基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的wsn節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，該算法主要包括不同節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)初始化、接收信號(hào)強(qiáng)度的獲取、根據(jù)作物生長(zhǎng)周期情況發(fā)射功率的調(diào)整、根據(jù)田間具體情況對(duì)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的微調(diào)、數(shù)據(jù)的收發(fā)等步驟組成；本算法首先對(duì)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)格式等進(jìn)行初始化，讓整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入工作狀態(tài)，然后在根據(jù)檢測(cè)作物的生長(zhǎng)參數(shù)如高度、密度等對(duì)接收信號(hào)強(qiáng)度的影響，通過(guò)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的基本發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功耗的降低和通信可靠性的保證。同時(shí)，鑒于田間農(nóng)作物生長(zhǎng)的具體特點(diǎn)，在通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間通信時(shí)具體接收信號(hào)強(qiáng)度對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行進(jìn)一步的微調(diào)。
【專利說(shuō)明】基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及ー種WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)的算法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)不易適用的環(huán)境；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks:WSN)技術(shù)隨之產(chǎn)生。同時(shí)將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)信息的采集，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的ー種新的趨勢(shì)。近年來(lái)，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)得到了迅猛的發(fā)展。同時(shí)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)重要的支撐幾時(shí)引起全世界的關(guān)注，各國(guó)紛紛加大投入進(jìn)行了相關(guān)的研究。隨著以ZigBee為代表的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的成熟，(WSNs)其在軍事、動(dòng)物追蹤、エ業(yè)測(cè)繪、環(huán)境檢測(cè)、農(nóng)業(yè)等方面得到了很好的應(yīng)用。對(duì)于整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，能量問(wèn)題是限制WSNs的最主要的問(wèn)題，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)能量的耗盡就意味著節(jié)點(diǎn)的死亡；也就意味著無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)功能的喪失。所以能量問(wèn)題就理所當(dāng)然成為了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)之一。如何解決無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)能量問(wèn)題，是當(dāng)前研究者聚焦的熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0003]提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，是現(xiàn)在農(nóng)業(yè)研究的重要內(nèi)容之一。我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是各種產(chǎn)出的基礎(chǔ)。提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量成為了當(dāng)前重要的任務(wù)。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷成熟，人們對(duì)與緑色農(nóng)產(chǎn)品有著迫切的需求。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為ー種新型的信息采集技術(shù)，將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物的整個(gè)成長(zhǎng)周期，成為現(xiàn)在農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)，也可實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)量和質(zhì)量的重要方法。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)農(nóng)情信息的采集和檢測(cè)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和精確農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。
[0004]然而，有限的能量成為了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的瓶頸問(wèn)題之一，同時(shí)有面臨這農(nóng)作物的生長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境多變的特點(diǎn)。在整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作中，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的收發(fā)時(shí)功率的消耗占據(jù)絕大部分，而在此過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的大小直接影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命。現(xiàn)有無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的能量問(wèn)題有兩種。一是通過(guò)算法來(lái)減少無(wú)線節(jié)點(diǎn)的能量浪費(fèi)，例如通過(guò)睡眠機(jī)制來(lái)降低功耗。ニ是通過(guò)加入電能轉(zhuǎn)化模塊將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的自然能量轉(zhuǎn)化為電能為無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)供電，例如風(fēng)能、太陽(yáng)能、震動(dòng)能等。目前這些方案節(jié)省能量有限、設(shè)備龐大、不易安裝、能量利用率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)不能適應(yīng)具體無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)エ作的環(huán)境。
[0005]針對(duì)上述技術(shù)的缺陷和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有限的瓶頸，以及農(nóng)作物生長(zhǎng)情況的變化等問(wèn)題，為了延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的壽命、有效地利用節(jié)點(diǎn)的能量，這就要求設(shè)計(jì)出一種適應(yīng)作物不同生長(zhǎng)周期的具體參數(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)的算法；同時(shí)為了減輕在勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本、保護(hù)無(wú)線節(jié)點(diǎn)和延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的使用壽命，因此田間條件下的設(shè)計(jì)ー種發(fā)射功率自適應(yīng)的算法是有著的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供ー種WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)的算法，該算法可以實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率根據(jù)農(nóng)作物的生長(zhǎng)周期的具體參數(shù)和田間作物對(duì)接收信號(hào)強(qiáng)度的影響，對(duì)發(fā)射功率自適應(yīng)，以及提高通信可靠性、延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)壽命、降低成本等。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，包括下述步驟:
[0009]S1、不同節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的狀體初始化；
[0010]S2、無(wú)線節(jié)點(diǎn)獲取接收信號(hào)強(qiáng)度；
[0011]S3、根據(jù)作物生長(zhǎng)周期相對(duì)應(yīng)的參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的大幅度調(diào)整；
[0012]S4、據(jù)無(wú)線節(jié)點(diǎn)布置的具體情況和田間農(nóng)作物的具體生長(zhǎng)情況，通過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中接收信號(hào)強(qiáng)度的變化，對(duì)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率做微調(diào)；
[0013]S5、對(duì)微調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)。
[0014]步驟SI中，初始化的具體步驟為:根據(jù)節(jié)點(diǎn)的布置田間的具體作物，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率、數(shù)據(jù)傳輸速率、解碼方式、數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行具體的設(shè)置。
[0015]在完成步驟SI之后，網(wǎng)關(guān)或是父節(jié)點(diǎn)向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或是子節(jié)點(diǎn)以廣播形式發(fā)射多次接受信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)包；普通節(jié)點(diǎn)在此過(guò)程中不斷的讀取射頻芯片中接受信號(hào)強(qiáng)度，平均丟包率等對(duì)應(yīng)寄存器的值，以獲取平均RSSI和PLR。
[0016]步驟S3中，從無(wú)線·節(jié)點(diǎn)布置開(kāi)始及時(shí)，在通信可靠性的基礎(chǔ)上的每隔一定的時(shí)間對(duì)基礎(chǔ)的發(fā)射功率進(jìn)行較大幅度的調(diào)整，如下公式所示:
[0017]P0=P' +mod (T/T0) A P
[0018]其中PO為基發(fā)射功率，單位的dBm，P’為節(jié)點(diǎn)初始化發(fā)射功率，單位dBm，A P為發(fā)射功率増加基量，単位dBm，T為節(jié)點(diǎn)工作天數(shù)，単位D (天)，TO為農(nóng)作物生長(zhǎng)周期，単位D(天)。
[0019]進(jìn)ー步包括:定時(shí)通過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)或是接收節(jié)點(diǎn)向感知節(jié)點(diǎn)發(fā)共接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)包，感知節(jié)點(diǎn)通過(guò)此種方案，讀取并記錄自己所處位置信號(hào)強(qiáng)度，為發(fā)射功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整做準(zhǔn)備。
[0020]本發(fā)明中是根據(jù)不同生長(zhǎng)周期農(nóng)作物的株高、作物密度、葉面積等參數(shù)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響，對(duì)發(fā)射功率做出較大的調(diào)整。
[0021]步驟S4中，通過(guò)無(wú)線節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)或是接收節(jié)點(diǎn)之間的通信，獲取接收信號(hào)強(qiáng)度和平均丟包率進(jìn)ー步對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率做出微調(diào)，調(diào)整的具體方法如下公式所示:
【權(quán)利要求】
1.ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在干，包括下述步驟: 51、不同節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的狀體初始化； 52、無(wú)線節(jié)點(diǎn)獲取接收信號(hào)強(qiáng)度； 53、根據(jù)作物生長(zhǎng)周期相對(duì)應(yīng)的參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的大幅度調(diào)整； 54、據(jù)無(wú)線節(jié)點(diǎn)布置的具體情況和田間農(nóng)作物的具體生長(zhǎng)情況，通過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中接收信號(hào)強(qiáng)度的變化，對(duì)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率做微調(diào)； 55、對(duì)微調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在于，步驟SI中，初始化的具體步驟為:根據(jù)節(jié)點(diǎn)的布置田間的具體作物，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率、數(shù)據(jù)傳輸速率、解碼方式、數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行具體的設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在于，在完成步驟SI之后，網(wǎng)關(guān)或是父節(jié)點(diǎn)向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或是子節(jié)點(diǎn)以廣播形式發(fā)射多次接受信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)包；普通節(jié)點(diǎn)在此過(guò)程中不斷的讀取射頻芯片中接受信號(hào)強(qiáng)度，平均丟包率等對(duì)應(yīng)寄存器的值，以獲取平均RSSI和PLR。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在于，步驟S3中，從無(wú)線節(jié)點(diǎn)布置開(kāi)始及時(shí)，在通信可靠性的基礎(chǔ)上的每隔一定的時(shí)間對(duì)基礎(chǔ)的發(fā)射功率進(jìn)行較大幅度的調(diào)整，如下公式所示:
P0=P' +mod (T/T。)A P 其中PO為基發(fā)射功率，単位的dBm，P’為節(jié)點(diǎn)初始化發(fā)射功率，単位dBm，A P為發(fā)射功率増加基量，単位dBm，T為節(jié)點(diǎn)工作天數(shù)，単位D (天)，TO為農(nóng)作物生長(zhǎng)周期，単位D (天)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在干，進(jìn)ー步包括:定時(shí)通過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)或是接收節(jié)點(diǎn)向感知節(jié)點(diǎn)發(fā)共接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)包，感知節(jié)點(diǎn)通過(guò)此種方案，讀取并記錄自己所處位置信號(hào)強(qiáng)度，為發(fā)射功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整做準(zhǔn)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在于，根據(jù)不同生長(zhǎng)周期農(nóng)作物的株高、作物密度、葉面積等參數(shù)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響，對(duì)發(fā)射功率做出較大的調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在于，步驟S4中，通過(guò)無(wú)線節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)或是接收節(jié)點(diǎn)之間的通信，獲取接收信號(hào)強(qiáng)度和平均丟包率進(jìn)ー步對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率做出微調(diào)，調(diào)整的具體方法如下公式所示:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在于，步驟S5中，節(jié)點(diǎn)通過(guò)睡眠和蘇醒的模式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，具體的工作過(guò)程是:當(dāng)?shù)竭_(dá)采集時(shí)刻時(shí)，節(jié)點(diǎn)從低功耗模式蘇醒，打開(kāi)傳感器完成數(shù)據(jù)采集；然后對(duì)數(shù)據(jù)處理、打包并通過(guò)無(wú)線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；發(fā)送成功后節(jié)點(diǎn)進(jìn)入低功耗睡眠模式，如果節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求次數(shù)和丟包率超過(guò)一定閾值，節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地空間上并進(jìn)入低功耗睡眠模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的WSN節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率自適應(yīng)算法，其特征在于，所述作物 為水稻、小麥、油菜。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103596255SQ201310587161
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】臧英, 李小敏, 王在滿, 周志艷, 胡煉, 陳雄飛, 張明華, 邢赫 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)