[發明專利]基于環境的家禽飼養監測傳感網絡的發送速率調整方法

有效

• 申請號: 201910322329.2
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110337082B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 張洪光;劉宇泓;張瑩;劉元安;謝剛;冉靜;劉華劍
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W28/02;H04W28/22;H04W52/02;G06N20/00
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本發明公布了一種基于環境感知學習策略的家禽飼養監測無線傳感網絡的發送速率調整方法。所述的方法包括：對無線傳感網絡所處的環境進行模型建立,建立環境變量(例如溫濕度)與家禽的生長狀態(體重增長率、產蛋率、死亡率)之間的預測模型；每個傳感器節點通過對環境數據進行感知，使用模糊系統對家禽飼養的環境狀態進行推理，根據環境狀態的不同確定節點所處的模式，確定節點的傳輸速率界限；進一步尋找網絡的最優狀態，傳感器節點使用Q學習算法對自身發送速率進行自適應調整。其中，傳感器節點統計自身的丟包率、數據有效率、數據完整性、能耗水平作為Q學習的回報函數輸入，選擇當前狀態的速率調整動作。本發明的實施例，不僅降低了網絡擁堵也使得網絡整體壽命達到最優，具有廣泛的應用價值。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，特別涉及基于環境感知學習策略的無線傳感網絡發送速率調整方法。

背景技術

家禽是人類獲取肉質和蛋白質的一個重要來源。在高溫高濕環境下，動物很容易產生熱應激，經歷熱應激的動物往往通過限制飼料攝入量來減少產熱，從而對生產性能和健康狀況產生不利影響。熱應激性通常是由于室內溫度和相對濕度的變化引起的，因此在養殖企業飼養家禽時，通常都會使用無線傳感網絡對家禽的生長環境進行監測。和傳統有線網絡不同，無線傳感網絡節點容易受到干擾，而且由于體積小，所儲存的電量也是極為有限的，因此無線傳感網絡的數據傳輸質量和系統生命周期是研究者關注的重點。

為了減少節點的空閑監聽能耗，研究者開始對傳感器節點的占空比進行優化，提出了一系列的睡眠/喚醒MAC協議，比如S-MAC、T-MAC以及一些自適應占空比調節MAC協議。通過增加節點的睡眠時長，減少節點空閑監聽時長從而減少了節點的空閑監聽能量。但是增加睡眠時長帶來了往往就是高時延和低網絡吞吐量。

除了調節占空比的方法之外，降低網絡競爭也是降低網路能耗提升網絡壽命的一種方法，比如設置競爭窗口機制，每個傳感器節點根據其鄰居的數量選擇最優的初始競爭窗口大小。然后根據當前流量負載調整初始競爭窗口，降低沖突概率，同時采用快速退避機制，減少退避過程中的空閑監聽時間，既減少了能耗又降低了網絡傳輸時延。

另外也有在聚簇集群上進行相關的能量優化工作，聚簇可以減少網絡整體能力的消耗。針對無線傳感器網絡的本地監視區域中的目標監視算法的能量高效的自適應傳感器調度。為了防止單個節點過度調度，優先選擇一個由決策函數生成的具有高計算值的節點作為任務節點來平衡動態集群的本地能量消耗，并且選擇具有最高值的節點作為集群頭。但是星型網絡中，這種算法并不適用。

發明內容

本發明實施例提供基于環境的家禽飼養監測傳感網絡的發送速率調整方法。在運行期間，各無線傳感器節點具有自組織性，擁有自我優化和自學能力。運行期間，各無線傳感器節點通過環境感知以及家禽生長狀態預測確定自身所處工作模式，不需要人為干預。在確定自身工作模式后，在工作模式所規定的速率范圍內進行無線傳感網絡狀態學習，以便減少無線傳感網絡擁塞以及減少節點能耗。

為達到上述目的，本發明實例提供了基于環境感知學習策略的無線傳感網絡發送速率調整方法，環境感知應用于無線傳感網絡節點確定自身所處工作模式，Q學習用于節點感知網絡狀態進行自身發送速率調整，方法包括：

根據家禽飼養的環境進行模型建立，記環境模型為E(T_in,H_in)，其中T_in為外部環境輸入，H_in為外部濕度輸入，并將環境與家禽生長狀態建立聯系。

具體的，本發明中，使用線性回歸方程將環境與家禽的生長狀態建立聯系?？紤]家禽的生長狀態有以下指標：家禽死亡率、家禽產蛋率、家禽體重。使用MR表示家禽死亡率，EPR表示家禽產蛋率，BW表示家禽體重，Age表示家禽年齡。使用以下回歸方程進行描述，其中THI為溫濕度指示值，且有THI＝1.8×T_in-(1-H_in)×(T_in-14.3)+32。