異構(gòu)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)信息化是21世紀我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的重大戰(zhàn)略決策,信息的獲取、傳輸、處理與應(yīng)用是農(nóng)業(yè)信息化研究領(lǐng)域的四個重要組成部分。先進的傳感器技術(shù)和智能化信息處理技術(shù)是保證農(nóng)業(yè)信息正確獲取的重要手段。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)于一體,具有易于布置、靈活通信、低功耗、低成本等特點,將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域已成為目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點之一。
　　農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的

2、目的是實時、精準(zhǔn)地獲取農(nóng)業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù),包括:地面信息(空氣溫濕度、風(fēng)向速度、光照參數(shù)、CO2濃度等)、土壤信息(土壤溫濕度、土壤張力、土壤墑情等)、營養(yǎng)信息(pH值、EC值、離子濃度)、有害物信息(動物疾病、植物病蟲害)、生長信息(植物生理生態(tài)信息、動物健康信息)等。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的采集與處理提供了新的思路和有力手段。農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測具有監(jiān)測對象多樣、地域廣闊、偏僻分散、遠離都市社區(qū)、通信條件落后等特點。在農(nóng)田中大規(guī)

3、模布置的傳感器節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境參數(shù)的全天候不間斷觀察,采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由基站最終傳送給觀察者,能夠為農(nóng)田的種植規(guī)劃和田間管理提供可靠的基礎(chǔ)依據(jù)。農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的采集需要依靠溫度、光照、土壤溫濕度等多種不同類型的傳感器,使得節(jié)點可能有不同的初始能量,節(jié)點感知、接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)包不同,消耗能量的快慢也不同,從而構(gòu)成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),因此異構(gòu)對農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究具有重大的現(xiàn)實意義。
　　本文在傳統(tǒng)異構(gòu)農(nóng)業(yè)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)

4、上,針對具體的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用場景,提出了一種有源主干網(wǎng)和無線子網(wǎng)混合的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種有源主干網(wǎng)和無線子網(wǎng)混合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)主要由控制中心、有源主干網(wǎng)和無線子網(wǎng)三個部分組成:1)控制中心部署在離監(jiān)測區(qū)域較遠的環(huán)境良好的區(qū)域,接受由sink節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的融合處理,并實時控制各無線子網(wǎng)間的協(xié)調(diào)運作,通過internet將信息發(fā)送至遠程用戶進行控制處理;2)有源主干網(wǎng)由有源線路和多個sink節(jié)點構(gòu)成。主干網(wǎng)上布置若干高能力si

5、nk節(jié)點,該節(jié)點較一般的節(jié)點有較高的計算處理能力、通信能力和存儲能力,由主干網(wǎng)提供持續(xù)有源供電,不受能量限制;3)無線子網(wǎng)部署在各個農(nóng)業(yè)監(jiān)測子區(qū)域,由大量低功耗的無線傳感器節(jié)點構(gòu)成,負責(zé)采集農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。整個網(wǎng)絡(luò)采用多級層次的體系結(jié)構(gòu),由多個sink節(jié)點連接到有源線路構(gòu)成上一層的有源主干網(wǎng)絡(luò),負責(zé)無線子網(wǎng)的管理;無線子網(wǎng)采取分簇的層次組網(wǎng)方式,由各簇首經(jīng)由多跳路由方式和sink節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信。
　　對于分簇的無線子網(wǎng)內(nèi)部,提

6、出了一種基于權(quán)值的無線子網(wǎng)分簇算法WBCA,該算法分為建簇階段和穩(wěn)定階段。建簇階段中簇首的選擇從節(jié)點剩余能量信息、節(jié)點度信息、節(jié)點距離信息多方面綜合考慮。穩(wěn)定階段中簇內(nèi)節(jié)點通過單跳路由和簇首進行通信,由簇首處理好的數(shù)據(jù)通過多跳路由的方式發(fā)送給sink節(jié)點融合處理,繼而通過有源線路發(fā)送給控制中心。對于子網(wǎng)間路由,提出了多sink動態(tài)路徑切換策略,以路徑能耗為參考標(biāo)準(zhǔn),動態(tài)選擇下一跳路由。并針對無線子網(wǎng)間的邊界問題,給出了用于子網(wǎng)邊界判斷的