复杂建筑、人员密集场所如何有效疏散内部人员逃离灾难现场及组织外部人员进行有救援，一直是人们所关心的问题。如果能研制出一种逃生引导系统，在火灾等紧急事件发生时，能根据当时环境的情况，快速智能地指示出最佳逃生路径，使得建筑物内部逃生人员能够根据此指示迅速、有序地逃离灾难现场，同时又能检测出火灾发生地点，帮助外部人员准确定位火灾地点，辅助外部救援人员更有效地组织救援工作，那么就可以在一定程度上解决复杂建筑物中发生火灾时紧急逃生及紧急救援困难的问题。这种紧急逃生引导系统的研制具有重大的现实意义。传统的紧急逃生指示系统一般都是由若干个静止指向某一个方向的指示器组成，该指向一般都是指向紧急出口。但是由于建筑物的复杂性，当火灾发生时该指向就不一定是一个安全的指向。所以控制指示器的指向使之指向正确的逃生方向，就有两种控制方式有线和无线方式。由于有线控制方式主要存在着两个缺陷(1)在建筑物中有布线的限制，增加了成本，而且如果火灾把线路烧毁的话，就将失去对指示系统的控制；(2)有线系统都是采用集中式的计算方法来计算火灾发生时的最佳引导路径，但是存在效率问题，系统先要检测到火灾发生的位置，然后由中央控制系统算出最佳路径，再通过有线方式去控制指示器的指向。还有就是当火灾蔓延时，系统又要再次重复上面的过程由中央控制系统再去重新计算一遍最佳路径，这将严重影响系统的效率。基于以上的考虑，采用无线的方式将更加有优势，主要体现在以下几点(1)没有布线的限制，指示器可以按照要求布置在建筑物内的任何位置，成本也将大大降低；(2)整个系统采用分布式计算的方式计算出逃生路径，整体的计算速度也要快于集中式的计算方法，而且不会由于某几个点的烧毁很影响整个系统的运行。但是，现有的无线方式逃生引导方法存在的缺陷是不能获取最佳的逃生路径，可靠性较差。
发明内容为了克服己有的逃生引导方法的不能获取最佳的逃生路径，可靠性较差的不足，本发明提供一种能获取最佳的逃生路径、具有良好的可靠性的基于无线传感器网络的三维紧急逃生引导方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于无线传感器网络的三维紧急逃生引导方法，包括以下步骤1)节点初始化设置每个节的权值</，W>，其中，/表示节点所处的楼层的危险程度，在初始情况下等于节点所处的楼层；W表示节点在该楼层中的危险程度，所述节点与相邻节点之间的跳数为1;初始化阶段分两个步骤完成第一，计算每个节点到他所在楼层的出口或楼梯节点的最小跳数；第二，利用节点到出口或楼梯节点的最小跳数来计算节点的初始权值。(1.1)计算每个节点到它所在楼层的出口或楼梯节点的最小跳数该过程分楼层分别进行。该过程由出口节点广播/w/r报文开始。/iv/r报文的格式如下<e_id，f_id，hop>。三个字段分别表示出口节点id、转发节点id及转发节点至出口节点的跳数。一出口节点x首先广播/A7r报文(x,x,0》节点y收到该报文后判断若节点x是新出口节点则添加至出口列表，并记录下跳数/^;若不是新出口节点并且^>&;+1，则&=/w;+l，然后重构/iv/r报文(x,少，/^)并转发。最后每个节点计算出距离自身最近的出口节点的跳数并记录在&中。其他楼层可以将楼梯节点看成是该层的出口节点，处理过程相同。(1.2)节点初始权值的计算节点初始权值的计算方式如下-屮/rxax/zcxe产1J,"o<ie,.giVo，a/(1)w必0,朋*efiv;zYor5Va/rw^表示一个节点可以到&的最大权值，《值将用f赋，发^灾难的，点、K(权值。m是该层出口或楼梯的个数，算法使用tl来衡量节点距离各个出口节点的hop，并取各hop倒数和的负数作为指数，称之为综合距离指数。Z^指距离该节点最近的出口节点的跳数。参数"用于衡量初始权值占的比重。节点的初始楼层权值设置为节点所处的楼层。每个节点会保存一个包含邻居节点信息的表格，其中包括邻居节点的编号、类型、权值和位置。2)引导过程设定以下参数D:—个常数。若某个传感器与任何灾难发生点的距离均小于或等于此常数，则称此传感器位于危险区域内；4&:侦测到火灾的传感器的权值^，w^);<:传感器i的初始权值(/,,);4:传感器i的权值(/,，W,);e。.从一个侦测到紧急状况的传感器i到另一传感器j之间的跳数。当传感器节点X感测到火灾后，将自身权值设置为4^并将同时广播紧急报文EMG，其他节点收到紧急报文后通过计算来决定自身的引导方向；当一个传感器节点y收到邻居节点z发来的紧急报文后，传感器节点y首先用^来更新邻居列表中z的权值，然后节点y按以下步骤执行(2.1)节点y判断x是否是新的灾难信息，以此来更新节点到灾难节点的跳数、,(2丄1)如果是新的灾难消息，节点y到灾难节点x的跳数e^更新为(hop+l);(2丄2)如果不是新的灾难消息，节点y判断hop+l是否小于、,如果是则e^更新为(hop+l);否则不做修改；(2.2)节点y判断e^是否小于或等于D，如果成立则表示节点y位于危险区域之内，节点y要立即升高自身的权值来表示；如果一个楼梯节点的下层楼梯节点处于危险区域中，则认为该楼梯也处于危险区域中，也要升高自身权值；(2.2.1)如果y是普通节点，且、y^D，则设置/=/;Wy二M4xk，w;+w必x/fe—A}，其中/=^±|(2)节点权值的增量以节点距最近灾难节点的跳数衡量。々是一个更新系数，用于反映权值的增加速度，/^与/^分别表示当前节点距离最近出口节点和最近灾难节点的最小距离。参数//用于限制更新后的权值超出最大权值>^,。而考虑w;的值是因为，同样在危险区域内的点，离最近出口的距离仍然会不一样，危险程度也会不一样。同时使用max来取得在多个灾难中所能调整的最大权值。(2.2.2)如果y是楼梯节点，则按以下规则设置①如果/^<《and、，-l^Z)，则节点y认为自身处于危险区域中，因为它的下层节点处于危险区域中。此时设置、^hop，~=/^8，wy=vvz-s。其中s是一个常数，该常数取决于一个楼层的最大节点数。②如果"72《and、>^"，则认为节点y处于危险区域内，设置《=/^，M^根据公式(2)来设置；(2.3)节点y判断自身是否成为本地最小，即节点y自身不是出口节点，但是它的权值却小于它的所有邻居节点的权值；判断规则如下如果y是普通节点，则对它所有邻居x，有,<^;如果y是楼梯节点，则对它的所有邻居x，有(2.3.1)如果节点y是普通节点，则y调整自身的权值^=(3)max(w外)-A,其他M^是所有邻居的权值；"vg()是所有邻居权值的平均值；max()是邻居权值的最大值；S是一个小数值的常数，该常数保证算法的收敛；入是一个小数值的常数；c是节点连续成为本地最小的次数；k是节点连续成为本地最小所允许的最大次数。(2.3.2)如果节点y是楼梯节点，则节点y根据《来调整它的权值，楼梯节点引导人员往楼下、楼上或者同层的其他楼梯节点疏散，具体有①如果《=《，y设置/,^/考，v^根据公式(3)来调整。这时y的下层节点处于危险区域中，所以y应该引导人员往同层的其他楼梯节点引导。②如果《=/，，y设置~=/&，这时y判断它的上层节点的/值是否小于，如果是7设置,=0，这时因为y的下层楼梯节点处于危险区域中，以及通往同层其他楼梯的路也被大伙覆盖，所以y会引导人员往上层楼梯疏散。否则节点y的,根据公式(3)来调整。③如果《=/&，这时y保持/^不变，^根据公式(3)来调整。这时y会寻找一条危险程度相对小的逃生路径。(2.4)如果节点y满足以下条件，则继续广播紧急报文(2.4.1)如果节点y收到是一个新的紧急报文；(2.4.2)如果节点y到灾难节点x的跳数发生e^发生改变；(2.4.3)节点y的权值^发生改变；(2.5)节点y指向权值最小的邻居(2.5.1)如果y是普通节点，则节点y指向邻居中权值w最小的邻居；(2.5.2)如果y是楼梯节点，则节点y指向邻居中权值^(/,w)最小的邻居。作为优选的一种方案在所述的节点引导过程中，设置EMG紧急包，EMG紧急包内包含有五个字段(1)发现火灾的传感器ID，(2)转发节点的ID，(3)从转发节点到检测到火灾的传感器节点的跳数，(4)转发节点的权值，(5)转发节点的类型。EMG紧急包中的节点权值^包括两个字段"'，w'),其中^表示节点所处楼层的危险程度,w'表示自身的危险程度。在算法中当节点处在危险区域内时，给节点赋楼层权值为"^。进一步，所述无线传感器网络为Zigbee网络。本发明的技术构思为无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)技术是20世纪的半导体技术、无线通信技术以及微机电系统集成高速发展孕育成的一个新的信息获取和处理方式。WSN是一种由一系列传感器节点构成的网络，用于实时地监测、感知和采集节点部署区域内观察者感兴趣的感知对象的各种信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象)，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给监控者。ZigBee协议是基于IEEE802.15.4标准而制定的网络协议规范。ZigBee是专为低速率传感器和控制网络设计的标准无线网络协议栈，是最适合无线传感器网络的标准。它是一种短距离、低速率、低功耗、低成本和低复杂度。与其它无线协议相比，ZigBee协议具有以下特点数据传输速度率低、功耗低、成本低、网络容量大、时延短、网络的自组织、自愈能力强、通信可靠。ZigBee工作于无需注册的2.4GHzISM频段，传输速率为250kb/s，传输距离为10~75m。它具有电池寿命长、应用简单、可靠性高及组网能力强等特点。利用一种基于Zigbee网络技术，实现建有室内安全监控的三维建筑紧急逃生引导系统。在平时，系统中无线传感器网络节点监控建筑物有无异常事件发生，例如火灾等事件。当所监控的范围内有紧急事件发生时，传感器节点将启动一种智能算法，它将自动计算出每一节点最佳指示方向，当灾难蔓延变化时，原本安全的地方也有可能变为不安全甚至变成新的灾难发生的地方，届时算法将随着灾难的蔓延变化动态的更新每个节点的方向指示，帮助逃生人群逃离灾难现场。在一个三维结构的建筑物内，以合理的布局布置一定数量的无线传感节点，组成无线传感器网络，这些节点监测周围的温度、烟雾等环境参数，以判断是否有火灾发生。一旦当某个或某些节点根据釆集来的环境数据认定有火灾发生，那这些节点将进入异常状态，并向全网络广播这个异常状态。收到异常状态的节点根据火灾发生位置、自身位置、出口位置等信息，实时计算出一个安全逃生方向，并使用指示标志将这个方向指出，建筑物内的被困人员可以依据这些指向一步步的向就近的出口方向逃生。本发明以权值的概念来衡量每个节点的危险程，权值越高表示该节点所处区域越危险，路径的引导将从权值较高的点逐步指向权值较低的点引导，直至引导至最近的出口节点，并以两个节点之间的最小跳数表示节点间距离。在灾难发生时期，所有节点权值都要进行动态更新，以引导人员到最安全的出口。本发明的有益效果主要表现在当灾难发生时，能够迅速计算出正确的引导方向指引逃生人群逃离灾难现场，这里重点是指三维建筑逃生，同时根据灾情的变化智能改变引导方向，从而避免逃生人群盲目逃生。在回避当前危险的同时，避免绕远路，在危险程度和逃生时间中取得平衡；避免了出现引导回路情况；而且现代建筑往往拥有不止一个安全出口，在逃生时间和出口选择中也取得了平衡。图1是本发明中节点在三维建筑物中的布局图2是三维建筑紧急逃生引导方法的流程图。具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1图2，一种基于无线传感器网络的三维建筑紧急逃生引导方法，该方法分为两个部分(1)初始化阶段；(2)引导阶段。(1)初始化阶段初始化阶段的目的是给出节点在常规情况下的安全引导，如图一中的箭头就是常规时间的安全引导方向。在3D环境中，以权值来表示节点的危险程度，权值越低越安全，出口节点的权值最小为零，火灾节点的权值为最大。由于3D环境下节点处在不同的楼层，所以给每个节点赋的权值由两个字段组成，格式为</,w>,其中/表示节点所处的楼层的危险程度，在初始情况下等于节点所处的楼层；w表示节点在该楼层中的危险程度。在计算引导方向时，我们是根据节点权值的高低来引导人员从权值高的节点向权值低的节点疏散。所以在比较节点的权值时，如果是普通节点则可以忽略第一个字段/，而只比较第二个字段w，以指向同一楼层的邻居节点；如果是楼梯节点则第一个字段也要进行比较，以确定该楼梯节点是指向同层的邻居节点还是楼上或楼下楼梯节点。因此，定义节点权值的大小关系对普通节点如果Wx<wy，贝U>we/g/z^;对楼梯节点如果&>/》Or=Zy朋dWj>W》，贝ljWe/gZ^>置妙。初始化阶段分两个步骤完成第一，计算每个节点到他所在楼层的出口或楼梯节点的最小跳数；第二，利用节点到出口或楼梯节点的最小跳数来计算节点的初始权值。1.计算每个节点到它所在楼层的出口或楼梯节点的最小跳数该过程分楼层分别进行。现以包含出口节点的楼层为例来说明节点到出口节点的跳数的计算过程，其他楼层可以将楼梯节点看成是该层的出口节点，计算方法相同。该过程由出口节点广播/7v/r报文开始。/7v/r报文的格式如下<e_id，f—id，hop>。三个字段分别表示出口节点id、转发节点id及转发节点至出口节点的跳数。一出口节点x首先广播/W/r报文(x,x,0》节点y收到该报文后判断若节点x是新出口节点则添加至出口列表，并记录下跳数/^;若不是新出口节点并且;^>/zop+i，则^=/ra/+i，然后重构/7v/r报文(x,乂/0并转发。最后每个节点计算出距离自身最近的出口节点的跳数并记录在&中。其他楼层的处理过程相同。2.节点初始权值的计算节点初始权值的计算方式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>w^表示一个节点可以到达的最大权值，该值将用于赋予发A灾难的节点的权值。m是该层出口或楼梯的个数，算法使用f^来衡量节点距离各个出口节乂~点的hop，并取各hop倒数和的负数作为指数，我们称之为综合距离指数。由指数函数的特性表明，节点距离出口节点的跳数越小，则节点的初始权值将越小；同时节点初始权值也将随着出口节点的增多而减小。/^指距离该节点最近的出口节点的跳数，算法考虑这个参数的原因在于即使节点的出口节点综合距离指数相同，距离最近出口节点的跳数较小的节点显然比较大的节点拥有更好的安全性。参数"用于衡量初始权值占M^的比重。如果节点类型为出口或楼梯节点，则它的初始权值为零。节点的初始楼层权值设置为节点所处的楼层。完成初始化阶段工作后，节点的初始权值和初始指向如图一所示。每个节点会保存一个包含邻居节点信息的表格，其中包括邻居节点的编号、类型、权值和位置。(2)引导阶段当节点探测到火灾发生时，算法进入引导阶段。下面是算法中用到的几个基本概念D:—个常数。若某个传感器与任何灾难发生点的距离均小于或等于此常数，则称此传感器位于危险区域内；4:侦测到火灾的传感器的权值d,W^);传感器i的初始权值(/人W();4:传感器i的权值(/,，W,);:从一个侦测到紧急状况的传感器i到另一传感器j之间的跳数。EMG紧急包EMG紧急包内包含有五个字段(1)发现火灾的传感器ID，(2)转发节点的ID，(3)从转发节点到检测到火灾的传感器节点的跳数，(4)转发节点的权值，(5)转发节点的类型。EMG紧急包可回传紧急状况的数据，并帮助传感器调整它们的权值，以达到引导的目的。EMG紧急包中的节点权值4包括两个字段(/,.,^)，其中/,表示节点所处楼层的危险程度，W,表示自身的危险程度。在算法中当节点处在危险区域内时，给节点赋楼层危险程度为/，，因此当上层的楼梯节点发现下层节点的楼层危险程度大于等于Lg时，会避免将人员引导到S的T层，点、。当传感器节点x感测到火灾后，将自身权值设置为4fo，并同时广播一个EMG紧急报文(x，;c,^^,0，(v;^)。这个紧急报文将被发往网络中，其他节点收到紧急报文后通过计算来决定自身的引导方向。当一个传感器节点y收到邻居节点z发来的紧急报文五MG(x,z,4，^;,0;;^)后，y首先用4来更新邻居列表中z的权值，然后节点y按以下步骤执行1.节点y判断x是否是新的灾难信息，以此来更新节点到灾难节点的跳数、y:(1)如果是新的灾难消息，节点y到灾难节点x的跳数^更新为(h叩+l);(2)如果不是新的灾难消息，节点y判断hop+l是否小于，如果是则、y更新为(hop+l);否则不做修改。如果z是楼梯节点，y是普通节点则y设置^-Z,，以防止在步骤5时，y和z相互指向因为存在w^>wzand~</z。2.节点y判断e^是否小于或等于D，如果成立则表示节点y位于危险区域之内，节点y要立即升高自身的权值来表示。如果一个楼梯节点的下层楼梯节点处于危险区域中，则认为该楼梯也处于危险区域中，也要升高自身权值。(1)如果y是普通节点，且、，SD，则设置mg,M^=i^{M^，V^+W&X/fe—^}，其中-=>^(2),、,/~+1节点权值的增量以节点距最近灾难节点的跳数衡量。/是一个更新系数，用于反映权值的增加速度，^与^分别表示当前节点距离最近出口节点和最近灾难节点的最小距离。参数//用于限制更新后的权值超出最大权值^。而考虑M^的值是因为，同样在危险区域内的点，离最近出口的距离仍然会不一样，危险程度也会不一样。同时使用max来取得在多个灾难中所能调整的最大权值。(2)如果y是楼梯节点，则按以下规则设置①如果"<"ande^-l^D，则节点y认为自身处于危险区域中，因为它的下层节点处于危险区域中。此时设置^,h叩，《=/^，5=wz-s。其中s是一个常数，该常数取决于一个楼层的最大节点数。②如果/j2^and、ySZ)，则认为节点y处于危险区域内，设置^-^g，h^根据公式(2)来设置；3.y判断自身是否成为本地最小，也就是说节点y自身不是出口节点，但是它的权值却小于它的所有邻居节点的权值。判断规则如下如果y是普通节点，则对它所有邻居x，有,<^;如果y是楼梯节点，则对它的所有邻居x，有(1)如果y是普通节点，则y调整自身的权值w一(3)max(w外)一义，其^也MV,:所有邻居的权值。所有邻居权值的平均值。max():邻居权值的最大值。S:—个小数值的常数。该常数保证算法的收敛。入一个小数值的常数。C:节点连续成为本地最小的次数。K:节点连续成为本地最小所允许的最大次数。公式的含义如下当节点连续成为本地最小的次数小于k时，用平均值的方法去升高权值；当节点连续成为本地最小的次数大于等于k时，表明该节点处在危险包围的情况中，应该更加快速地升高权值，所以用最大邻居权值减去一个小的常数的方法来快速升高权值。(2)如果y是楼梯节点，则y根据/,来调整它的权值。楼梯节点可以引导人员往楼下、楼上或者同层的其他楼梯节点疏散。一般情况下，楼梯节点将人员往楼下引导；但是当下层楼梯节点处于危险区域中时，楼梯节点会将人员往同层的其他楼梯节点引导；如果这时通往同层其他楼梯的路也被火覆盖的话，就应该将人员向上层引导以寻找其他安全的逃生路径。①如果《="，丫设置~=/呵，5根据公式(3)来调整。这时y的下层节点处于危险区域中，所以y应该引导人员往同层的其他楼梯节点引导。②如果~=/，^设置《=/^，这时7判断它的上层节点的/值是否小于/^，如果是7设置>^=0，这时因为y的下层楼梯节点处于危险区域中，以及通往同层其他楼梯的路也被大伙覆盖，所以y会引导人员往上层楼梯疏散。否则节点y的,根据公式(3)来调整。③如果~=/&，这时y保持《不变，^根据公式(3)来调整。这时y会寻找一条危险程度相对小的逃生路径。4.如果y满足以下条件，则继续广播紧急报文五MG(x,;;,4,ew,妙e):(1)如果节点y收到是一个新的紧急报文；(2)如果节点y到灾难节点x的跳数发生e^发生改变；(3)节点y的权值^发生改变。5.引导。节点y指向权值最小的邻居(1)如果y是普通节点，则节点y指向邻居中权值w最小的邻居；(2)如果y是楼梯节点，则节点y指向邻居中权值^(/,w)最小的邻居。权利要求1、一种基于无线传感器网络的三维紧急逃生引导方法，其特征在于采用传感器网络来监测建筑楼宇环境，当楼宇内发生紧急事件需要逃生时，系统会给出立体的紧急逃生引导方法。包括以下步骤1)节点初始化设置每个节的高度值&lt;l，w&gt;，其中，l表示节点所处的楼层的危险程度，在初始情况下等于节点所处的楼层；w表示节点在该楼层中的危险程度，所述节点与相邻节点之间的跳数为1；初始化阶段分两个步骤完成(1.1)计算每个节点到它所在楼层的出口或楼梯节点的最小跳数一出口节点x首先广播INIT报文(x，x，0)，节点y收到INIT报文后，若判断节点x是新出口节点则添加至出口列表，并记录下跳数hx；若不是新出口节点并且hx＞hop+1，则hx＝hop+1，然后重构INIT报文(x，y，hx)并转发，最后每个节点计算出距离自身最近的出口节点的跳数并记录在hc中；对于其他楼层可以将楼梯节点作为该层的出口节点，处理过程与上述相同。(1.2)节点初始权值的计算节点初始权值的计算方式如下<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>w</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>w</mi><mi>dis</mi></msub><mo>&times;</mo><mi>&alpha;</mi><mo>&times;</mo><msub><mi>h</mi><mi>c</mi></msub><mo>&times;</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>m</mi></munderover><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>h</mi><mi>j</mi></msub></mfrac></mrow></msup><mo>,</mo></mtd><mtd><msub><mi>node</mi><mi>i</mi></msub><mo>&Element;</mo><mi>Normal</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><msub><mi>node</mi><mi>i</mi></msub><mo>&Element;</mo><mi>ExitorStair</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>wdis表示一个节点能到达的最大权值，该值将用于赋予发生灾难的节点的权值，m是该层出口或楼梯的个数，算法使用id="icf0002"file="A2009100980340002C2.tif"wi="9"he="10"top="219"left="108"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>来衡量节点距离各个出口节点的hop，并取各hop倒数和的负数作为指数，称之为综合距离指数，hc指距离该节点最近的出口节点的跳数；参数α表示衡量初始权值占wdis的比重；各个节点的初始楼层权值设置为节点所处的楼层；每个节点会保存一个包含邻居节点信息的表格，其中包括邻居节点的编号、类型、权值和位置；2)引导过程设定以下参数常数D若某个传感器与任何灾难发生点的距离均小于或等于此常数，则称此传感器位于危险区域内；Amax侦测到紧急状况的传感器的高度值(lmax，wmax)；AiI传感器i的初始高度值(liI，wiI)；Ai传感器i的高度值(li，wi)；ei，j从一个侦测到紧急状况的传感器i到另一传感器j之间的跳数；当传感器节点x感测到火灾后，将自身高度值设置为Amax并将同时广播紧急报文将被发往网络中；当一个传感器节点y收到邻居节点z发来的紧急报文后，传感器节点y首先用Az来更新邻居列表中z的高度值，然后节点y按以下步骤执行(2.1)节点y判断x是否是新的灾难信息，具体有(2.1.1)如果是新的灾难消息，节点y到灾难节点x的跳数ex，y更新为(hop+1)；(2.1.2)如果不是新的灾难消息，节点y判断hop+1是否小于ex，y，如果是则ex，y更新为(hop+1)；否则不做修改；(2.2)节点y判断ex，y是否小于或等于D，如果成立则表示节点y位于危险区域之内，节点y立即升高自身的权值来表示；(2.2.1)如果y是普通节点，且ex，y≤D，按照式(2)设置ly＝lemg；<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>w</mi><mi>y</mi></msub><mo>=</mo><mi>MAX</mi><mo>{</mo><msub><mi>w</mi><mi>y</mi></msub><mo>,</mo><msubsup><mi>w</mi><mi>y</mi><mi>I</mi></msubsup><mo>+</mo><msub><mi>w</mi><mi>dis</mi></msub><mo>&times;</mo><msup><mi>&beta;e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>&mu;</mi><msub><mi>h</mi><mi>d</mi></msub></mrow></msup><mo>}</mo><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0003"file="A2009100980340004C1.tif"wi="63"he="6"top="29"left="36"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>其中<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>&beta;</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mi>c</mi></msub><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>h</mi><mi>d</mi></msub><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math>id="icf0004"file="A2009100980340004C2.tif"wi="34"he="10"top="28"left="112"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>其中，β是一个更新系数，用于反映权值的增加速度，hc与hd分别表示当前节点距离最近出口节点和最近灾难节点的最小距离，参数μ用于限制更新后的权值超出最大权值wdis，wyI表示同样在危险区域内的点，离最近出口的距离和危险程度存在的相关系数，MAX表示取得在多个灾难中所能调整的最大权值；(2.2.2)如果y是楼梯节点，按以下规则设置①如果<mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>l</mi><mi>z</mi><mi>I</mi></msubsup><mo>&lt;</mo><msubsup><mi>l</mi><mi>y</mi><mi>I</mi></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0005"file="A2009100980340004C3.tif"wi="10"he="5"top="94"left="50"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>andex，y-1≤D，则节点y认为自身处于危险区域中，设置ex，y＝hop，ly＝lemg，wy＝wz-ε，其中ε是一个常数，该常数取决于一个楼层的最大节点数；②如果<mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>l</mi><mi>z</mi><mi>I</mi></msubsup><mo>&GreaterEqual;</mo><msubsup><mi>l</mi><mi>y</mi><mi>I</mi></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0006"file="A2009100980340004C4.tif"wi="10"he="5"top="126"left="49"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>andex，y≤D，则认为节点y处于危险区域内，设置ly＝lemg，wy根据公式(2)来设置；(2.3)节点y判断自身是否成为本地最小，但是它的权值却小于它的所有邻居节点的权值；判断规则如下如果y是普通节点，则对它所有邻居x，有wy＜wx；如果y是楼梯节点，则对它的所有邻居x，有Ay＜Ax；(2.3.1)如果节点y是普通节点，则y调整自身的权值id="icf0008"file="A2009100980340004C6.tif"wi="5"he="4"top="213"left="35"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>是所有邻居的权值；avg()是所有邻居权值的平均值；max()是邻居权值的最大值；δ是一个小数值的常数，该常数保证算法的收敛；λ是一个小数值的常数；c是节点连续成为本地最小的次数；k是节点连续成为本地最小所允许的最大次数；(2.3.2)如果节点y是楼梯节点，则节点y根据ly来调整它的权值，具体有①如果<mathsid="math0006"num="0006"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>l</mi><mi>y</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>l</mi><mi>y</mi><mi>I</mi></msubsup><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0009"file="A2009100980340005C1.tif"wi="12"he="6"top="29"left="50"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>y设置ly＝lemg，wy根据公式(3)来调整；②如果ly＝lemg，y设置ly＝ldis，节点y判断它的上层节点的l值是否小于ldis，如果是，节点y设置wy＝0；否则节点y的wy根据公式(3)来调整；③如果ly＝ldis，节点y保持ly不变，wy根据公式(3)来调整；(2.4)如果节点y满足以下条件，则继续广播紧急报文(2.4.1)如果节点y收到是一个新的紧急报文；(2.4.2)如果节点y到灾难节点x的跳数发生ex，y发生改变；(2.4.3)节点y的权值Ay发生改变；(2.5)节点y指向权值最小的邻居(2.5.1)如果y是普通节点，则节点y指向邻居中权值w最小的邻居；(2.5.2)如果y是楼梯节点，则节点y指向邻居中权值A(l，w)最小的邻居。2,如权利要求1所述的基于无线传感器网络的三维建筑紧急逃生引导方法，其特征在于在所述的节点引导过程中，设置EMG紧急包，EMG紧急包内包含有五个字段(1)发现火灾的传感器ID，(2)转发节点的ID，(3)从转发节点到检测到火灾的传感器节点的跳数，(4)转发节点的权值，(5)转发节点的类型。EMG紧急包中的节点权值^包括两个字段"，w'),其中Z'表示节点所处楼层的危险程度,^表示自身的危险程度。在算法中当节点处在危险区域内时，给节点赋楼层权值为z，。3、如权利要求1或2所述的基于无线传感器网络的三维紧急逃生引导方法，其特征在于所述无线传感器网络为Zigbee网络。全文摘要一种基于无线传感器网络的三维紧急逃生引导方法，包括以下步骤1)节点初始化设置每个节的权值<l，w>，其中，l表示节点所处的楼层的危险程度；w表示节点在该楼层中的危险程度；并设定以下参数常数D、A_i^I、A_i和e_i，j；2)引导过程当传感器节点x感测到火灾后，将自身权值设置为A_dis并将同时广播紧急报文至网络中，其他节点收到紧急报文后通过计算来决定自身的引导方向；当一个传感器节点y收到邻居节点z发来的紧急报文后，传感器节点y用A_z来更新邻居列表中z的权值，节点y指向权值最小的邻居。本发明能获取最佳的逃生路径、具有良好的可靠性。文档编号A62B99/00GK101592918SQ20091009803公开日2009年12月2日申请日期2009年4月23日优先权日2009年4月23日发明者叶培松,洪卫丹,尧王,蔡韶华,赵小敏,奔邵,陈庆章申请人:浙江工业大学