[發(fā)明專利]基于玉米生長態(tài)勢的信號損耗預(yù)測的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410083698.8
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103888957B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李飛飛;黃鋒;李慶學(xué);顧靜秋;吳華瑞;繆祎晟;孫想
• 申請（專利權(quán)）人: 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W16/22
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 李迪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于玉米生長態(tài)勢的信號損耗預(yù)測的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)地監(jiān)控，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供環(huán)境實(shí)時(shí)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，獲取作物生境信息，快速調(diào)整種植方案，提高作物常量，減少成本投入，已經(jīng)成為提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測已經(jīng)成為高質(zhì)量食品生產(chǎn)及加工系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新興技術(shù)將為農(nóng)業(yè)提供新的經(jīng)濟(jì)機(jī)遇，同時(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用面臨著農(nóng)田無線信號傳輸環(huán)境復(fù)雜以及農(nóng)業(yè)應(yīng)用中低成本的特殊需求。因此，研究適用于大田的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署方法，即在復(fù)雜、隨時(shí)間周期性漸變的種植環(huán)境下，如何通過合理的節(jié)點(diǎn)部署方法，達(dá)到滿足監(jiān)測覆蓋率、連通性要求和降低節(jié)點(diǎn)部署成本的目的，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)再農(nóng)田中應(yīng)用的基礎(chǔ)問題。

目前用的比較多的部署方法包括結(jié)構(gòu)化部署和隨機(jī)部署兩種。如何通過一定的布局策略，在盡量不增加節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和布設(shè)成本的基礎(chǔ)上，滿足網(wǎng)絡(luò)餓覆蓋性和連通性要求，是近年來研究的一個(gè)重要方向。

發(fā)明專利“監(jiān)測傳感器節(jié)點(diǎn)部署方法及裝置”（授權(quán)公告號CN101720095B）提供了一種進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格部署的方法；“一種鏈?zhǔn)綗o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方法”（申請公布號CN102325388A）該方法針對鏈?zhǔn)綗o線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中因?yàn)槟芎牟痪舛鴮?dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)低壽命問題，采用多級階梯式備份節(jié)點(diǎn)的思想，將給定的節(jié)點(diǎn)合理地部署在狹長區(qū)域中，從而獲得較高的網(wǎng)絡(luò)工作壽命?！耙环N面向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的WSN節(jié)點(diǎn)部署方法”（申請公布號CN103347265A）將整個(gè)WSN網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)一級固定簇頭（1）、多個(gè)二級簇頭（2）、多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)（3）和Sink節(jié)點(diǎn)，其中一級固定簇頭屬于總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，依次排列最終與Sink節(jié)點(diǎn)相連，每一個(gè)固定簇頭和多個(gè)二級非固定簇頭相連通，一個(gè)二級非固定簇頭和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)相連通，一級固定簇頭和Sink節(jié)點(diǎn)采用太陽能供電以減小能耗和提高可靠性?！耙环N物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)部署方法”（申請公布號CN103260170A）建立基本監(jiān)測區(qū)域模型，并確定總傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、對角線上兩個(gè)相鄰傳感器節(jié)點(diǎn)間距離、拓?fù)鋵哟螖?shù)、簇首節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和實(shí)際要監(jiān)測的面積之間的關(guān)系。

這些部署方法有的是根據(jù)監(jiān)測面積以及節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測范圍，確定網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)數(shù)目；有的基于節(jié)點(diǎn)的能量因素建立部署模型。但是這些部署方法針對的都是通用環(huán)境，沒有分析無線信號的具體傳輸環(huán)境，部署方法都是基于不變環(huán)境中(Open Space)如何調(diào)整傳感器的地點(diǎn)以滿足覆蓋要求。

目前常用的幾種部署方法，結(jié)構(gòu)化部署存在著不靈活，不能適應(yīng)環(huán)境的不均勻變化的缺點(diǎn)；隨機(jī)化部署存在著分布不均勻?qū)е碌墓?jié)點(diǎn)利用率不高、區(qū)域重復(fù)覆蓋和覆蓋空洞、無法保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連通性。若采用增加節(jié)點(diǎn)布設(shè)的密度來達(dá)到較好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和連通性，則必然造成成本的升高；現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方法沒有考慮到農(nóng)田環(huán)境中作物生長對無線信號傳輸?shù)挠绊懀J(rèn)為無線信號處于單一、不變的環(huán)境，不能滿足農(nóng)業(yè)上無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的需求，其次對于無線傳感器在農(nóng)業(yè)種應(yīng)用成本的要求，在滿足環(huán)境監(jiān)測要求的前提下，如何確定節(jié)點(diǎn)部署的最適合數(shù)量，以及如何在節(jié)點(diǎn)數(shù)量限制的前提下通過設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的布局達(dá)到完好的覆蓋性和連通性是迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何在節(jié)點(diǎn)數(shù)量限制的前提下通過設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的布局達(dá)到完好的覆蓋性和連通性的問題。

為此目的，本發(fā)明提出了一種基于玉米生長態(tài)勢的信號損耗預(yù)測的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散方法，包括具體以下步驟：

S1：根據(jù)無線信號傳輸模型確定節(jié)點(diǎn)部署高度h；

S2：根據(jù)玉米生長態(tài)勢對無線信號傳輸距離的影響和數(shù)據(jù)傳輸量能耗確定節(jié)點(diǎn)部署指導(dǎo)數(shù)目；

S3：根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)部署指導(dǎo)數(shù)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化部署，并進(jìn)行分區(qū)和各個(gè)小區(qū)域內(nèi)無線信號傳輸環(huán)境信息的采集；

S4：根據(jù)采集到的所述各個(gè)小區(qū)域內(nèi)無線信號傳輸環(huán)境信息進(jìn)行各分區(qū)節(jié)點(diǎn)數(shù)目補(bǔ)充以及節(jié)點(diǎn)位置調(diào)整。

進(jìn)一步地，所述步驟S1進(jìn)一步包括：

S11：根據(jù)小尺度效應(yīng)下的實(shí)際多尺度信道衰減模型，建立玉米三個(gè)生長階段所述無線信號傳輸模型；

S12：分析所述玉米三個(gè)生長階段所述無線信號傳輸模型的傳輸特性；

S13：根據(jù)獲取的所述傳輸特性確定所述節(jié)點(diǎn)部署高度。

具體地，所述小尺度效應(yīng)下的實(shí)際多尺度信道衰減模型為：