[發(fā)明專利]一種面向大田無線傳感網(wǎng)的作物生長信息自適應(yīng)傳輸方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310632091.6
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103619055A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱艷;倪軍;龐方榮;曹衛(wèi)星;姚霞
• 申請（專利權(quán)）人: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18;G08C17/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;蔣真

1.一種適合于大田環(huán)境下作物生長信息無線傳感網(wǎng)自適應(yīng)傳輸方法，其特征是采用如下步驟：

步驟（1），在農(nóng)田中按需布置若干個多光譜作物生長傳感器節(jié)點(diǎn)和一個網(wǎng)關(guān)，當(dāng)啟動每個多光譜作物生長傳感器節(jié)點(diǎn)電源模塊時，各傳感器節(jié)點(diǎn)請求加入自組織網(wǎng)絡(luò)，并等待網(wǎng)關(guān)響應(yīng)，如果網(wǎng)關(guān)發(fā)出連接應(yīng)答，則傳多光譜作物生長感器節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)成功；否則繼續(xù)等待響應(yīng)；

步驟（2），作物生長信息無線傳感網(wǎng)中各個多光譜作物生長傳感器節(jié)點(diǎn)以單跳的形式連續(xù)發(fā)送n幀數(shù)據(jù)至網(wǎng)關(guān)，其中n≥3；

步驟（3），網(wǎng)關(guān)監(jiān)聽各個多光譜作生長傳感器節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度，尋求信號強(qiáng)度極大值的節(jié)點(diǎn)作為工作節(jié)點(diǎn)，其余傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入深度休眠狀態(tài)；

步驟（4），工作節(jié)點(diǎn)在每個工作周期，定時向網(wǎng)關(guān)發(fā)送采集數(shù)據(jù)，并記錄連續(xù)發(fā)送次數(shù)N；網(wǎng)關(guān)收集到工作節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，與上一個周期數(shù)據(jù)進(jìn)行差值比較，若差值結(jié)果沒有超過網(wǎng)關(guān)設(shè)定的第一閾值ε，網(wǎng)關(guān)則采用灰色預(yù)測算法預(yù)測深度休眠節(jié)點(diǎn)的方式采集數(shù)據(jù)；

步驟（5），若差值結(jié)果超過網(wǎng)關(guān)設(shè)定的第一閾值ε，則網(wǎng)關(guān)向無線傳感網(wǎng)絡(luò)中休眠節(jié)點(diǎn)發(fā)出激活命令，各節(jié)點(diǎn)連續(xù)采集n幀作物生長信息數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)；同時，同時，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度，尋求信號強(qiáng)度極大值的節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換工作節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入深度休眠狀態(tài)；

步驟（6），若預(yù)測次數(shù)N超過網(wǎng)關(guān)設(shè)定的第二閾值θ，則網(wǎng)關(guān)向作物生長信息無線傳感網(wǎng)絡(luò)中休眠節(jié)點(diǎn)發(fā)出激活命令，各節(jié)點(diǎn)連續(xù)采集n幀作物生長信息數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)；同時，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度，尋求信號強(qiáng)度極大值的節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換工作節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入深度休眠狀態(tài)；

步驟（7），重復(fù)步驟（4）-（6），直至遍歷作物生長信息無線采集網(wǎng)絡(luò)中所有多光譜作物生長傳感器節(jié)點(diǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向大田無線傳感網(wǎng)的作物生長信息自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于所述步驟（4）中第一閾值ε由多光譜作物生長傳感器監(jiān)測的作物種類、品種、生育期決定；對于稻麥作物，第一閾值ε取值范圍為2%-5%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向大田無線傳感網(wǎng)的作物生長信息自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于所述步驟（4）中網(wǎng)關(guān)灰色預(yù)測深度休眠節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，包括如下步驟：

（401）根據(jù)多光譜作物生長傳感器節(jié)點(diǎn)初始發(fā)送的N幀采集數(shù)據(jù)，構(gòu)建一階累加灰序列；

原始樣本數(shù)據(jù)序列X₀={X₀（1）,X₀（2）,X₀（3）,…,X₀（n）},為，由X₀的元素進(jìn)行一階累加生成AGO序列：

X₁（k）={X₁（1）,X₁（2）,X₁（3）,…,X₁（n）}

其中：X1(i)=Σj=1iX0(i),i=1,2,...n;]]>

（402）構(gòu)建累加灰序列的緊鄰均值生成序列；

Z(k)＝{Z(1),Z(2),Z(3)...Z(n)}

其中：Z(k)＝1/2[X₁(k)+X₁(k-1)],k＝2,3...n；

（403）應(yīng)用GM（1,1）模型的方程進(jìn)行預(yù)測，方程中的參數(shù)m為發(fā)展系數(shù)，參數(shù)n為灰色作用量，通過差分對方程進(jìn)行近似離散化，得到線性方程組，對方程組用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)估計得到白化方程的二級參數(shù)P，Q，R，S的求解方法。

P=Σk=2nZ(k)]]>???Q=Σk=2nX0(k)]]>

R=Σk=2nX0(k)×Z(k)]]>???S=ΣK=2n[Z(k)]2;]]>

其中：n≥4，通過二級參數(shù)P，Q，R，S可以求得參數(shù)m和n；

m=P×Q-(n-1)×r(N-1)×S-Q2]]>???n=Q×S-P×R(n-1)×S-Q2;]]>

（404）求解原始序列的灰色模型，求得深度休眠節(jié)點(diǎn)預(yù)測數(shù)據(jù)：

將m，n的值代入到原始序列的GM（1,1）模型的方程得：

X^1(k+1)=[X0(1)-n/m]×e-m×n+n/m]]>

還原求出X₀的預(yù)測值：

X^0(k+1)=X^1(k+1)-X^1(k).]]>

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向大田無線傳感網(wǎng)的作物生長信息自適應(yīng)傳輸方法，其特征在于所述步驟（6）中第二閾值θ由作物長勢信息變化速率與多光譜作物生長傳感器節(jié)點(diǎn)電池容量決定，第二閾值θ取電池充滿電后最大采集次數(shù)的10%-20%。