本文關(guān)鍵詞：農(nóng)田異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法研究

  更多相關(guān)文章： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)收集 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 節(jié)點(diǎn)部署

【摘要】：農(nóng)田監(jiān)測(cè)環(huán)境是一種典型的漸變環(huán)境,具有監(jiān)測(cè)面積大、作物生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、作物隨時(shí)間生長(zhǎng)變化、農(nóng)機(jī)化作業(yè)、環(huán)境因子影響復(fù)雜多變等特點(diǎn)。用科技手段獲取大面積農(nóng)田環(huán)境信息,提高農(nóng)田生產(chǎn)效率,是當(dāng)前精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)對(duì)農(nóng)田環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),可為作物生長(zhǎng)智能決策管理與農(nóng)資有效配置提供理論科學(xué)依據(jù),對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái),學(xué)術(shù)界在圍繞同構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集方面已取得較為豐富的成果,但在異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集研究方面還存在一些問(wèn)題。如:太陽(yáng)能和電池異構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)的非均勻部署問(wèn)題;太陽(yáng)能受天氣影響引起的WSN路由協(xié)議不穩(wěn)定問(wèn)題;地上和地下傳感器節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)部署引起傳輸信道及數(shù)據(jù)收集不穩(wěn)定問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題,本文將異構(gòu)WSN作為研究對(duì)象,從信道建模、節(jié)點(diǎn)部署、路由算法和移動(dòng)Sink數(shù)據(jù)收集四個(gè)層面,對(duì)農(nóng)田異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法展開系統(tǒng)深入研究。主要研究成果和創(chuàng)新如下:(1)針對(duì)農(nóng)田漸變環(huán)境無(wú)線傳播信道隨作物生長(zhǎng)變化而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題,研究了大尺度與多尺度衰落模型與環(huán)境關(guān)聯(lián)因子優(yōu)化方法。采用大尺度對(duì)數(shù)衰落模型和多尺度統(tǒng)計(jì)分布衰落模型對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行初步擬合,引入環(huán)境關(guān)聯(lián)因子如葉面積指數(shù)、葉密度指數(shù)、天線高度、遮擋高度等再次擬合,得出環(huán)境因子與傳輸信號(hào)間的大尺度和多尺度衰落模型。另外,考慮地下無(wú)線信道信號(hào)衰減嚴(yán)重問(wèn)題,基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析建立了玉米農(nóng)田環(huán)境中的無(wú)線信號(hào)地下雙徑模型。上述模型擬合結(jié)果良好,能夠?qū)π诺纻鬏數(shù)膭?dòng)態(tài)變化進(jìn)行準(zhǔn)確描述。(2)針對(duì)農(nóng)田復(fù)雜環(huán)境無(wú)線信號(hào)多徑傳播與節(jié)點(diǎn)能量異構(gòu)等問(wèn)題,研究了一種基于路徑損耗的異構(gòu)WSN節(jié)點(diǎn)部署方法。依據(jù)作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)約束,采用正方形分割方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)化部署,根據(jù)各區(qū)域路徑損耗程度求得補(bǔ)充節(jié)點(diǎn)數(shù)量并隨機(jī)部署,采用虛擬力碰撞方法調(diào)整節(jié)點(diǎn)位置。在節(jié)點(diǎn)部署基礎(chǔ)上,引入太陽(yáng)能節(jié)點(diǎn),根據(jù)各節(jié)點(diǎn)位置負(fù)載選定因子,選定太陽(yáng)能節(jié)點(diǎn)位置。同時(shí),引入太陽(yáng)能節(jié)點(diǎn)并根據(jù)各節(jié)點(diǎn)位置負(fù)載選定因子,選定太陽(yáng)能節(jié)點(diǎn)部署位置。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本方法既保障了節(jié)點(diǎn)部署的有效覆蓋率,優(yōu)化了節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載均衡性,也提高了太陽(yáng)能節(jié)點(diǎn)的利用效率。(3)針對(duì)太陽(yáng)能節(jié)點(diǎn)能量短期有限約束引起的聚簇路由協(xié)議穩(wěn)定性問(wèn)題,提出了一種基于能量感知的異構(gòu)WSN路由算法。采用模糊集合方法求解天氣關(guān)聯(lián)的太陽(yáng)能節(jié)點(diǎn)充電能力評(píng)價(jià)因子,將該因子和節(jié)點(diǎn)剩余能量等其他因子作為最優(yōu)骨干節(jié)點(diǎn)的選擇依據(jù),采用模糊軟集合結(jié)合聚類的方法聯(lián)合優(yōu)化選舉出骨干節(jié)點(diǎn)集與簇頭集。在簇頭轉(zhuǎn)發(fā)基礎(chǔ)上,按照改進(jìn)的層次路由,擴(kuò)展引入骨干節(jié)點(diǎn)作為中繼路由。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本算法優(yōu)化了數(shù)據(jù)匯集路徑,能夠在復(fù)雜的天氣變化下,保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性,提高了太陽(yáng)能節(jié)點(diǎn)利用效率,有效地延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生存期。(4)針對(duì)大規(guī)模農(nóng)田環(huán)境下,移動(dòng)Sink在數(shù)據(jù)收集時(shí)的時(shí)間約束和傳輸不穩(wěn)定性問(wèn)題,提出了一種基于移動(dòng)Sink的異構(gòu)WSN穩(wěn)定數(shù)據(jù)收集方法。在初始階段,采用正方形結(jié)構(gòu)化增量部署方式,在節(jié)點(diǎn)部署區(qū)域內(nèi)構(gòu)造出虛擬RP(匯集點(diǎn)),Sink節(jié)點(diǎn)以遍歷虛擬RP方式收集網(wǎng)絡(luò)真實(shí)節(jié)點(diǎn)信息;依據(jù)時(shí)間約束和骨干節(jié)點(diǎn)權(quán)值優(yōu)先級(jí)選舉RP,對(duì)Sink移動(dòng)路徑進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)孤立節(jié)點(diǎn)環(huán)境感知選擇和丟包處理機(jī)制提高數(shù)據(jù)收集穩(wěn)定性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本方法優(yōu)化了Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑,延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生存期,保障了在濕度變化條件下,地下節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的有效收集,降低了數(shù)據(jù)丟包率,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定數(shù)據(jù)收集任務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 郭全;侯紅;許思平;;分布式數(shù)據(jù)收集流程的改進(jìn)及分析[J];計(jì)算機(jī)工程;2010年06期

2 劉愛(ài)民;李希哲;孫安來(lái);;氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)收集平臺(tái)地址生成方法[J];無(wú)線電工程;2007年02期

3 楊進(jìn)才,劉云生;移動(dòng)事務(wù)的數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ)[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2004年08期

4 尚雪蓮;;淺談?dòng)?jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)收集中的應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用;2012年19期

5 ;針對(duì)不同對(duì)象的數(shù)據(jù)收集與應(yīng)用[J];上海質(zhì)量;2013年04期

6 王文華,郭陟,顧明;基于負(fù)載均衡的高效入侵檢測(cè)數(shù)據(jù)收集機(jī)制[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2005年10期

7 叢榮華;;網(wǎng)絡(luò)教育中的數(shù)據(jù)收集技術(shù)[J];長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào);2006年10期

8 陳永府;楊小獻(xiàn);黃正東;陳立平;;基于規(guī)則的數(shù)據(jù)收集研究[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2007年01期

9 劉瑞超;郭松濤;;帶速度控制的能量高效的數(shù)據(jù)收集算法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2014年03期

10 向金海,羅靜,張友純;移動(dòng)代理模式下的數(shù)據(jù)收集[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2003年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 王洪肖;劉威;于賀玲;;基于XML技術(shù)的WEB數(shù)據(jù)收集模型的研究[A];低碳經(jīng)濟(jì)與科學(xué)發(fā)展——吉林省第六屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

2 沈曉怡;;獨(dú)立于協(xié)議的數(shù)據(jù)通信功能實(shí)現(xiàn)[A];全國(guó)煉鋼連鑄過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 薛華 何立群 李祥和;IDS的體系結(jié)構(gòu)[N];計(jì)算機(jī)世界;2002年

2 河北大學(xué)新聞傳播學(xué)院 陶丹;大數(shù)據(jù)收集和使用的先驅(qū)[N];科學(xué)導(dǎo)報(bào);2014年

3 林鴻燦;保險(xiǎn)公司應(yīng)建立事故數(shù)據(jù)收集部[N];中國(guó)保險(xiǎn)報(bào);2010年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉大勇;農(nóng)田異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

2 梁俊斌;無(wú)線傳感網(wǎng)中低能耗數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究[D];中南大學(xué);2010年

3 奎曉燕;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究[D];中南大學(xué);2012年

4 趙東;移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)收集與激勵(lì)機(jī)制研究[D];北京郵電大學(xué);2014年

5 徐建波;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式分簇和節(jié)能的數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究[D];湖南大學(xué);2008年

6 劉文軍;WSN-MEs數(shù)據(jù)收集關(guān)鍵問(wèn)題研究[D];蘇州大學(xué);2014年

7 周四望;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集算法研究[D];湖南大學(xué);2007年

8 徐宏力;無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)有效的數(shù)據(jù)收集問(wèn)題研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

9 吳宣夠;基于壓縮感知的大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)數(shù)據(jù)收集研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

10 宋曉霞;低冗余CS觀測(cè)方法及其在WSNs數(shù)據(jù)收集中的應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王沖;基于壓縮感知的無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)收集技術(shù)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2015年

2 胡耀丹;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助的數(shù)據(jù)收集研究[D];東南大學(xué);2015年

3 尤星秒;基于低時(shí)延和能量有效的WSN數(shù)據(jù)收集機(jī)制研究[D];東南大學(xué);2015年

4 武文佳;WSNs自組織可擴(kuò)展容錯(cuò)數(shù)據(jù)收集協(xié)議的設(shè)計(jì)與仿真[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

5 賈明偉;基于休眠調(diào)度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)高能效數(shù)據(jù)收集機(jī)制研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

6 張劍峰;用于手機(jī)銷售渠道數(shù)據(jù)收集的多渠道泛數(shù)據(jù)收集展現(xiàn)系統(tǒng)的研究[D];北京郵電大學(xué);2006年

7 李勝嵐;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)延遲受限且能耗均衡的數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究[D];廣西大學(xué);2015年

8 劉瑞超;無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)收集技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2014年

9 張鵬;災(zāi)難場(chǎng)景下基于增量碼的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究[D];杭州電子科技大學(xué);2015年

10 彭亞運(yùn);智能環(huán)境中基于上下文知識(shí)的數(shù)據(jù)收集優(yōu)化研究[D];重慶大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1257269