[发明专利]一种温室环境监测无线传感器网络及其节能传输方法

说明书

技术领域

本发明属于设施农业温室环境测控技术领域，具体涉及一种温室无线传感器网络的节能传输方法。

背景技术

无线传感器网络集传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。无线传感器网络在温室中的应用将能够高效、实时地获取作物环境和作物信息，有效降低人力消耗，加速推进现代化进程。由于无线传感器网络由一组功能有限的传感器节点以自组织方式协作完成大规模感知任务；每个传感器节点携带电池能量有限且不易补充。因此数据传输策略研究的主要目的是合理使用无线传感器网络节点的有限能量资源，以最小的能耗代价取得用户所需精确度的信息，最大化的延长整个无线网络的生命周期。

温室环境参数具有变化缓慢、在时间和空间上具有较大的冗余性的特点，正常情况下，传感器节点在相近数个采集周期内的感知数据不会发生跳变现象，因此可以通过对感知节点数据进行预处理，以减少节点的数据传输量，达到降低节点能量消耗，延长节点生命周期的目的。同时由于数据预处理会造成数据的丢失，而在数据传输过程中可能会出现数据的丢包等情况，为提高监测数据的准确性，通常采用多传感器数据融合以获得最优值。本研究针对温室内环境信息的特征，提出基于事件驱动和支持度融合的温室环境监测无线传感器网络的数据节能数据传输模型。

发明内容

为实现温室无线传感器网络系统的节能传输目的，建立了如图1所示的温室WSN节能数据传输结构，主要包括感知节点数据预处理和汇聚节点数据融合两部分。

本发明所述的温室无线传感器网络的节能传输方法，是在感知节点采用事件驱动模型进行数据预处理，在汇聚节点采用支持度模型进行多传感器的数据融合。

对于感知节点事件驱动模型进行数据预处理，即感知节点依据设定的阈值对采集到的温室环境数据进行积累传输或跳变实时传输，在满足事件实时处理的前提下，减少感知节点的数据传输量。感知节点传输数据到汇聚节点后，汇聚节点根据各传感器数据之间的支持程度，计算出各数据的最优权重，最终计算出数据的融合值。

本发明还公开了利用上述方法的温室环境监测无线传感器网络，包括若干传感器、感知节点、汇聚节点，其中：

感知节点，用于将传感器采集到的环境数据采用事件驱动模型进行数据预处理，并传输数据到汇聚节点；汇聚节点，用于接收感知节点传输的数据后采用支持度模型进行多传感器的数据融合。

所述采用事件驱动模型进行数据预处理，是指感知节点依据设定的阈值对采集到的温室环境数据进行积累传输或跳变实时传输，在满足事件实时处理的前提下，减少感知节点的数据传输量。

所述采用支持度模型进行多传感器的数据融合，是感知节点传输数据到汇聚节点后，汇聚节点根据各传感器数据之间的支持程度，计算出各数据的最优权重，最终计算出数据的融合值。

本发明利用事件驱动与支持度融合的温室环境监测无线传感器网络的节能传输。针对温室环境参数具有变化缓慢、在时间和空间上具有较大的冗余性的特点以及温室无线传感器网络的感知和传输两层结构，分别进行感知节点数据预处理和汇聚节点数据融合。本发明能为系统的决策提供可靠依据，保证控制的准确性，实现系统的节能传输。

附图说明

图1是温室无线传感器网络节能数据传输方法示意图。

具体实施方式

1、基于事件驱动的感知节点数据预处理

感知节点数据预处理属于无线传感器网络数据融合的低级融合技术，融合结果直接向汇聚节点传输，是后续数据融合的基础。针对无线传感器网络的数据感知节点，设定了两处理阈值：ε和τ，其中ε限定了感知数据之间的差值，当第i次采集的数据与之前采集的i-1个数据中的差值超过阈值ε时，就认为数据出现突变现象，为保证温室数据的实时监控要求，需要进行跳变传输；τ设定了传感节点的采集次数，在τ个采集周期内数据没有发生突变，将本次数据与前i-1次进行均值计算后传输给汇聚节点。基于事件驱动的感知节点数据预处理算法，具体如下：

（1）设a_1j为节点j采集的第1个数据。

（2）每采集一次数据a_ij，分别与前i-1次的数据a_1j，a_2j，……，a_i-1j进行比较，当|a_ij-a_nj|＞ε，（n=1，2，……，i-1）时，传感器节点将及时发送当前突变数据a_ij。