專(zhuān)利名稱：一種在溫室番茄灌溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及智能灌溉領(lǐng)域，尤其涉及一種在溫室番茄灌 溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在智能灌溉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)中，目前主要是基于有線方式，不便于系統(tǒng)的布 置及拓展，ZigBee作為一種新興的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控領(lǐng)域。但 無(wú)線節(jié)點(diǎn)一般是電池供電，生存周期有限。ZigBee樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)原始的樹(shù)路由協(xié)議是基于邏輯 樹(shù)傳送，很多情況下會(huì)造成數(shù)據(jù)包的多跳，從而造成整個(gè)傳感網(wǎng)的能量浪費(fèi)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)ZigBee樹(shù)路由也有相應(yīng)的研究及改進(jìn)，但有的只是以數(shù) 據(jù)包最小跳數(shù)為依據(jù)，僅僅考慮的是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，沒(méi)能兼顧單個(gè)節(jié)點(diǎn)的生存周 期(參見(jiàn) Teahong Kim, Daeyoung Kim, Noseong Park, Seong-eun Yoo, and Tomas Sanchez Lopez, “Shortcut Tree Routing in ZigBee Networks, ” Information and Communications University.)。也有考慮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量嚴(yán)格均衡消耗的研究，但這樣 會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在某個(gè)時(shí)刻會(huì)有大量的節(jié)點(diǎn)同時(shí)失效，會(huì)給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)很大的影響(參 見(jiàn)班艷麗，柴喬林，王琛.基于能量均衡的ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹(shù)路由算法.計(jì)算機(jī)應(yīng)用， 2008，28(11):2791-2794)。此外，目前國(guó)內(nèi)的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及控制策略多數(shù)是基于定時(shí)機(jī)制，環(huán)境 信息數(shù)據(jù)發(fā)送缺乏依據(jù)，造成數(shù)據(jù)的利用率不高，而且采集的環(huán)境信息較多，其中數(shù)據(jù)間的 耦合性相對(duì)較大，從而造成數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的能量浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有灌溉數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的一些不足，提供一種在溫室番茄灌 溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法。在溫室番茄灌溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法的步驟如下
1)番茄灌溉無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的傳感節(jié)點(diǎn)采集當(dāng)前的空氣溫/濕度T/RH、光照強(qiáng)度IX、 土壤相對(duì)濕度RH6環(huán)境信息；
2)傳感節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境信息在轉(zhuǎn)發(fā)之前，通過(guò)鄰節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)或者簡(jiǎn)化的 評(píng)價(jià)函數(shù)決定數(shù)據(jù)下一跳的節(jié)點(diǎn)；
3)傳感節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境信息在轉(zhuǎn)發(fā)之前，先計(jì)算到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少跳數(shù)Lk，在 轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境信息數(shù)據(jù)包過(guò)程中會(huì)根據(jù)已傳遞的跳數(shù)Ls與到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少跳數(shù)Lk的關(guān) 系改變節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)α，從而避免環(huán)形傳遞造成傳感節(jié)點(diǎn)的能量浪 費(fèi)；
4)無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)模糊處理，推斷出番茄當(dāng)前所處的生長(zhǎng)期，并 確定在該生長(zhǎng)期期間由調(diào)虧灌溉確定的最優(yōu)土壤濕度RHe。，通過(guò)與最優(yōu)土壤濕度RHra的比 較判斷在當(dāng)前土壤濕度RHe的情況下是否需要澆水；其中，Lt為嚴(yán)格沿樹(shù)傳遞時(shí)到目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)，Lk為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑，d 為節(jié)點(diǎn)所處網(wǎng)絡(luò)深度，Cskip為ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址塊。所述的傳感節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境信息在轉(zhuǎn)發(fā)之前，先計(jì)算到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少跳 數(shù)Le,在轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境信息數(shù)據(jù)包過(guò)程中會(huì)根據(jù)已傳遞的跳數(shù)Ls與到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少跳數(shù) Lk的關(guān)系改變節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)α，從而避免環(huán)形傳遞造成傳感節(jié)點(diǎn)的能 量浪費(fèi)步驟，包括傳感節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)組成項(xiàng)的權(quán)重會(huì)隨著已經(jīng)傳遞的跳數(shù)進(jìn)行 調(diào)整，避免路由環(huán)的出現(xiàn)，造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)α 具體計(jì)算公式如下
α =Le/2Ls
其中Lk為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最少跳數(shù)，Ls為數(shù)據(jù)包已轉(zhuǎn)發(fā)的跳數(shù)，Ls 3 1。所述的源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑Lk計(jì)算方法為先計(jì)算源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的 網(wǎng)絡(luò)深度之差，若兩者在三跳以內(nèi)，S卩Mdk-ddesM< 3，則查詢?cè)垂?jié)點(diǎn)的鄰居表中是否有目 的節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有的話，再查尋每個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)是否有目的節(jié)點(diǎn)，有的話，下一跳地址即為 該鄰節(jié)點(diǎn)，Le即為2，都沒(méi)有的話，用以下公式計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種在溫室番茄灌溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于它的步驟如下1)番茄灌溉無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的傳感節(jié)點(diǎn)采集當(dāng)前的空氣溫/濕度T/RH、光照強(qiáng)度IX、 土壤相對(duì)濕度RHe環(huán)境信息；2)傳感節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境信息在轉(zhuǎn)發(fā)之前，通過(guò)鄰節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)或者簡(jiǎn)化的 評(píng)價(jià)函數(shù)決定數(shù)據(jù)下一跳的節(jié)點(diǎn)；3)傳感節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境信息在轉(zhuǎn)發(fā)之前，先計(jì)算到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少跳數(shù)Lk，在 轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境信息數(shù)據(jù)包過(guò)程中會(huì)根據(jù)已傳遞的跳數(shù)Ls與到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少跳數(shù)Lk的關(guān) 系改變節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)α，從而避免環(huán)形傳遞造成傳感節(jié)點(diǎn)的能量浪 費(fèi)；4)無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)模糊處理，推斷出番茄當(dāng)前所處的生長(zhǎng)期，并 確定在該生長(zhǎng)期期間由調(diào)虧灌溉確定的最優(yōu)土壤濕度RHe。，通過(guò)與最優(yōu)土壤濕度RHe。的比 較，判斷在當(dāng)前土壤濕度RH6的情況下是否需要澆水；5)當(dāng)不需要澆水時(shí)，調(diào)用灌溉預(yù)測(cè)算法，推測(cè)相關(guān)傳感節(jié)點(diǎn)需要澆水的時(shí)刻Τ,，只有該 時(shí)刻Ttl到了，無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器再發(fā)數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令到相應(yīng)的傳感節(jié)點(diǎn)，喚醒休眠狀態(tài)的傳 感節(jié)點(diǎn)采集相應(yīng)的環(huán)境信息到無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再次做判斷是否需要澆水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在溫室番茄灌溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于所述的傳感節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境信息在轉(zhuǎn)發(fā)之前，通過(guò)鄰節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù) 或者簡(jiǎn)化的評(píng)價(jià)函數(shù)決定數(shù)據(jù)下一跳的節(jié)點(diǎn)步驟，包括傳感節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)F GO 同時(shí)考慮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗以及節(jié)點(diǎn)本身的能量狀態(tài)，同時(shí)延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)以及單個(gè)節(jié) 點(diǎn)的生存周期，具體公式如下
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在溫室番茄灌溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于所述的傳感節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境信息在轉(zhuǎn)發(fā)之前，先計(jì)算到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少 跳數(shù)Lk，在轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境信息數(shù)據(jù)包過(guò)程中會(huì)根據(jù)已傳遞的跳數(shù)Ls與到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少跳 數(shù)Lk的關(guān)系改變節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)α，從而避免環(huán)形傳遞造成傳感節(jié)點(diǎn)的能量浪費(fèi)步驟，包括傳感節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)組成項(xiàng)的權(quán)重會(huì)隨著已經(jīng)傳遞的跳數(shù)進(jìn) 行調(diào)整，避免路由環(huán)的出現(xiàn)，造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，節(jié)點(diǎn)能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù) α具體計(jì)算公式如下α =LR/2Ls其中Lk為當(dāng)前傳感節(jié)點(diǎn)到目的傳感節(jié)點(diǎn)的最少跳數(shù)，Ls為數(shù)據(jù)包已轉(zhuǎn)發(fā)的跳數(shù)，Ls ≥ 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種在溫室番茄灌溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于所述的源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑Lk計(jì)算方法為先計(jì)算源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn) 的網(wǎng)絡(luò)深度之差，若兩者在三跳以內(nèi)，S卩l(xiāng)|dk-ddes||< 3，則查詢?cè)垂?jié)點(diǎn)的鄰居表中是否有 目的傳感節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有的話，再查尋每個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)是否有目的節(jié)點(diǎn)，有的話，下一跳地 址即為該鄰節(jié)點(diǎn)，Le即為2，都沒(méi)有的話，用以下公式計(jì)算Lr_ (ddes- dpub) + (dk _dpub)其中ddes為目的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)深度，dk為源節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)深度，dpub為源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的公共節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在溫室番茄灌溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于所述的灌溉預(yù)測(cè)算法計(jì)算步驟，包括灌溉策略算法判斷相關(guān)的傳感節(jié)點(diǎn)不需 要澆水時(shí)，通過(guò)蒸騰量ET和土壤滲透系數(shù)I的估算，預(yù)測(cè)出灌溉時(shí)刻Τ,，在灌溉時(shí)刻Ttl之 前相關(guān)傳感節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，其中灌溉時(shí)刻Ttl計(jì)算公式為T(mén)q= (RH-RHeo)/(ΕΤ+Ι)蒸騰量ET和土壤的滲透系數(shù)I由測(cè)得環(huán)境因子通過(guò)線性回歸得出，公式如下ET=Ii1 X T+k2 X RH+k3 X lx+k4其中，T為單位時(shí)間內(nèi)的平均溫度，RH為空氣平均濕度，Ix為平均光照強(qiáng)度，ki; k2，k3， k4分別為對(duì)應(yīng)項(xiàng)的回歸系數(shù)；I=I0Xt-"13I0=Hi1XRH^m2其中，I0為初始土壤滲透系數(shù)，t為經(jīng)過(guò)的時(shí)間，RHe為土壤的相對(duì)濕度，Hi1, m2, m3分別 為回歸系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在溫室番茄灌溉系統(tǒng)中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)對(duì)番茄灌溉環(huán)境信息的需求和ZigBee樹(shù)狀路由算法的分析，改進(jìn)了ZigBee樹(shù)路由機(jī)制，在傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中，由能量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)選擇下一跳路由節(jié)點(diǎn)；協(xié)調(diào)器在灌溉決策的過(guò)程中由傳感節(jié)點(diǎn)采集到的光照、空氣溫度、濕度、土壤的相對(duì)濕度以及當(dāng)前作物所處的生長(zhǎng)周期判斷是否需要澆水，不需要澆水時(shí)，預(yù)測(cè)出何時(shí)需要澆水，在此之前傳感節(jié)點(diǎn)一直處于休眠狀態(tài)。本發(fā)明改進(jìn)的ZigBee樹(shù)路由以及協(xié)調(diào)器灌溉決策的數(shù)據(jù)請(qǐng)求機(jī)制大大減少了整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)中數(shù)據(jù)包的傳遞，有效地提高了節(jié)點(diǎn)的能量利用率，延長(zhǎng)了無(wú)線傳感網(wǎng)的穩(wěn)定周期。
文檔編號(hào)H04L12/44GK102111843SQ20111000462
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者周洪亮, 張宏建, 張勝, 晁敏, 楊祥龍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)