[发明专利]一种粮食安全追溯方法及系统

摘要

本发明属于粮食安全领域，公开了一种粮食安全追溯方法及系统，所述粮食安全追溯系统包括信息采集模块，编码模块，数据库存储模块，信息查询模块，定位模块，无线传输模块和监测模块；监测模块包括温度监测模块和湿度检测模块；数据库存储模块通过电路线分别连接信息采集模块，编码模块，信息查询模块，定位模块，无线传输模块和监测模块。本发明增加监测模块，可以实时监测粮食在运输途中的状况，其中温度检测模块可以实时检测粮食温度数据，湿度检测模块可以实时检测粮食湿度数据；工作人员通过数据库存储模块可以快速获取温度及湿度数据，方便及时做好变质发霉等防护措施。

主权项

一种粮食安全追溯系统，其特征在于，所述粮食安全追溯系统包括：信息采集模块，用于采集粮食生产信息、产品加工信息、以及产品出入库信息，并将采集到的信息以及信息的变化情况传送至数据库存储模块；编码模块，用于对信息采集单元采集到的粮食生产信息、产品加工信息进行编码，生成粮食批次码、加工批次码、以及追溯批次码并传送至数据库存储模块；数据库存储模块，与信息采集模块，编码模块，信息查询模块，定位模块，无线传输模块和监测模块无线连接，用于对粮食各种数据信息的存储；信息查询模块，用于消费者通过互连网或移动通信网络对粮食数据库进行访问；定位模块，用于粮食运输过程中的实时定位监控，保障运输安全；无线传输模块，用于通过无线方式进行粮食数据传输保存；所述无线传输模块节点h发送数据包给目的节点，h+i是节点h的一个邻居节点，如果其靠近最远邻居节点并且有更多的剩余能量，则邻居节点h+i可作为候选转发节点；对合适的候选节点依据到能量等效节点的距离和每个节点的剩余能量排序：dh+i‑dh为节点h和其邻居节点h+i之间的距离；Eh+i代表节点h+i的剩余能量；N(h)为选出的节点h的候选转发节点；P(h+i)的值越大，节点优先级越高；最高优先级的候选转发节点作为下一个转发节点；所述节点的能量消耗如下：其中Eelec为发射电路能量消耗，εfs为自由空间模型下功率放大电路所需能量，εmp为多路径衰减模型下功率放大电路所需能量，接收比特数据能耗：ERx(l)＝l×Eelec；聚合比特数据的能量消耗：EA＝l×EDA；其中EDA表示聚合1比特数据的能量消耗；所述节点的数据聚合方法，具体包括：步骤一、部署无线传感器节点：在面积为S＝W×L的检测区域内，将无线传感器节点部署在检测区域，基站部署在检测区域外，基站用于接收和处理整个无线传感网络收集到的数据信息；步骤二、选择簇头：将整个检测区域按网格进行均匀划分，使每个网格的大小形状相同，在每个网格中选择位置距离网格中心最近的传感器节点作为簇头，检测区域按照方形网格均匀划分，选取方格中距离中心最近的节点作为簇头；步骤三、分簇：簇头选择完成后，簇头广播Cluster{ID，N，Hop}信息，其中，ID为节点的编号，N为Cluster信息转发的跳数，且N的初值为0，Hop为系统设定的跳数；处于簇头附近的邻居节点收到Cluster信息后N增加1再转发这一信息，直到N＝Hop就不再转发Cluster信息；簇头的邻居节点转发Cluster信息后再向将Cluster信息转发给自己的邻居节点，然后发送一个反馈信息Join{ID，N，Eir，dij，ki}给将Cluster信息转发给自己的节点，最终将Join信息转发给簇头表示自己加入该簇，其中，Eir表示该节点此时的剩余能量，dij表示两节点间的距离，ki表示该节点能够监测得到的数据包的大小；如果一个节点收到了多个Cluster信息，节点就选择N值小的加入该簇，若N相等节点就随便选择一个簇并加入到该簇；如果节点没有收到Cluster信息，则节点发送Help信息，加入离自己最近的一个簇；其中，得到每个节点初始的剩余能量Eir后，就可以通过LEACH能耗模型来估算节点能量的剩余值，例如进行了M轮后，一轮为传感器节点得到监测数据然后将数据逐层上传，最终将数据传输给基站的这一过程为一轮，节点的剩余能量可以估算为：E＝Eir‑M(Etx+Erx)＝Eir‑M(2kEelec+kεfree‑space‑ampd2)，Eir即为节点反馈给簇头的剩余能量，LEACH能耗模型是LEACH协议提出的传感器在发送和接收数据时能量消耗的消耗模型，具体表达形式为：Erx(k)＝Ere‑elec(k)＝kEelec；其中，Eelec表示无线收发电路能耗，εfree‑space‑amp和εtwo‑way‑amp分别表示自由空间模型和多路消耗模型的放大器能耗，d0是常数，d是通信节点相隔距离，k为要发送或接收的数据位数，Etx(k,d)和Erx(k)分别表示传感器发送和接收数据时的能耗；通过LEACH能耗模型即可得到节点的剩余能量；步骤四、簇内节点构成简单图模型：通过步骤三得到簇内所有节点在簇内所处的位置，将每个节点当做图的一个顶点，每两个相邻节点间用边相连接；步骤五、簇内权值的计算：通过步骤三，簇头获取簇内成员节点的Eir、dij和ki，计算相邻两节点i，j之间的权值，权值的计算公式为：Wij＝a1(Eir+Ejr)+a2dij+a3(ki+kj)其中，Ejr、kj分别表示节点j的剩余能量和节点j能够监测得的数据的大小，且a1+a2+a3＝1，这样系统就可以根据系统对Eir、dij或ki所要求的比重不同调整ai的值而得到满足不同需要的权值；步骤六、簇内节点构建最小生成树：根据步骤四得到的簇内节点构成的简单图模型和步骤五得到的权值，根据Prim最小生成树算法的定义构建簇内节点最小生成树；步骤七、簇内数据聚合：簇内节点的最小生成树构造完成后，传感器节点开始正常工作，从最低一级传感器节点开始，将收集的数据传给父节点，父节点将自己收集的数据和子节点传来的数据聚合后再传给自己的父节点，最终将聚合数据传输给簇头；其中，父节点为在最小生成树中按照数据的传输方向汇聚数据的节点称为父节点，将数据传输给父节点的节点为子节点；步骤八、簇头权值的计算：通过步骤三分簇完成后，簇头获得整个簇内节点的位置、节点剩余能量和传感器节点可能监测得到数据的大小信息，其中Ecir＝E1r+E2r+…+Eir表示整个簇的剩余能量值，Kci表示簇头聚合的数据大小，Dij表示相邻簇头间的距离，对相邻两簇头i，j之间权值进行计算，权值的公式定义为：Wij＝b1(Ecir+Ecjr)+b2Dij+b3(Kci+Kcj)其中，Ecjr和Kcj分别表示簇头j的剩余能量值和簇头j聚合的数据大小，且b1+b2+b3＝1，系统根据系统对Ecir、Dij或Kci要求的比重不同调整bi的值而得到满足不同需要的权值；步骤九、簇头节点构成简单图模型：将每个簇头当做图的一个顶点，相邻簇头之间用边相连接，每条边的权值由步骤八中的权值计算公式得到；步骤十、簇头节点构建最小生成树：由步骤八给出的簇头节点构成的简单图模型后，根据Prim最小生成树算法的定义来构建最小生成树；步骤十一、簇头数据聚合：簇头节点的最小生成树构造完成后，从最低一级簇头开始，将收集的数据传给父节点，父节点将自己聚合的数据和子节点传来的数据聚合后再传给自己的父节点，最终将聚合数据传输给基站；步骤十二、均衡节点能耗：为了平衡节点能量的消耗，防止节点过快死亡，维持簇正常运行，每进行M轮以后，就重新选择簇头，然后重新进行前面的步骤，其中，节点的能耗可由LEACH能耗模型进行估算；步骤十三、簇的维持：簇内节点死亡后，就可能会造成簇内的最小生成树路径失效，所以在节点即将死亡前，节点发送一个Die信息给簇头，表示自己即将死亡，簇头接收这一信息后，簇头就开始对簇内节点重新构建最小生成树；监测模块，用于通过温度监测模块和湿度检测模块实时检测粮食温度和湿度数据；监测模块包括温度监测模块和湿度检测模块。