精细农业无线传感器网络分簇式路由算法研究

发布时间：2020-04-13 18:28

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)作为21世纪最重要技术之一,以其广阔的发展前景和巨大的经济价值,从刚开始出现,就在世界范围内掀起了研究浪潮。精细农业与信息化有着紧密的联系,要达到可持续发展的目标,需要积极利用现代科技的发展成果,应用WSN等新技术来减少对单位面积农田的经营成本,合理控制化肥使用量,改善土壤质量,减少环境污染,节约水资源。在精细农业应用方面,WSN有着独特的技术优势:可远程监测土壤水分、空气温湿度变化、光照强度等数据,来获得农作物的最佳生长环境。WSN应用于精细农业信息获取与管理已成为一种趋势和必然。本文的主要目标就是在精细农业这一应用环境中,在保证无线传感器网络能正常运行的前提下,通过负载均衡成簇算法,最大限度地减少和均衡所有传感器节点的能量损耗,尽量延长WSN的整体生存时间。首先,介绍了论文的研究背景,对目前国内外精细农业和无线传感器网络的现状、发展趋势以及现阶段精细农业无线传感器网络所面临的挑战进行了简要分析;阐述了WSN的体系结构和整体构建、传感器节点的组成、并总结了WSN的特点;介绍WSN网络层路由算法的几种典型算法,分析其基本实现方法、优缺点,并指出其应用范围,并重点分析分布式能量有效分簇算法(Distributed Energy-Efficient Clustering algorithm,DEEC)的具体实现过程,针对DEEC的缺点以及实际应用对其进行改进。其次,针对WSN在大规模农业种植监测领域中所面临的监测面积大、监测时间长、低功耗要求、地势复杂以及作物多样等问题,本文在DEEC算法的基础上进行创新,研究一种基于等边三角形节点部署的负载均衡成簇算法(Equilateral Triangle Load Balancing-DEEC,ETLB-DEEC),分析等边三角形与正四边形网格节点部署方式,在保障网络监测区域连通性的前提下,最后采用更适合农业监测的等边三角形网格节点部署方式来无缝覆盖整个监测区域面积;利用网络分区,将网络均分成几部分,使簇首的分布更加均匀,均衡网络内的能耗,并提出“孤儿节点”和“收容节点”的概念,能有效延长网络中第一个死亡节点出现的时间;在此基础上,设计一种面向基站最短路径簇间多跳寻优机制,可找寻多条最短路径。为验证本文算法在大规模监测区域面积应用中也有较好的性能,在MATLAB仿真环境下,进行了两种不同规模的四组仿真,仿真结果表明,改进的算法具备高效节省传感器节点数、降低网络成本、实现全局网络负载均衡,提高网络能量利用率和整个无线传感器网络的使用效率等功能和特点,并且当监测区域面积变大时,算法的优势更加明显。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 叶继华;王文;江爱文;;一种基于LEACH的异构WSN能量均衡成簇协议[J];传感技术学报;2015年12期

2 柴民杰;陈海燕;李磊;;精细农业在中国的发展现状与展望[J];中国农机化学报;2015年05期

3 任娇;;汪懋华院士:2020年农业物联网将成熟应用[J];农业工程技术(温室园艺);2015年25期

4 高峰;卢尚琼;徐青香;姜庆臣;;无线传感器网络在设施农业中的应用进展[J];浙江林学院学报;2010年05期

5 蔡镔;袁超;顿文涛;马斌强;李聪;李辉;;无线传感器网络在农业生产中的应用研究[J];江西农业学报;2010年09期

6 周良;沈明霞;孙玉文;马奉先;林相泽;熊迎军;;基于农田环境的无线传感器网络节点部署分析[J];浙江农业科学;2010年03期

7 陶梦江;赵继聪;秦魏;;无线传感器网络技术及其在农业自动化中的应用[J];科技传播;2010年09期

8 姚建松;;我国精细农业发展前景探讨与研究[J];中国农机化;2009年03期

9 俞黎阳;王能;张卫;;异构无线传感器网络中异构节点的部署与优化[J];计算机科学;2008年09期

10 翟正怡;张轮;;无线传感器网络正六边形网格划分方法[J];电脑知识与技术(学术交流);2007年19期

相关博士学位论文 前6条

1 杨进;无线传感器网络路由与定位优化研究[D];华南理工大学;2017年

2 于丰华;基于无人机高光谱遥感的东北粳稻生长信息反演建模研究[D];沈阳农业大学;2017年

3 孙玉文;基于无线传感器网络的农田环境监测系统研究与实现[D];南京农业大学;2013年

4 张伟;面向精细农业的无线传感器网络关键技术研究[D];浙江大学;2013年

5 屈巍;无线传感器网络节点定位与覆盖控制技术研究[D];东北大学;2010年

6 汪学清;无线传感器网络中连通与覆盖问题研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

相关硕士学位论文 前7条

1 何沐曦;无线传感器网络环境下基于MATLAB和OMNeT++的IEEE1588时间同步仿真[D];西南大学;2015年

2 刘静静;基于能耗均衡的异构无线传感器网络分簇路由算法研究[D];安徽大学;2015年

3 张燕;基于能量均衡的异构无线传感器网络分簇路由算法的研究[D];华南理工大学;2012年

4 吴保强;异构无线传感器网络分簇路由协议研究[D];浙江工业大学;2010年

5 张先毅;基于无线传感器网络节点部署环境的建模仿真系统[D];山东师范大学;2009年

6 凡志刚;无线传感器网络覆盖与节点部署问题研究[D];电子科技大学;2008年

7 王鲁鹏;无线传感器网络覆盖与连通问题研究[D];中南大学;2005年

，

本文编号：2626292