面向精確灌溉的WSN數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、精準(zhǔn)控制灌溉技術(shù)是精確農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。目前，精確農(nóng)業(yè)實(shí)施的最大障礙，仍然是在農(nóng)田信息高密度、高速度、高準(zhǔn)確度、低成本獲取技術(shù)的研究上。隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)在眾多場(chǎng)合的成功應(yīng)用，國(guó)外已經(jīng)將WSN技術(shù)應(yīng)用于大范圍農(nóng)田灌溉控制系統(tǒng)中，但我國(guó)這方面的研究還處于起步階段。在運(yùn)用WSN實(shí)現(xiàn)農(nóng)田信息獲取過(guò)程中，必須結(jié)合具體應(yīng)用特點(diǎn)解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵問(wèn)題，針對(duì)農(nóng)田灌溉控制系統(tǒng)的特定場(chǎng)合，研究WSN數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，對(duì)建立精確農(nóng)業(yè)中WS

2、N理論體系及促進(jìn)我國(guó)精確灌溉技術(shù)的推廣具有重要意義。 從精確灌溉實(shí)施的需求出發(fā)，結(jié)合WSN的特點(diǎn)，以管道式噴灌系統(tǒng)為例，研究面向精確灌溉控制系統(tǒng)的WSN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行深入研究，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有： 1．創(chuàng)建一種WSN灌區(qū)墑情采集的數(shù)據(jù)傳輸方法，為實(shí)現(xiàn)精確農(nóng)業(yè)信息獲取“高密度、高速度、高準(zhǔn)確度、低成本”的目標(biāo)取得了新的進(jìn)展。 通過(guò)分析精確灌溉實(shí)施需求和WSN的特點(diǎn)，從管道式噴灌系

3、統(tǒng)的布置方式出發(fā)，結(jié)合考慮噴頭噴灑域，研究灌區(qū)的劃分方法，設(shè)計(jì)一個(gè)分層結(jié)構(gòu)的WSN，以灌溉小區(qū)為灌溉實(shí)施單位，以相鄰灌溉小區(qū)組成的數(shù)據(jù)收集區(qū)為數(shù)據(jù)收集的基本組織，從總體上對(duì)WSN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建方法進(jìn)行研究。 2．建立傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署模型，實(shí)現(xiàn)低成本節(jié)點(diǎn)部署。 為滿足精確灌溉對(duì)農(nóng)田信息全面獲取的需要，對(duì)相關(guān)覆蓋理論進(jìn)行研究，提出在灌溉小區(qū)實(shí)行正三角形網(wǎng)格覆蓋的部署方法，通過(guò)分析噴頭射程和傳感器節(jié)點(diǎn)傳感半徑之

4、間的關(guān)系，建立灌溉小區(qū)傳感器節(jié)點(diǎn)優(yōu)化覆蓋部署模型；通過(guò)分析正三角形網(wǎng)格覆蓋存在的不足，提出適當(dāng)?shù)牟渴鹦拚椒ǎ⒂谜叫尉W(wǎng)格覆蓋部署進(jìn)行對(duì)比研究。為滿足對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的全連通覆蓋，應(yīng)用正三角形網(wǎng)格覆蓋部署方法，建立匯聚節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署模型。 3．創(chuàng)建一種節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)功率管理方法，實(shí)現(xiàn)低功耗數(shù)據(jù)傳輸。 為減少節(jié)點(diǎn)通信能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)使用壽命，依據(jù)土壤墑情的時(shí)間變化特點(diǎn)，提出一個(gè)基于數(shù)據(jù)流灰預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)功率管理方法，利用數(shù)據(jù)收集區(qū)的匯聚節(jié)

5、點(diǎn)對(duì)接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)測(cè)，并應(yīng)用灰色理論建立預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)在WSN節(jié)點(diǎn)資源很有限情況下的工作模式動(dòng)態(tài)切換，以減少WSN節(jié)點(diǎn)間的通信能耗；研究節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，定義兩種節(jié)點(diǎn)工作模式。仿真結(jié)果表明，應(yīng)用該動(dòng)態(tài)功率管理方法可節(jié)約通信能耗63.63％以上。 4．建立節(jié)點(diǎn)故障診斷模型，實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸。 依據(jù)局部區(qū)域土壤墑情空間差異在時(shí)間上的穩(wěn)定性，建立一個(gè)基于時(shí)空相關(guān)性的故障診斷模型，應(yīng)用方差理論進(jìn)行第一階段判斷，判斷出部分正常節(jié)