【摘要】：無線地下傳感器網(wǎng)絡(Wireless Underground Sensor Networks,WUSN)是將大部分無線傳感器節(jié)點布設在地下,地面上僅出現(xiàn)少數(shù)用于為公共通信網(wǎng)絡提供信息交換的無線網(wǎng)關節(jié)點的傳感器網(wǎng)絡。本文以農(nóng)田土壤水分無線地下傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)的節(jié)點、信號傳輸特性、通信協(xié)議及拓撲控制和節(jié)點定位算法等為研究對象,通過理論建模分析、計算機模擬仿真等,對WUSN的信號傳輸理論和網(wǎng)絡系統(tǒng)技術進行了研究和初探,設計開發(fā)了WUSN節(jié)點,研究并揭示了433MHz電磁波在農(nóng)田土壤中的通信特性,提出了WUSN通信協(xié)議,研究并建立了節(jié)點定位與部署算法。論文取得以下初步研究結(jié)果:(1)開發(fā)了一種基于433MHz頻率的微功耗WUSN節(jié)點設計了無線地下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的軟硬件系統(tǒng),依據(jù)農(nóng)田土壤含水率、電磁波傳輸特性和節(jié)點性能,提出了無線地下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計要求,結(jié)合計算機仿真,論證并設計了節(jié)點電路系統(tǒng),開發(fā)了由433MHz射頻模塊、MSP430、XR61-TDR2等主要硬件組成的無線地下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。(2)研究并揭示了433MHz頻率WUSN電磁波在農(nóng)田土壤中傳輸?shù)幕咎匦訵USN節(jié)點頻率在433MHz時,研究了節(jié)點埋藏深度、水平節(jié)點間距離和土壤含水率對通信的綜合影響,得出了節(jié)點埋藏深度、水平節(jié)點間距離和土壤含水率與通信接收信號強度和誤碼率的三維關系,建立了電磁波在土壤中傳輸?shù)幕咎匦浴?3)研究并提出了無線地下傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議和拓撲控制算法采用433MHz電磁波作為WUSN信號載體,經(jīng)過對能量路由協(xié)議、數(shù)據(jù)中心路由協(xié)議和邏輯分層路由協(xié)議三種路由機制的研究和分析,研究并提出了無線地下傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的分簇路由協(xié)議;研究了無線地下傳感器網(wǎng)絡的拓撲算法,提出了基于GAF算法和改進的GAF算法相混合的拓撲控制算法,實現(xiàn)了無線地下傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)通信負載的平衡。(4)研究并確定了無線地下傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點定位算法根據(jù)WUSN的覆蓋和連通性,分析了基于距離的定位算法和距離無關的定位算法,經(jīng)過算法的研究、優(yōu)化和驗證,提出并確定了基于距離的RSSI定位算法和最大相似估算法相混合的節(jié)點定位算法。(5)驗證了無線地下傳感器網(wǎng)絡單元測試系統(tǒng)在農(nóng)田內(nèi)搭建起具有四個地下傳感器節(jié)點、單簇頭的平面層次型無線地下傳感器網(wǎng)絡驗證單元,利用該單元系統(tǒng)測試農(nóng)田土壤含水率,與通過烘干法測量各個WUSN地下傳感器節(jié)點周圍的土壤含水率數(shù)據(jù)對比,結(jié)果基本相符。農(nóng)田土壤水分無線地下傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡是一個較新的研究方向,關于其節(jié)點設計、網(wǎng)絡通信協(xié)議、拓撲控制算法及節(jié)點部署與定位等可供研究的內(nèi)容很多,本文主要對WUSN的關鍵技術進行了探索性初步研究,WUSN網(wǎng)絡系統(tǒng)的整體構(gòu)建技術還未形成,今后需要在關鍵技術、支撐理論和硬件設計等方面做更深層次的研究工作。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S152.7;TP212

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2 毛飛;任三學;孫涵;郭安紅;劉庚山;;北方夏玉米農(nóng)田土壤水分預測模型的研究[J];西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版);2009年08期

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6 申雙和，，周英;旱地農(nóng)田土壤水分動態(tài)平衡的模擬[J];南京氣象學院學報;1994年04期

7 申雙和,周英;農(nóng)田土壤水分的隨機模擬和預報[J];南京氣象學院學報;1993年03期

8 李雪屏,藺海明,晉曉軍;隴中半干旱地區(qū)農(nóng)田土壤水分動態(tài)變化的研究[J];干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究;1988年02期

9 石智德;;新疆農(nóng)田土壤水分變化規(guī)律及其分區(qū)[J];新疆氣象;1989年Z2期

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1 王仰仁;孫書洪;王文龍;孫新忠;;農(nóng)田土壤水分動態(tài)模擬研究[A];變化環(huán)境下的水資源響應與可持續(xù)利用——中國水利學會水資源專業(yè)委員會2009學術年會論文集[C];2009年

2 李彬;史海濱;張建國;;河套灌區(qū)農(nóng)田土壤水分空間變異分析[A];現(xiàn)代節(jié)水高效農(nóng)業(yè)與生態(tài)灌區(qū)建設（下）[C];2010年

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5 王杰;劉珂;任紅玲;唐曉玲;李健;;吉林省春季農(nóng)田土壤水分特征及影響因素分析[A];第28屆中國氣象學會年會——S11氣象與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)[C];2011年

6 吳春雷;秦其明;;一種適應植被覆蓋的土壤濕度遙感監(jiān)測方法[A];第十七屆中國遙感大會摘要集[C];2010年

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7 中化化肥高級顧問、中國農(nóng)業(yè)大學教授 曹一平;秋分：小麥播前要整地施肥[N];農(nóng)民日報;2012年

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9 盛鈺;綠洲農(nóng)田土壤水分運移規(guī)律及其對作物生長的影響[D];新疆農(nóng)業(yè)大學;2004年

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本文編號：2558581