农田多径信道概率感知网络链路预测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种农田多径信道概率感知网络链路预测方法及装置，所述方法包括：对农田无线传感器网络信号传输状态进行监测，判断作物是否对无线信号造成遮挡；若作物未对无线信号造成遮挡，则采用直射径条件下的大尺度对数模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测；若作物对无线信号造成遮挡，则采用无直射径条件下的小尺度概率模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测。本发明专利技术能够根据遮挡方式的不同，采用大尺度模型与多尺度模型对农田信道进行区别化描述，针对大尺度效应模型中的确定链路与多尺度效应模型中的概率感知链路的不同特性，实现了农田多径信道链路质量的准确预测估计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络
，尤其涉及一种农田多径信道概率感知网络链路预测方法及装置。
技术介绍
无线传感器网络作为农业物联网的重要组成部分，可以方便地对农业生产中的实时环境信息进行精确感知与传输，应用前景广阔。在农田无线传感器网络监测应用中，针对农田面积大、传感器节点众多、无线信道环境受作物生长变化影响、网络拓扑结构动态变化等特点，如何保证节点间稳定高效的链路通信质量成为研究的重点之一。在现有无线传感器网络链路预测研究中，考虑的链路质量评价指标不尽相同，包括路径损耗、数据丢包率、路径能耗、网络负载、路径时延等。对于农田环境下的无线传感器网络链路预测目前研究较少，现有其他场景下的链路质量指标评价方法，均较难满足农田多径信道无线传感器网络的链路预测需求。对于基于信道路径损耗模型的链路预测方法，其采用的路损模型为理想条件下的自由空间衰减或是地面反射的对数衰减模型，通过节点间的RSSI或SNR值判断节点间链路质量优劣。而由于农田作物密集生长形成的多径环境，无线信号经过多次反射、绕射，通过多条路径到达接收端，因为多径信号到达相位差异，在接收端叠加，形成小尺度快衰落效应，造成了接收端信号强度的快速变化。通过简单的对数模型难以实现有效的描述，造成了链路通信质量预测的不准确。现在技术中一般认为两节点间的通信链路是对称的，所以仅进行单向的链路预测。由于农田环境中的多径效应主要由作物遮挡造成，作物遮挡的相对位置不同造成信号传播的特性不同，这也意味着任意节点间的通信链路并不对称，所以为了实现节点间的有效信息交换传递，需要对节点间的双向通信链路质量进行预测。也正因如此，节点间通信的发射能耗也不相同，因此现有技术中的链路能耗预测方法也并不适用于农田多径环境。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种农田多径信道概率感知网络链路预测方法及装置，能够根据遮挡方式的不同，采用大尺度模型与多尺度模型对农田信道进行区别化描述，实现了农田多径信道链路质量的准确预测估计。第一方面，本专利技术提供了一种农田多径信道概率感知网络链路预测方法，所述方法包括：对农田无线传感器网络信号传输状态进行监测，判断作物是否对无线信号造成遮挡；若作物未对无线信号造成遮挡，则采用直射径条件下的大尺度对数模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测；若作物对无线信号造成遮挡，则采用无直射径条件下的小尺度概率模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测。优选地，所述方法还包括：进行网络数据传输时，获取数据源节点与数据目的节点之间的多条上行链路路径；对于每条上行链路路径，获得所述上行链路路径的链路质量、数据传输能耗、数据传输时延；在满足传输链路质量的基础上，根据所述多条上行链路路径的数据传输能耗及数据传输时延，采用能耗优先的链路选择方法从所述多条上行链路路径中选择一条链路路径作为所述网络数据传输的链路。优选地，所述方法还包括：进行控制指令传输时，获取数据目的节点与数据源节点之间的多条下行链路路径；对于每条下行链路路径，获得所述下行链路路径的链路质量、数据传输能耗、数据传输时延；在满足传输链路质量的基础上，根据所述多条下行链路路径的数据传输能耗及数据传输时延，采用网络性能优先的链路选择方法从所述多条下行链路路径中选择一条链路路径作为所述控制指令传输的链路。优选地，所述对农田无线传感器网络信号传输状态进行监测，判断作物是否对无线信号造成遮挡，包括：根据所述农田无线传感器网络中的天线高度Ha及作物植株高度Hp，采用公式一确定遮挡余隙Hb：Hb＝Ha-(Hp+rp)公式一若所述遮挡余隙大于0，则判定所述作物未对天线信号造成遮挡；若所述遮挡余隙小于0，则判定所述作物对天线信号造成遮挡；其中，为最大一阶菲涅尔半径，d为收发天线间距离，c为光速，f为无线信号频率。优选地，所述若作物未对无线信号造成遮挡，则采用直射径条件下的大尺度对数模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测，包括：当所述遮挡余隙大于0时，采用公式二及公式三对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行表示：LQij＝LQji，(Hb>0)公式三其中，PWrij＝PWtij-PLij；PLij=10·nlgd+20lgf-10lg[GtGrc2(4π)2];]]>其中，LQij为节点i到节点j间的链路质量；LQji为节点j到节点i间的链路质量；PWrij为接收端信号强度；PWtij为发射端信号强度；Psensitivity为设备的灵敏度，即接收端可正常通信的最低信号强度；PLij为节点i到节点j间的路径损耗；Gt、Gr分别为发射天线和接收天线增益；d为发射天线与接收天线之间的距离；n为与环境相关的衰减因子，在农田环境无遮挡条件下，n的取值为2～4。优选地，所述若作物对无线信号造成遮挡，则采用无直射径条件下的小尺度概率模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测，包括：当所述遮挡余隙小于0时，采用公式四及公式五对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行表示：LQij＝Pij，(Hb<0)公式四LQij≠LQji，(Hb<0)公式五其中，x=20log(r10-3)-10log(R10-3);]]>f(r)=2(K+1)rE(r2)·exp(-K-(K+1)r2E(r2))·I0(2K(K+1)rE(r2));]]>其中，LQij为节点i到节点j间的链路质量；LQji为节点j到节点i间的链路质量；Pij为遮挡余隙Hb小于0条件下节点i被节点j感知的概率；其中fij(x)为节点i发射信号在节点j处接收的概率密度函数；Psensitivity为设备的灵敏度；x为接收端信号强度能量值单位为dBm；r为接收端信号幅度值单位为V；R为接收端阻抗；f(r)为接收端信号幅度r的概率密度函数；I0(·)为修正的零阶贝塞尔函数，为莱斯因子，ρ2为直射径功率，2σ2为散射径功率，r>0，E(r2)为接收端信号强度平方的期望。优选地，所述在作物对无线信号造成遮挡的情况下进行网络数据传输时，获取数据源节点与数据目的节点之间的多条上行链路路径，包括：对于网络数据传输，若节点A为数据源节点，节点B为数据目的节点，其间存在多条不同的链路路径，构成AB间的链路集RCAB＝{Rab1,Rab2,…,Rabn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农田多径信道概率感知网络链路预测方法，其特征在于，所述方法包括：对农田无线传感器网络信号传输状态进行监测，判断作物是否对无线信号造成遮挡；若作物未对无线信号造成遮挡，则采用直射径条件下的大尺度对数模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测；若作物对无线信号造成遮挡，则采用无直射径条件下的小尺度概率模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测。

【技术特征摘要】
1.一种农田多径信道概率感知网络链路预测方法，其特征在于，所述方法包括：对农田无线传感器网络信号传输状态进行监测，判断作物是否对无线信号造成遮挡；若作物未对无线信号造成遮挡，则采用直射径条件下的大尺度对数模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测；若作物对无线信号造成遮挡，则采用无直射径条件下的小尺度概率模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：进行网络数据传输时，获取数据源节点与数据目的节点之间的多条上行链路路径；对于每条上行链路路径，获得所述上行链路路径的链路质量、数据传输能耗、数据传输时延；在满足传输链路质量的基础上，根据所述多条上行链路路径的数据传输能耗及数据传输时延，采用能耗优先的链路选择方法从所述多条上行链路路径中选择一条链路路径作为所述网络数据传输的链路。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：进行控制指令传输时，获取数据目的节点与数据源节点之间的多条下行链路路径；对于每条下行链路路径，获得所述下行链路路径的链路质量、数据传输能耗、数据传输时延；在满足传输链路质量的基础上，根据所述多条下行链路路径的数据传输能耗及数据传输时延，采用网络性能优先的链路选择方法从所述多条下行链路路径中选择一条链路路径作为所述控制指令传输的链路。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对农田无线传感器网络信号传输状态进行监测，判断作物是否对无线信号造成遮挡，包括：根据所述农田无线传感器网络中的天线高度Ha及作物植株高度Hp，采用公式一确定遮挡余隙Hb：Hb＝Ha-(Hp+rp)公式一若所述遮挡余隙大于0，则判定所述作物未对天线信号造成遮挡；若所述遮挡余隙小于0，则判定所述作物对天线信号造成遮挡；其中，为最大一阶菲涅尔半径，d为收发天线间距离，c为光速，f为无线信号频率。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述若作物未对无线信号造成遮挡，则采用直射径条件下的大尺度对数模型对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行预测，包括：当所述遮挡余隙大于0时，采用公式二及公式三对所述农田无线传感器网络的链路通信质量进行表示：LQij＝LQji，(Hb>0)公式三其中，PWrij＝PWtij...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱华吉，梁居宝，缪祎晟，马为红，李庆学，顾静秋，吴华瑞，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11