【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通讯，尤其是涉及一种水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，要求低功耗条件下满足信息传输的可靠性。
技术介绍
1、无线传感器网络技术(wireless sensor network,wsn)通过对农田环境、土壤、作物等进行实时监测采集，为水肥施用、病虫害诊断、专家指导、生产决策等农业精细化生产作业提供支撑，是实现精准农业的重要手段与关键环节，对于合理使用农业资源、降低生产成本、改善生态环境、提高农产品产量和品质具有重要的现实意义。
2、农田wsn具有分布面积广、连续监测周期长以及节点带宽能量资源受限等特点，尤其水稻田因其作物生长环境的特殊性、作物生长变化等对无线信号产生很强的影响。水稻是一种水生作物，通常在水田或者需要灌溉的田地中生长，灌排水频繁，无法铺设电缆，造成无线节点资源受限，不能频繁得到能量补充，只能依靠能量有限的电池供电，导致单个节点的使用寿命对整个无线网络的生命周期影响巨大。并且在有些盐碱地改良中，需要检测的土壤性质多，传感器的种类和个数也会增多，产生大量的能量消耗。因此，研究在传输速率不变的前提下，降低无线节点的能量消耗方法具有重要意义。
3、水稻农田和普通农田在无线传感器组网方式上存在一些区别，主要是由于水稻田的特殊生长环境。一是在通信距离和信号穿透能力方面，水稻农田由于水的阻挡和衰减，无线信号在水稻田中传输的距离会受到一定限制，需要考虑信号穿透能力，需要更多的中继节点来扩展网络覆盖范围。而普通农田的无线信号传输距离可能较长，并且受到的干扰较少，通信距离和信号穿透能力更好。二是在
4、本专利技术涉及到的研究方向为通讯技术协同应用和通讯技术优化两个方面。
5、1、通讯技术协同应用。
6、目前，在通讯
，有很多通讯组网的尝试，将单一的zigbee、蓝牙、lora、nb-iot、4g cat.1、rs485总线、wifi等通讯方案搭配组合，期望以此降低设备的能源负担，提高网络的可靠性以及传输速率。
7、例如王航的基于zigbee的智能精准农业系统关键技术研究及应用中，设计了基于zigbee无线网络技术和gprs网络的智能精准农业监控系统；余昌的专利公开号为cn219980973u的专利申请，申请了一种水务管理系统，采用zigbee通信组件、lora通信组件、蓝牙通信组件以及nb-iot通信组件进行组网，以降低通信功耗；疏玉兵基于lora无线组网技术的低功耗农业气象监测系统设计，提出了一种基于lora+4g/wifi联用的低功耗农业气象监测系统；裴福弟构建了一套基于蓝牙的土壤墒情无线数据采集系统,通过蓝牙模块或者zigbee模块将采集的数据进行传输。
8、上述通讯模块都实现了物联网要求的低功耗，但是其zigbee的传输速率通常在20-250kbps之间，而gprs的传输速率理论上只能达到170左右kbps，lora的传输速率能达到0.3kbps到50kbps之间，nb-iot在160kbps到250kbps之间。王航和疏玉兵所提出的上述方案只能适用于部分对数据传输速率要求低的智慧农业场景。裴福弟采用的rs485、zigbee和蓝牙的组网方式缺乏远程通讯技术的手段，且未考虑水稻田复杂多径环境动态网络条件下zigbee和蓝牙组网方式所受到的影响。余昌的专利因采用的是nb-iot的远程通讯模块，也同样无法进行高速率的传输。
9、2、通讯技术优化。
10、上述所提到的论文和专利都是对通讯技术的协同作业方式的探讨，在通讯
还有很多学者对zigbee、蓝牙和4g cat.1的组网技术进行了分析与设计。
11、例如，曹维坤围绕bluetooth sig发布的1.0版本的mesh应用模型,提出了分层式蓝牙低功耗mesh网络架构和能量有效的机会式路由机制；时浩在zigbee网络中能量均衡路由和节点定位的研究中，提出了一种基于bp神经网络的rssi测距方法；刘明阳和江语菲，在专利公开号cn116489172a，基于蓝牙低功耗通信协议公开了一种短距无线多设备数据同步方法。
12、但是上述研究内容均只是对蓝牙mesh或zigbee组网应用模型进行搭建，缺乏农田背景下多种技术协同作业的思考，现有相关论文及专利中同样缺乏对智慧农业水稻田场景下整个网络的架构设计。
13、基于上述的通讯技术组合方式和通讯技术本身的原理设计，不难看出，若想构建适用于水稻田的无线局域网，需要同时解决在农田复杂多径环境动态网络条件下高成本、高能耗、低传输速率、低可靠性的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的状况，克服以上缺陷，提供一种水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，解决水稻智慧种植中网络连接不稳定、数据传输速率低、通讯模块能耗高等问题，提高智慧农业水稻种植物联网的通讯效果，在保证通讯效果的同时，降低水稻种植物联网设备的能耗和成本。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的：
3、1.链路质量估计：
4、由于农田种作物密集生长遮挡，形成复杂多径信道环境使得信号强度与通信质量呈现较大的不确定性，其网络链路呈现为概率连通的特性。不仅如此，农田信道环境随作物生长而发生变化，因此不同作物生长阶段的网络链路质量也不尽相同。以农田无线信道模型为基础，根据节点接收端信号强度与接收端信噪比对当前链路质量进行估计。
5、对于农田环境监测场景，当网络部署完成后，节点天线高度固定，只需要在作物不同生长阶段采集植株高度，便可求得遮挡余隙hb,当遮挡余隙大于0时，可以认为没有作物对无线信号造成遮挡，为确定感知，在节点i,j间存在d0。
6、pwrij＝pwtij-plij＝psensitivity
7、pwrij为接收信号的强度，pwtij为发射端信号的强度，psensitivity为设备的灵敏度，即接收端可以正常通信的最低信号强度。当两节点之间的信号小于要求时，节点间无法进行通信，感知强度为0，反之为1。
8、本专利技术采用分组接收率定义网络链路连通概率，即当遮挡余隙大于0时，节点之间的链路质量以下式表示：
9、
10、当没有信号遮挡时，采用小尺度概率模型对链路通信质量进行预测。在小尺度模型下接收端信号轻度符合莱斯分布，即小尺度模型中，节点之间的链路呈现概率连通的状态，概率链路条件下节点间连通概率估计方法如下。
11、接收端信噪比可表示为：
12、
13、其中，接收天线收到的无线信号的包络总功率p，即接收端rssi，包括大尺度分量功率pb，即小尺度多径噪声功率pm,awgn为加性高斯白噪声平均功率。
14、在通信系统中，误包率与信噪比的关系为：
15、
16、其中m为调制多相系数，特殊地，对于zigbee系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，其特征在于，所述的步骤A2具体为以下步骤：
3.根据权利要求1所述的水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，其特征在于，所述的步骤A3具体为以下步骤：
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，其特征在于，所述步骤A1至步骤A4中，上述一级网络近场通讯模块采用ZigBee模块，二级网络中近场通讯模块为蓝牙模块，上述远程通讯模块采用4G CAT.1模块。
【技术特征摘要】
1.一种水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，其特征在于，所述的步骤a2具体为以下步骤：
3.根据权利要求1所述的水稻田低功耗高可靠性传感器组网方式，其特征在于，所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：周雷，任会之，薛文多，徐哲，潘大伟，赵娜，徐淦，李宁，
申请(专利权)人：鞍钢集团矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。