[发明专利]一种用于作物栽培节水灌溉物联网集成系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种用于作物栽培节水灌溉物联网集成系统，该系统包括用于作物温室栽培的无线传感器网络自组网和节点部署模块，所述自组网包括无线传感器网络节点、无线传感器网络基站所形成的自组网；所述无线传感器网络节点包括传感节点、控制节点、网关、中继节点；所述节点部署模块采用一种基于变步长的虚拟力算法针对节点静态感知范围的传感节点进行部署，所述基于变步长的虚拟力算法通过建立栽培区域的二维平面模型和节点的感知模型，基于sigmoid函数来改变传感节点的运动步长。本发明提出的用于作物栽培节水灌溉的无线传感器网络节点部署算法，在保证后期收敛稳定性的同时，也能达到在较短时间内同等数量的节点覆盖效果最优的目的，缩短了获取部署策略的时间，提高监测覆盖率，保证监测数据的全面性和完整性。

技术领域

本发明涉及一种集成系统和该系统的运行方法，具体涉及一种用于作物栽培节水灌溉物联网集成系统及运行方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量传感器以无线多跳通信方式构成的自组织网络，将无线传感器网络应用于现代农业领域，不仅可以高效地感知、监测和调控农业环境信息与作物生长信息，还可以改变传统农业的生产方式，推动农业向精细化、智能化方向的转变。但是由于无线传感器网络中传感器节点的计算能力、存储能力以及传输能力有限，将无线传感器网络大规模应用于农业领域还需解决诸多问题，尤其需要考虑以下因素：

(1)系统的稳定性。由于无线传感器网络没有固定的控制中心，再加上农业生产环境较为复杂，无线传感器网络不能保证能够在高温、低温、高湿度以及雨水等复杂环境下不间断正常工作，并且不能适应于多种工作环境，会出现诸如系统出错、系统崩溃等系统内部出现问题的情况。

(2)节点的自组织能力。无线传感器网络中任何一个节点都可以随时加入或者离开网络，会因为它的加入或者退出，整个无线传感器网络的结构会因此改变，而且在无线传感器节点大规模部署以及监测区域宽阔的农业应用环境中，及时查找并更换异常工作的传感器节点是非常困难的。因此，现有技术不能保证无线传感器网络的正常运行，当某些传感器节点无法正常工作时，其他传感器节点不能及时代替这些传感器节点执行数据传输任务，从而导致整个系统的运行出现问题。

(3)数据的高效传输。在农业应用环境中，常常需要实时显示环境信息参数，以便工作人员可以第一时间对异常情况做出调控，这就需要无线传感器网络的数据传输高效、迅速，与此相关的关键因素就是无线传感器网络的路由协议。而在传感器节点大规模部署的农业应用中，必须考虑设计数据包传输的最优路由传输路径，来提升网络通信资源的整体利用率、减小网络延迟、避免产生网络拥塞以及平衡通信流量。因此，如何设计合理的路由协议以提供高质量的通信服务，保证实时高效的数据传输，是无线传感器网络在农业应用中必须考虑的问题。

(4)数据的可靠性与完整性。通常情况下，每个传感器节点只负责采集某一块区域的部分环境参数，无法覆盖整个农业生产区域，而且单一传感器节点采集的数据并不能完整的反映检测区域环境的整体情况，而且也无法保证采集的数据的真实性与可靠性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于作物栽培节水灌溉物联网集成系统及运行方法，解决了土壤湿度环境信息的实时监测与调控过程中传感器节点数据包传输效率低、数据可靠性和完整性差的问题。

技术方案：本发明所述的用于作物栽培节水灌溉物联网集成系统，该系统包括用于作物温室栽培的无线传感器网络自组网和节点部署模块，所述自组网包括无线传感器网络节点、无线传感器网络基站所形成的自组网；所述无线传感器网络节点包括传感节点、控制节点、网关、中继节点；所述节点部署模块采用一种基于变步长的虚拟力算法针对节点静态感知范围的传感节点进行部署，所述基于变步长的虚拟力算法通过建立栽培区域的二维平面模型和节点的感知模型，基于sigmoid函数来改变传感节点的运动步长；