[發(fā)明專利]一種農(nóng)業(yè)應(yīng)用環(huán)境對(duì)無(wú)線信道傳播的影響與模型研究方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611153276.9
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108235329A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬廷彥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱派騰農(nóng)業(yè)科技有限公司
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W16/22;H04W24/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種農(nóng)業(yè)應(yīng)用環(huán)境對(duì)無(wú)線信道傳播的影響與模型研究方法,所述方法包括以下步驟：第一步，引入信道能耗衰減的理論建模公式PL=k + 10n(h)lgd，為實(shí)驗(yàn)獲取經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁├碚撘罁?jù)；第二步，分別對(duì)信道頻率為2.4GHz和433MHz下裸地、平地、山地的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度值以及丟包率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；第三步，對(duì)2.4GHz和433MHz下，不同的天線高度：0m、1m、2m及3m的傳輸范圍和路徑損耗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；第四步，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)天線高度的部署進(jìn)行篩選。本發(fā)明的農(nóng)業(yè)應(yīng)用環(huán)境對(duì)無(wú)線信道傳播的影響與模型研究方法，可以預(yù)測(cè)在不同的發(fā)射功率時(shí)，果園中在一定距離處的接收功率，從而預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署提供依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)應(yīng)用環(huán)境對(duì)無(wú)線信道傳播的影響與模型研究方法，屬于農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

精細(xì)農(nóng)業(yè)需要高密度、高速度、高準(zhǔn)確度的農(nóng)田信息作為實(shí)施依據(jù)；然而，在精細(xì)農(nóng)業(yè)中，遠(yuǎn)程信息的獲取是目前需要攻克的一個(gè)難題；利用WSN技術(shù)解決農(nóng)田信息采集與管理問(wèn)題已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一；但目前，主要的研究集中于溫室蔬菜大棚和水文檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，而對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大規(guī)模農(nóng)田種植領(lǐng)域的應(yīng)用及其組織結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)定位、路由協(xié)議、節(jié)能策略與數(shù)據(jù)融合等均缺少系統(tǒng)深入的研究；在這類應(yīng)用中，監(jiān)測(cè)面積大、農(nóng)作物生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、各節(jié)點(diǎn)往往配置多源信息(各種土壤屬性、環(huán)境屬性與作物生長(zhǎng)信息等)、作物類型與地勢(shì)多樣、天氣狀況復(fù)雜，這些特點(diǎn)為面向農(nóng)業(yè)的大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)；本發(fā)明在以低成本、低功耗與良好的環(huán)境適應(yīng)性為目標(biāo)，設(shè)計(jì)面向農(nóng)業(yè)的大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)，并研究相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)定位與數(shù)據(jù)融合技術(shù)；本發(fā)明在大田和設(shè)施農(nóng)兩個(gè)應(yīng)用環(huán)境領(lǐng)域建立典型的應(yīng)用示范技術(shù)，將WSN理論研究與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，微芯片技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireness Sensor Network WSN)作為一種全新的信息獲取和處理方式，以其低功耗，低成本，智能性強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到了施展的平臺(tái)；在實(shí)際應(yīng)用中，由于農(nóng)業(yè)應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜多樣性，本發(fā)明將具體討論果園裸地、平地與山地不同環(huán)境等典型環(huán)境為對(duì)象，研究典型環(huán)境對(duì)無(wú)線信道傳播特性的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種農(nóng)業(yè)應(yīng)用環(huán)境對(duì)無(wú)線信道傳播的影響與模型研究方法，可以預(yù)測(cè)在不同的發(fā)射功率時(shí)，果園中在一定距離處的接收功率，從而預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署提供依據(jù)。

本發(fā)明的農(nóng)業(yè)應(yīng)用環(huán)境對(duì)無(wú)線信道傳播的影響與模型研究方法，所述方法包括以下步驟：

第一步，引入信道能耗衰減的理論建模公式PL= k + 10n(h)lgd，為實(shí)驗(yàn)獲取經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁├碚撘罁?jù)；

式中，k為模型參數(shù)，n為能耗衰減指數(shù)，d為收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離；

第二步，試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在嘉興某水蜜桃果園，針兩種對(duì)不同頻率：2.4GHz和433MHz，三種不同地勢(shì)：裸地、平地、山地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；分別對(duì)信道頻率為2.4GHz和433MHz下裸地、平地、山地的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度值（RSSI）以及丟包率（PLR）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并依據(jù)所得數(shù)據(jù)畫(huà)出曲線圖，直觀的反映實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)；

第三步，為了獲得更適合實(shí)際應(yīng)用的信道能耗衰減模型，傳輸范圍和路徑損耗是兩個(gè)很重要的指標(biāo)；對(duì)2.4GHz和433MHz下，不同的天線高度：0m、1m、2m及3m的傳輸范圍和路徑損耗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及相關(guān)曲線圖；

第四步，對(duì)天線高度為0m、1m、2m及3m時(shí)，2.4GHz和433MHz下裸地、平地、山地的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合；結(jié)合考慮果樹(shù)高度、天線高度、通信距離等，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，選取信道頻率為433MHz，由于信道頻率為433MHz時(shí)，穿透力最強(qiáng)；同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)天線高度的部署進(jìn)行篩選，選出天線高度3m，主干植株高度為0.5m~1m，得出信道能耗衰減經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>