一种农田无线传感器网络制造技术

本实用新型专利技术涉及一种农田无线传感器网络，属于无线传感器技术领域。网络包括处于通信区域中心的汇集节点以及分布在汇集节点周围的传感器节点；围绕所述汇集节点形成若干个辐射状分布的、互不重叠的环形区；所述传感器节点分布于各个环形区内；最内侧的环形区中的传感器节点与汇集节点建立通信通道，其他的环形区中的传感器节点与相邻的内侧环形区内的至少一个传感器节点建立通信通道；各传感器节点还与其所在环形区内的至少一个传感器节点建立通信通道。基于此架构易于设定相应更加长远的通信规则，以增强网络的稳定性和持久性，保证数据传输的可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种农田无线传感器网络
本技术涉及一种农田无线传感器网络，属于无线传感器

技术介绍
农田无线传感器网络因受生产组织驱动影响，在网络拓扑形式、信息传递方式等方面呈现出不同的特征：(1)农田作业过程中干扰因素众多，农田渐变环境，网络部署范围大，部署密度小，需要引入中继节点并进行分层分簇，动态异构和链式有向传输等因素使得网络行为动态不确定性明显上升，促使农田无线传感网呈现出明显的拓扑易变性；(2)大面积农田监测区域需要节点协同监测，难免会出现层间和簇间节点、链路存在重叠和明显的相互作用，因而呈现出明显的相交耦合关联和层间耦合关联特征；(3)农田无线传感网很少会有恶意攻击而带来的节点失效，链路重组等问题，但农田作业过程中不可避免的会造成节点移动，进而致使链路动态重组形成新的拓扑；(4)不同传感器在完成特定环境因子监测时，其耗电量具有很大差异。由于每个节点所监测环境对象和监测频率不同，必然导致不同的能量消耗速度。农作物生产周期长和节点能量消耗的不均衡，使整个网络呈现多级能量异构。以上4方面特征最终促使现有农田无线传感器网络成为一个具有典型相交-层间耦合结构的网络系统。现有农业传感器网络通信中，密集的农业传感器节点中仅按照单次传输能耗的高低或下一级节点的剩余能量的多少等眼前的标准去通信传输数据，使得当部分区域的传感器因耗电量不均而大量死亡时，该区域所处的通信链路上的上游传感器节点难以可靠有效的保证与基站的数据传输，影响整个传感器网络的可靠性和稳定性。现有农田传感器网络的传感器节点的布置方式及节点位置的随意性，使得现有农田无线传感器网络不便于进行级联通信管理和优化，难以提出针对传感器网络的分级通信策略，无法制定更长远的通信规则来避免网络出现通信障碍和提高网络的抗毁性能。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种农田无线传感器网络，用以解决现有农田无线传感器网络不便于进行级联通信策略管理和通信规则优化的问题。为实现上述目的，本技术的方案包括：本技术的一种农田无线传感器网络，包括处于通信区域中心的汇集节点以及分布在汇集节点周围的传感器节点；围绕所述汇集节点形成若干个辐射状分布的、互不重叠的环形区；所述传感器节点分布于各个环形区内；最内侧的环形区中的传感器节点与汇集节点建立通信通道，其他的环形区中的传感器节点与相邻的内侧环形区内的至少一个传感器节点建立通信通道；各传感器节点还与其所在环形区内的至少一个传感器节点建立通信通道。本技术基于农田无线传感器网络的特点，对各个传感器节点的布置区域进行优化，具体以汇集节点(基站)为中心，建立若干个依次嵌套的环状传感器布置区(环形区)，使传感器网络形成环状多级架构，并建立向相邻内层环形区传输数据的通道和同层环形区传输数据的通道，基于此架构易于设定相应更加长远的通信规则，以增强网络的稳定性和持久性，保证数据传输的可靠。进一步的，传感器节点在环形区内沿对应的环形区延伸方向间隔设定距离布置。无线传感器节点在各环形区内沿环形区域均匀布置，避免部分区域传感器节点过于稀疏，导致该区域传输耗能增加，通信链路不畅信号差的问题。进一步的，非最内侧的环形区中的传感器节点与相邻的内侧环形区中距离最近的一个传感器节点建立通信通道。与内层环形区建立通信通道的节点距离最近，有利于降低传感器网络能耗，延长网络寿命。进一步的，各传感器节点分别与其所在环形区内左侧方向最近的传感器节点和右侧方向最近的传感器节点建立通信通道。在同层环形区中，与左右两个节点建立通信通道，扩宽了同层环形区的数据通道，增加了数据传输过程中同层寻路的可行性，保证了网络抗级联失效的性能。同时建立通信通道的左侧和右侧节点是距离有传输数据需求节点最近的节点，有利于降低单次通信功耗，延长网络寿命。进一步的，各个环形区内传感器节点的数量根据对应环形区的面积确定。根据面积确定布置传感器的数量，保证整个农田通信区域或者说监测区域内的传感器分布均匀，防止出现中间的传感器密集，外围稀疏的情况。进一步的，各传感器节点的初始负载Lni为：其中，Lni表示第n层的传感器节点i的初始负载，Ln+1表示第n+1层所有传感器节点的初始负载总和，Tn表示第n层传感器节点的个数。进一步的，各传感器节点的容量Cni为：其中，Cni表示第n层的传感器节点i的容量，α表示容忍系数且α≥0。附图说明图1是通信区域分层示意图；图2是组网示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细的说明。本技术的农田无线传感器网络结构如下所述：1.节点部署。(1)在农田待监测区域内，汇聚节点(起收集数据功能的基站)和其他传感器节点(或其他具有中继功能的无线节点)的部署区域按如下方式确定，如图1所示，汇聚节点10设置于待监测区域中间，并将汇聚节点周围的监测区域划分为5个层作为节点区，包括第一层节点区101、第二层节点区102、第三层节点区103、第四层节点区104、第五层节点区105，这五层节点区为包括传感器节点在内的传感器节点的部署区域；具体的，每层节点区成环状，将内层节点区包围在环状区域的中间，最内层(即第一层节点区101)节点区将汇聚节点10围在环状区域中间；进一步各节点区可以为以汇聚节点为圆心的同心环状区域。本实施例中，相邻环状节点区之间的距离定义为b＝10m，每一层环状节点区的环径宽为a＝5m。每一层节点区内进行节点的部署。(2)本实施例中，第一层节点区101到第五层节点区105的所占面积之比为：115:275:325:475:625，按照面积比例进行节点部署以尽可能保证农田区域的均匀监测，故在第一层节点区101到第五层节点区105内部署节点个数分别为12个、28个、33个、48个、63个，所有节点都在所在环形节点区中，沿环形面尽可能的均匀分布，传感器部署例如图2所示，图中环形节点区中空心的圆点表示传感器节点。2.组网。节点部署完毕后进行组网，组网原则如下：(1)对于每一个非第一层节点区101内的节点，首先建立节点与所在节点区向内一层的节点区(即相邻的内层节点区，下称“内层节点区”)中节点的通信通道(建立的通信通道用于业务数据的传输)。为了降低通信功耗，节点与内层节点区中距离自己最近的内层节点建立无线通信通道。然后建立节点与所在节点区中的其他节点的通信通道，作为当向内层节点区中节点通信(数据传输)失败(例如内层相连节点失效时)时的后备通信通道(或链路)，具体可以与所在节点区中距离自己最近的节点建立无线通信通道；本实施例中，每个节点都分别与所在节点区中左右两个方向上离自己最近的节点建立通信通道。(2)对于每一个第一层节点区101内的节点，首先均建立与汇聚节点10的通信通道。然后与其他节点区中节点相同，建立第一层节点区101内节点与第一层节点区101内其他节点的无线通信通道，即分别与左右两个方向上离自己最近的节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农田无线传感器网络，其特征在于，包括处于通信区域中心的汇集节点以及分布在汇集节点周围的传感器节点；围绕所述汇集节点形成若干个辐射状分布的、互不重叠的环形区；所述传感器节点分布于各个环形区内；最内侧的环形区中的传感器节点与汇集节点建立通信通道，其他的环形区中的传感器节点与相邻的内侧环形区内的至少一个传感器节点建立通信通道；各传感器节点还与其所在环形区内的至少一个传感器节点建立通信通道。/n

【技术特征摘要】
1.一种农田无线传感器网络，其特征在于，包括处于通信区域中心的汇集节点以及分布在汇集节点周围的传感器节点；围绕所述汇集节点形成若干个辐射状分布的、互不重叠的环形区；所述传感器节点分布于各个环形区内；最内侧的环形区中的传感器节点与汇集节点建立通信通道，其他的环形区中的传感器节点与相邻的内侧环形区内的至少一个传感器节点建立通信通道；各传感器节点还与其所在环形区内的至少一个传感器节点建立通信通道。


2.根据权利要求1所述的农田无线传感器网络，其特征在于，传感器节点在环形区内沿对应的环形区延伸方向间隔设定距离布置。


3.根据权利要求2所述的农田无线传感器网络，其特征在于，非最内侧的环形区中的传感器节点与相邻的内侧环形区中距离最近的一个传感器节点建立通信通道。


4.根据权利要求3所述的农田无...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜壮壮，朱旭，刘晓航，张亚丹，张瑞红，王俊，张海洋，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：新型
国别省市：河南;41