[发明专利]一种面向精细农业的无线传感器网络设计方法

说明书

本发明公开了一种面向精细农业的无线传感器网络设计方法,所述方法包括以下步骤：第一步，建立无线信道传播损耗模型；第二步，提出分簇有限自组网的组网方式，并设计双链交叉通信的通信方式；第三步，设计基于太阳能MPPT的能量快速自给方法；第四步，运用基于空间相关性的压缩感知理论对节点数据进行融合；第五步，设计网络服务质量目标驱动的农业无线传感器网络系统评价策略与评价方法；第六步，设计面向农业物联网的WSN中间件。本发明的面向精细农业的无线传感器网络设计方法，研究面向精细农业的无线传感器网络关键技术，并介绍无线传感器网络系统性能评价方法、面向物联网的中间件设计方法、通用节点软硬件设计方法与典型应用系统。

技术领域

本发明涉及一种面向精细农业的无线传感器网络设计方法，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。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种面向精细农业的无线传感器网络设计方法，研究面向精细农业的无线传感器网络关键技术，并介绍无线传感器网络系统性能评价方法、面向物联网的中间件设计方法、通用节点软硬件设计方法与典型应用系统。

本发明的面向精细农业的无线传感器网络设计方法，所述方法包括以下步骤：

第一步，从农业应用环境对无线信道传播特性的影响出发，分别对裸地、平地和山地进行了实验，建立无线信道传播损耗模型，为无线传感器网络的组织结构、组网方式与不同应用环境的节点部署方法提供依据；

第二步，对面向精细农业的无线传感器网络组织结构和组网方式进行研究；针对设施农业与大田的实际应用环境，设计无线传感器网络系统架构，提出分簇有限自组网的组网方式，并设计双链交叉通信的通信方式；

第三步，面向大田应用，提出用改进的DV-Hop算法对节点进行定位，利用该算法采用四边测距方式定位节点位置；针对农业多源信息WSN终端节点，设计基于太阳能MPPT的能量快速自给方法，并设计传感器间歇采样、深度休眠的工作方式，增加节点的供电可靠性；

第四步，数据融合是农业无线传感器网络系统的重要支撑技术，运用基于空间相关性的压缩感知理论对节点数据进行融合；采用压缩感知理论，减少数据的传输量，有效地降低节点能耗；

第五步，设计网络服务质量目标驱动的农业无线传感器网络系统评价策略与评价方法，为面向精细农业的无线传感器网络系统行业标准的建立提供参考；

第六步，针对农业无线传感器网络系统低成本、标准化与方便数据管理的需要，设计面向农业物联网的WSN中间件，并开发软硬件系统，针对大田灌溉、设施栽培环境监控等进行应用示范，结果表明，无线传感器网络技术较好地满足精细农业应用需求，软硬件皆方便系统集成，适合标准化需求与大规模推广。