一種面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法技術

本發明專利技術公開了一種面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法,所述方法包括以下步驟：第一步，建立無線信道傳播損耗模型；第二步，提出分簇有限自組網的組網方式，并設計雙鏈交叉通信的通信方式；第三步，設計基于太陽能MPPT的能量快速自給方法；第四步，運用基于空間相關性的壓縮感知理論對節點數據進行融合；第五步，設計網絡服務質量目標驅動的農業無線傳感器網絡系統評價策略與評價方法；第六步，設計面向農業物聯網的WSN中間件。本發明專利技術的面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法，研究面向精細農業的無線傳感器網絡關鍵技術，并介紹無線傳感器網絡系統性能評價方法、面向物聯網的中間件設計方法、通用節點軟硬件設計方法與典型應用系統。

A design method of wireless sensor network for precision agriculture

The invention discloses a design method of wireless sensor network for fine agriculture. The method includes the following steps: the first step is to establish the wireless channel propagation loss model; the second step is to propose the networking mode of the cluster Limited ad hoc network, and design the communication mode of the double chain cross communication; the third step is designed based on the solar M. PPT's energy fast self-sufficiency method; the fourth step, using the spatial correlation based compression perception theory to fuse the node data; the fifth step, design the evaluation strategy and evaluation method of the agricultural wireless sensor network system driven by the network service quality target; and the sixth step, design the WSN Middleware Oriented to the agricultural Internet of things. The design method of wireless sensor network for fine agriculture is used to study the key technology of wireless sensor network for fine agriculture. It also introduces the performance evaluation method of wireless sensor network system, the design method of Middleware Oriented Middleware, the common node software and hardware design method and the typical application system.

【技術實現步驟摘要】
一種面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法
本專利技術涉及一種面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法，屬于農業信息化

技術介紹
精細農業需要高密度、高速度、高準確度的農田信息作為實施依據；然而，在精細農業中，遠程信息的獲取是目前需要攻克的一個難題；利用WSN技術解決農田信息采集與管理問題已經成為研究熱點之一；但目前，主要的研究集中于溫室蔬菜大棚和水文檢測領域內的傳感器網絡設計，而對于無線傳感器網絡在大規模農田種植領域的應用及其組織結構、節點定位、路由協議、節能策略與數據融合等均缺少系統深入的研究；在這類應用中，監測面積大、農作物生長周期長、傳感器節點數量多、各節點往往配置多源信息(各種土壤屬性、環境屬性與作物生長信息等)、作物類型與地勢多樣、天氣狀況復雜，這些特點為面向農業的大規模無線傳感器網絡系統的應用帶來了挑戰；本專利技術在以低成本、低功耗與良好的環境適應性為目標，設計面向農業的大規模無線傳感器網絡的組織結構，并研究相應的節點定位與數據融合技術；本專利技術在大田和設施農兩個應用環境領域建立典型的應用示范技術，將WSN理論研究與實際應用結合起來。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術提出了一種面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法，研究面向精細農業的無線傳感器網絡關鍵技術，并介紹無線傳感器網絡系統性能評價方法、面向物聯網的中間件設計方法、通用節點軟硬件設計方法與典型應用系統。本專利技術的面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法，所述方法包括以下步驟：第一步，從農業應用環境對無線信道傳播特性的影響出發，分別對裸地、平地和山地進行了實驗，建立無線信道傳播損耗模型，為無線傳感器網絡的組織結構、組網方式與不同應用環境的節點部署方法提供依據；第二步，對面向精細農業的無線傳感器網絡組織結構和組網方式進行研究；針對設施農業與大田的實際應用環境，設計無線傳感器網絡系統架構，提出分簇有限自組網的組網方式，并設計雙鏈交叉通信的通信方式；第三步，面向大田應用，提出用改進的DV-Hop算法對節點進行定位，利用該算法采用四邊測距方式定位節點位置；針對農業多源信息WSN終端節點，設計基于太陽能MPPT的能量快速自給方法，并設計傳感器間歇采樣、深度休眠的工作方式，增加節點的供電可靠性；第四步，數據融合是農業無線傳感器網絡系統的重要支撐技術，運用基于空間相關性的壓縮感知理論對節點數據進行融合；采用壓縮感知理論，減少數據的傳輸量，有效地降低節點能耗；第五步，設計網絡服務質量目標驅動的農業無線傳感器網絡系統評價策略與評價方法，為面向精細農業的無線傳感器網絡系統行業標準的建立提供參考；第六步，針對農業無線傳感器網絡系統低成本、標準化與方便數據管理的需要，設計面向農業物聯網的WSN中間件，并開發軟硬件系統，針對大田灌溉、設施栽培環境監控等進行應用示范，結果表明，無線傳感器網絡技術較好地滿足精細農業應用需求，軟硬件皆方便系統集成，適合標準化需求與大規模推廣。本專利技術與現有技術相比較，本專利技術的面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法，以良好的環境適應性、低功耗、低成本、標準化為目標，以設施農業與大田兩種應用對象，研究面向精細農業的無線傳感器網絡關鍵技術，包括網絡結構、組網方式、節點定位方法、數據融合方法、能量快速自給與節能策略，并介紹無線傳感器網絡系統性能評價方法、面向物聯網的中間件設計方法、通用節點軟硬件設計方法與典型應用系統。具體實施方式本專利技術的面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法，所述方法包括以下步驟：第一步，從農業應用環境對無線信道傳播特性的影響出發，分別對裸地、平地和山地進行了實驗，建立無線信道傳播損耗模型，為無線傳感器網絡的組織結構、組網方式與不同應用環境的節點部署方法提供依據；第二步，對面向精細農業的無線傳感器網絡組織結構和組網方式進行研究；針對設施農業與大田的實際應用環境，設計無線傳感器網絡系統架構，提出分簇有限自組網的組網方式，并設計雙鏈交叉通信的通信方式；第三步，面向大田應用，提出用改進的DV-Hop算法對節點進行定位，利用該算法采用四邊測距方式定位節點位置；針對農業多源信息WSN終端節點，設計基于太陽能MPPT的能量快速自給方法，并設計傳感器間歇采樣、深度休眠的工作方式，增加節點的供電可靠性；第四步，數據融合是農業無線傳感器網絡系統的重要支撐技術，運用基于空間相關性的壓縮感知理論對節點數據進行融合；采用壓縮感知理論，減少數據的傳輸量，有效地降低節點能耗；第五步，設計網絡服務質量目標驅動的農業無線傳感器網絡系統評價策略與評價方法，為面向精細農業的無線傳感器網絡系統行業標準的建立提供參考；第六步，針對農業無線傳感器網絡系統低成本、標準化與方便數據管理的需要，設計面向農業物聯網的WSN中間件，并開發軟硬件系統，針對大田灌溉、設施栽培環境監控等進行應用示范，結果表明，無線傳感器網絡技術較好地滿足精細農業應用需求，軟硬件皆方便系統集成，適合標準化需求與大規模推廣。上述實施例，僅是本專利技術的較佳實施方式，故凡依本專利技術專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本專利技術專利申請范圍內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：第一步，從農業應用環境對無線信道傳播特性的影響出發，分別對裸地、平地和山地進行了實驗，建立無線信道傳播損耗模型，為無線傳感器網絡的組織結構、組網方式與不同應用環境的節點部署方法提供依據；第二步，對面向精細農業的無線傳感器網絡組織結構和組網方式進行研究；針對設施農業與大田的實際應用環境，設計無線傳感器網絡系統架構，提出分簇有限自組網的組網方式，并設計雙鏈交叉通信的通信方式；第三步，面向大田應用，提出用改進的DV?Hop算法對節點進行定位，利用該算法采用四邊測距方式定位節點位置；針對農業多源信息WSN終端節點，設計基于太陽能MPPT的能量快速自給方法，并設計傳感器間歇采樣、深度休眠的工作方式，增加節點的供電可靠性；第四步，運用基于空間相關性的壓縮感知理論對節點數據進行融合；采用壓縮感知理論，減少數據的傳輸量；第五步，設計網絡服務質量目標驅動的農業無線傳感器網絡系統評價策略與評價方法，為面向精細農業的無線傳感器網絡系統行業標準的建立提供參考；第六步，針對農業無線傳感器網絡系統低成本、標準化與方便數據管理的需要，設計面向農業物聯網的WSN中間件，并開發軟硬件系統，針對大田灌溉、設施栽培環境監控等進行應用示范，結果表明，無線傳感器網絡技術較好地滿足精細農業應用需求，軟硬件皆方便系統集成，適合標準化需求與大規模推廣。...

【技術特征摘要】
1.一種面向精細農業的無線傳感器網絡設計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：第一步，從農業應用環境對無線信道傳播特性的影響出發，分別對裸地、平地和山地進行了實驗，建立無線信道傳播損耗模型，為無線傳感器網絡的組織結構、組網方式與不同應用環境的節點部署方法提供依據；第二步，對面向精細農業的無線傳感器網絡組織結構和組網方式進行研究；針對設施農業與大田的實際應用環境，設計無線傳感器網絡系統架構，提出分簇有限自組網的組網方式，并設計雙鏈交叉通信的通信方式；第三步，面向大田應用，提出用改進的DV-Hop算法對節點進行定位，利用該算法采用四邊測距方式定位節點位置；針對農業多源信息WSN終端節點，設計基于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬廷彥，
申請(專利權)人：哈爾濱派騰農業科技有限公司，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23