[发明专利]一种农业应用环境对无线信道传播的影响与模型研究方法

说明书

本发明公开了一种农业应用环境对无线信道传播的影响与模型研究方法,所述方法包括以下步骤：第一步，引入信道能耗衰减的理论建模公式PL=k + 10n(h)lgd，为实验获取经验模型提供理论依据；第二步，分别对信道频率为2.4GHz和433MHz下裸地、平地、山地的无线信号强度值以及丢包率进行实验；第三步，对2.4GHz和433MHz下，不同的天线高度：0m、1m、2m及3m的传输范围和路径损耗进行实验；第四步，根据实验数据，对天线高度的部署进行筛选。本发明的农业应用环境对无线信道传播的影响与模型研究方法，可以预测在不同的发射功率时，果园中在一定距离处的接收功率，从而预测节点的覆盖范围，为无线传感器网络的节点部署提供依据。

技术领域

本发明涉及一种农业应用环境对无线信道传播的影响与模型研究方法，属于农业信息化技术领域。

背景技术

精细农业需要高密度、高速度、高准确度的农田信息作为实施依据；然而，在精细农业中，远程信息的获取是目前需要攻克的一个难题；利用WSN技术解决农田信息采集与管理问题已经成为研究热点之一；但目前，主要的研究集中于温室蔬菜大棚和水文检测领域内的传感器网络设计，而对于无线传感器网络在大规模农田种植领域的应用及其组织结构、节点定位、路由协议、节能策略与数据融合等均缺少系统深入的研究；在这类应用中，监测面积大、农作物生长周期长、传感器节点数量多、各节点往往配置多源信息(各种土壤属性、环境属性与作物生长信息等)、作物类型与地势多样、天气状况复杂，这些特点为面向农业的大规模无线传感器网络系统的应用带来了挑战；本发明在以低成本、低功耗与良好的环境适应性为目标，设计面向农业的大规模无线传感器网络的组织结构，并研究相应的节点定位与数据融合技术；本发明在大田和设施农两个应用环境领域建立典型的应用示范技术，将WSN理论研究与实际应用结合起来。随着无线通信技术的发展，微芯片技术的进步，无线传感器网络(Wireness Sensor Network WSN)作为一种全新的信息获取和处理方式，以其低功耗，低成本，智能性强等特点，已经在农业领域中得到了施展的平台；在实际应用中，由于农业应用环境的复杂多样性，本发明将具体讨论果园裸地、平地与山地不同环境等典型环境为对象，研究典型环境对无线信道传播特性的影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种农业应用环境对无线信道传播的影响与模型研究方法，可以预测在不同的发射功率时，果园中在一定距离处的接收功率，从而预测节点的覆盖范围，为无线传感器网络的节点部署提供依据。

本发明的农业应用环境对无线信道传播的影响与模型研究方法，所述方法包括以下步骤：

第一步，引入信道能耗衰减的理论建模公式PL= k + 10n(h)lgd，为实验获取经验模型提供理论依据；

式中，k为模型参数，n为能耗衰减指数，d为收发节点之间的距离；

第二步，试验地点选择在嘉兴某水蜜桃果园，针两种对不同频率：2.4GHz和433MHz，三种不同地势：裸地、平地、山地进行实验；分别对信道频率为2.4GHz和433MHz下裸地、平地、山地的无线信号强度值（RSSI）以及丢包率（PLR）进行实验，得出相应的实验数据，并依据所得数据画出曲线图，直观的反映实验数据趋势；

第三步，为了获得更适合实际应用的信道能耗衰减模型，传输范围和路径损耗是两个很重要的指标；对2.4GHz和433MHz下，不同的天线高度：0m、1m、2m及3m的传输范围和路径损耗进行实验，获得实验数据以及相关曲线图；

第四步，对天线高度为0m、1m、2m及3m时，2.4GHz和433MHz下裸地、平地、山地的数据进行拟合；结合考虑果树高度、天线高度、通信距离等，根据实际应用环境，选取信道频率为433MHz，由于信道频率为433MHz时，穿透力最强；同时根据实验数据，对天线高度的部署进行筛选，选出天线高度3m，主干植株高度为0.5m~1m，得出信道能耗衰减经验模型：