[发明专利]基于玉米生长态势的信号损耗预测的节点扩散方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机农业技术领域，尤其涉及一种基于玉米生长态势的信号损耗预测的节点扩散方法。

背景技术

无线传感器网络通过远程实时地监控，能够为农业生产提供环境实时精准数据，获取作物生境信息，快速调整种植方案，提高作物常量，减少成本投入，已经成为提高作物产量的关键技术。无线传感器网络应用于农业生产对农产品生产环境进行监测已经成为高质量食品生产及加工系统的重要环节，无线传感器网络的新兴技术将为农业提供新的经济机遇，同时无线传感器网络在农业中的应用面临着农田无线信号传输环境复杂以及农业应用中低成本的特殊需求。因此，研究适用于大田的无线传感器网络部署方法，即在复杂、随时间周期性渐变的种植环境下，如何通过合理的节点部署方法，达到满足监测覆盖率、连通性要求和降低节点部署成本的目的，是无线传感器网络再农田中应用的基础问题。

目前用的比较多的部署方法包括结构化部署和随机部署两种。如何通过一定的布局策略，在尽量不增加节点个数和布设成本的基础上，满足网络饿覆盖性和连通性要求，是近年来研究的一个重要方向。

发明专利“监测传感器节点部署方法及装置”（授权公告号CN101720095B）提供了一种进行传感器节点网格部署的方法；“一种链式无线传感器网络节点部署方法”（申请公布号CN102325388A）该方法针对链式无线传感器网络数据传输中因为能耗不均衡而导致的网络低寿命问题，采用多级阶梯式备份节点的思想，将给定的节点合理地部署在狭长区域中，从而获得较高的网络工作寿命。“一种面向精准农业的WSN节点部署方法”（申请公布号CN103347265A）将整个WSN网络分成多个一级固定簇头（1）、多个二级簇头（2）、多个传感器节点（3）和Sink节点，其中一级固定簇头属于总线型拓扑结构，依次排列最终与Sink节点相连，每一个固定簇头和多个二级非固定簇头相连通，一个二级非固定簇头和多个传感器节点相连通，一级固定簇头和Sink节点采用太阳能供电以减小能耗和提高可靠性。“一种物联网节点部署方法”（申请公布号CN103260170A）建立基本监测区域模型，并确定总传感器节点个数、对角线上两个相邻传感器节点间距离、拓扑层次数、簇首节点个数和实际要监测的面积之间的关系。

这些部署方法有的是根据监测面积以及节点的监测范围，确定网络的层次结构和节点数目；有的基于节点的能量因素建立部署模型。但是这些部署方法针对的都是通用环境，没有分析无线信号的具体传输环境，部署方法都是基于不变环境中(Open Space)如何调整传感器的地点以满足覆盖要求。

目前常用的几种部署方法，结构化部署存在着不灵活，不能适应环境的不均匀变化的缺点；随机化部署存在着分布不均匀导致的节点利用率不高、区域重复覆盖和覆盖空洞、无法保证网络节点的连通性。若采用增加节点布设的密度来达到较好的网络覆盖率和连通性，则必然造成成本的升高；现有的无线传感器网络节点部署方法没有考虑到农田环境中作物生长对无线信号传输的影响，认为无线信号处于单一、不变的环境，不能满足农业上无线传感器网络监测的需求，其次对于无线传感器在农业种应用成本的要求，在满足环境监测要求的前提下，如何确定节点部署的最适合数量，以及如何在节点数量限制的前提下通过设计节点的布局达到完好的覆盖性和连通性是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何在节点数量限制的前提下通过设计节点的布局达到完好的覆盖性和连通性的问题。

为此目的，本发明提出了一种基于玉米生长态势的信号损耗预测的节点扩散方法，包括具体以下步骤：

S1：根据无线信号传输模型确定节点部署高度h；

S2：根据玉米生长态势对无线信号传输距离的影响和数据传输量能耗确定节点部署指导数目；

S3：根据所述节点部署指导数目进行结构化部署，并进行分区和各个小区域内无线信号传输环境信息的采集；

S4：根据采集到的所述各个小区域内无线信号传输环境信息进行各分区节点数目补充以及节点位置调整。

进一步地，所述步骤S1进一步包括：

S11：根据小尺度效应下的实际多尺度信道衰减模型，建立玉米三个生长阶段所述无线信号传输模型；

S12：分析所述玉米三个生长阶段所述无线信号传输模型的传输特性；

S13：根据获取的所述传输特性确定所述节点部署高度。

具体地，所述小尺度效应下的实际多尺度信道衰减模型为：