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《江苏大学》 2009年
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面向精确灌溉的WSN数据传输关键技术研究

冯友兵  
【摘要】: 精准控制灌溉技术是精确农业的一个重要组成部分。目前,精确农业实施的最大障碍,仍然是在农田信息高密度、高速度、高准确度、低成本获取技术的研究上。随着无线传感器网络(WSN)在众多场合的成功应用,国外已经将WSN技术应用于大范围农田灌溉控制系统中,但我国这方面的研究还处于起步阶段。在运用WSN实现农田信息获取过程中,必须结合具体应用特点解决数据传输的关键问题,针对农田灌溉控制系统的特定场合,研究WSN数据传输的关键技术,对建立精确农业中WSN理论体系及促进我国精确灌溉技术的推广具有重要意义。 从精确灌溉实施的需求出发,结合WSN的特点,以管道式喷灌系统为例,研究面向精确灌溉控制系统的WSN数据传输系统,针对数据传输过程中的关键问题进行深入研究,主要研究内容和创新点有: 1.创建一种WSN灌区墒情采集的数据传输方法,为实现精确农业信息获取“高密度、高速度、高准确度、低成本”的目标取得了新的进展。 通过分析精确灌溉实施需求和WSN的特点,从管道式喷灌系统的布置方式出发,结合考虑喷头喷洒域,研究灌区的划分方法,设计一个分层结构的WSN,以灌溉小区为灌溉实施单位,以相邻灌溉小区组成的数据收集区为数据收集的基本组织,从总体上对WSN数据传输系统的构建方法进行研究。 2.建立传感器节点和汇聚节点优化部署模型,实现低成本节点部署。 为满足精确灌溉对农田信息全面获取的需要,对相关覆盖理论进行研究,提出在灌溉小区实行正三角形网格覆盖的部署方法,通过分析喷头射程和传感器节点传感半径之间的关系,建立灌溉小区传感器节点优化覆盖部署模型;通过分析正三角形网格覆盖存在的不足,提出适当的部署修正方法,并用正方形网格覆盖部署进行对比研究。为满足对传感器节点的全连通覆盖,应用正三角形网格覆盖部署方法,建立汇聚节点优化部署模型。 3.创建一种节点动态功率管理方法,实现低功耗数据传输。 为减少节点通信能耗,延长网络使用寿命,依据土壤墒情的时间变化特点,提出一个基于数据流灰预测的动态功率管理方法,利用数据收集区的汇聚节点对接收的数据流进行预测,并应用灰色理论建立预测模型,实现在WSN节点资源很有限情况下的工作模式动态切换,以减少WSN节点间的通信能耗;研究节点的工作状态,定义两种节点工作模式。仿真结果表明,应用该动态功率管理方法可节约通信能耗63.63%以上。 4.建立节点故障诊断模型,实现可靠数据传输。 依据局部区域土壤墒情空间差异在时间上的稳定性,建立一个基于时空相关性的故障诊断模型,应用方差理论进行第一阶段判断,判断出部分正常节点,再依据数据变化值的偏离度实现对其它节点的第二阶段故障诊断。实验验证了该故障诊断方法的有效性。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S275;TP212.9

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【引证文献】
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【同被引文献】
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