面向精確灌溉的WSN數據傳輸關鍵技術研究.pdf

1、精準控制灌溉技術是精確農業(yè)的一個重要組成部分。目前，精確農業(yè)實施的最大障礙，仍然是在農田信息高密度、高速度、高準確度、低成本獲取技術的研究上。隨著無線傳感器網絡(WSN)在眾多場合的成功應用，國外已經將WSN技術應用于大范圍農田灌溉控制系統(tǒng)中，但我國這方面的研究還處于起步階段。在運用WSN實現農田信息獲取過程中，必須結合具體應用特點解決數據傳輸的關鍵問題，針對農田灌溉控制系統(tǒng)的特定場合，研究WSN數據傳輸的關鍵技術，對建立精確農業(yè)中WS

2、N理論體系及促進我國精確灌溉技術的推廣具有重要意義。 從精確灌溉實施的需求出發(fā)，結合WSN的特點，以管道式噴灌系統(tǒng)為例，研究面向精確灌溉控制系統(tǒng)的WSN數據傳輸系統(tǒng)，針對數據傳輸過程中的關鍵問題進行深入研究，主要研究內容和創(chuàng)新點有： 1．創(chuàng)建一種WSN灌區(qū)墑情采集的數據傳輸方法，為實現精確農業(yè)信息獲取“高密度、高速度、高準確度、低成本”的目標取得了新的進展。 通過分析精確灌溉實施需求和WSN的特點，從管道式噴灌系

3、統(tǒng)的布置方式出發(fā)，結合考慮噴頭噴灑域，研究灌區(qū)的劃分方法，設計一個分層結構的WSN，以灌溉小區(qū)為灌溉實施單位，以相鄰灌溉小區(qū)組成的數據收集區(qū)為數據收集的基本組織，從總體上對WSN數據傳輸系統(tǒng)的構建方法進行研究。 2．建立傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點優(yōu)化部署模型，實現低成本節(jié)點部署。 為滿足精確灌溉對農田信息全面獲取的需要，對相關覆蓋理論進行研究，提出在灌溉小區(qū)實行正三角形網格覆蓋的部署方法，通過分析噴頭射程和傳感器節(jié)點傳感半徑之

4、間的關系，建立灌溉小區(qū)傳感器節(jié)點優(yōu)化覆蓋部署模型；通過分析正三角形網格覆蓋存在的不足，提出適當的部署修正方法，并用正方形網格覆蓋部署進行對比研究。為滿足對傳感器節(jié)點的全連通覆蓋，應用正三角形網格覆蓋部署方法，建立匯聚節(jié)點優(yōu)化部署模型。 3．創(chuàng)建一種節(jié)點動態(tài)功率管理方法，實現低功耗數據傳輸。 為減少節(jié)點通信能耗，延長網絡使用壽命，依據土壤墑情的時間變化特點，提出一個基于數據流灰預測的動態(tài)功率管理方法，利用數據收集區(qū)的匯聚節(jié)

5、點對接收的數據流進行預測，并應用灰色理論建立預測模型，實現在WSN節(jié)點資源很有限情況下的工作模式動態(tài)切換，以減少WSN節(jié)點間的通信能耗；研究節(jié)點的工作狀態(tài)，定義兩種節(jié)點工作模式。仿真結果表明，應用該動態(tài)功率管理方法可節(jié)約通信能耗63.63％以上。 4．建立節(jié)點故障診斷模型，實現可靠數據傳輸。 依據局部區(qū)域土壤墑情空間差異在時間上的穩(wěn)定性，建立一個基于時空相關性的故障診斷模型，應用方差理論進行第一階段判斷，判斷出部分正常節(jié)