[发明专利]基于NB-IoT山地果园的三维WSN节点部署方法

说明书

本发明专利公开了一种基于NB‑IoT山地果园的三维WSN节点部署方法。根据山地果园的复杂环境及所需监测信息情况，提出了固定位置的基于NB‑IoT网关节点、位置优选算法的固定位置的经度簇头、基于改进型粒子群算法的非固定位置的纬度簇头及其多个传感器节点的三维WSN节点部署方法，即是将网络划分为网关节点和两类簇头，整个三维WSN网络主要由三个NB‑IoT网关节点、多个位置优选算法的经度簇头、多个基于改进型粒子群算法的纬度簇头及其多个传感器节点组成，其中纬度簇头节点依次排列最终与经度簇头节点相连，每一个经度簇头和多个纬度簇头互联，一个纬度簇头和多个传感器节点互联，经度簇头和网关节点都采用太阳能供电。

技术领域：

本发明属于三维WSN节点技术领域，特别是涉及一种基于NB-IoT山地果园的三维WSN节点部署方法。

背景技术：

我国南方山地较多，适合种植各种果树。现代化果树种植与管理大部分采用无线或有线方式，在山地果园内及时准确地获取土壤参数、光照强度、气体浓度、空气温湿度、作物苗期长势等果树生长环境信息。由于适宜果树种植的山地环境复杂，传统WSN(无线传感器网络)和NB-IoT(基于蜂窝的窄带物联网)难以满足山地果园复杂性、大规模及监测多样性的需求，无法全方位覆盖复杂山地。基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet ofThings,NB-IoT)是物联网领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被称为低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持长时间待机的高效连接。具有低功耗、低成本的特点，NB-IoT节点电池寿命可以提高至少10年。早期对无线传感器网络的研究，几乎完全集中于二维平面的研究。随着研究的深入和实际应用的扩展，特别是山区特殊地理环境，三维传感器网络受到越来越多的重视。现有相关方法主要如下：

(1)三维WSN节点部署方法，见文森，张聚伟.基于改进粒子群算法的三维无线传感器网络节点部署算法.电光与控制。这种方法将任意2个传感器节点之间的距离设为r，3r设为优化目标的临界值。从理论上能达到三维覆盖，但是所有的传感器都是固定的，实际的环境将会影响传感器的通信效率，并且不能根据环境的改变动态更新节点。且传统组网方式需要布线，在大面积山地环境中，监测范围广，布线组网复杂。

(2)NB-IoT和无线传感网融合组网部署方法，见吴小军，沈士根，赵金皓.基于NB-IoT技术的无线传感网融合组网研究.计算机应用于软件。提供了多种组网方式，也对这些组网方式做出了对比分析，但是没有分析组网方式的能量消耗以及如何降低功耗。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的是解决当前难以在复杂山地果园条件下部署WSN无线传感器网络监测难题，提供一种基于NB-IoT山地果园的三维WSN节点部署方法，以便在复杂山地果园条件下实现山地的果树作物进行生长环境的监控，达到耗能低、通信效率高、部署灵活、节约能量的优良效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于NB-IoT山地果园的三维WSN节点部署方法，其步骤为：建立果园山地环境的模型，抽象为一个四面体模型，并且每一个点可以用三维坐标(x,y,z)表示；

对山体进行分簇区处理，将山体的三个侧面的山的顶部到山的底部划分为三组经度簇区；根据实际山地环境以及监测需要将维度划分为N份，每一部分划分为纬度簇区；

寻找经度簇头，根据通信功耗和位置的关系，利用位置优选算法，寻找到经度簇头的部署位置；在寻找到的经度簇头部署位置处，部署经度簇头节点，经度簇头节点的处理器采用CC2530，并且利用太阳能对其进行供电；

将NB-IoT网关节点部署在经度簇区的中部位置，接收同组经度簇头节点获取的数据，并将数据传输上传到云平台；

在N份纬度簇区区域内均匀密度部署普通节点；