面向农业监测的无线传感器网络路由算法研究与监测系统设计

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:william1212
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农业是支撑国民经济建设与发展的基础产业。如何利用有限的农业资源,借助先进的科学技术手段来提高生产效率、环境效益和经济效益已经成为农业领域的研究重点及热点。  近年来,随着传感器技术、无线通信技术和计算机技术的飞速发展,作为一种信息获取和处理的新模式,无线传感器网络已成为备受国内外关注的新兴前沿研究领域。在农业系统中应用无线传感器技术可以有效地降低生产成本、提高农产品质量和产量、保证农业可持续发展和改善生态环境。  与传统网络相比,无线传感器网络中节点通常使用能量有限的蓄电池供电,容易因能量耗尽而失效,如何在有限的资源环境下获取尽可能多的有效的感知对象的特性信息并传输给用户是目前无线传感器网络的研究重点及热点。  围绕上述问题,本文以农业环境监测为应用背景,重点研究无线传感器网络路由协议。首先,介绍了传感器网络的体系结构、应用领域和关键技术,分析了现有路由协议的设计思路,对经典的路由协议进行了分析和比较,重点对LEACH协议进行了深入研究和分析;其次,针对LEACH协议中分簇不合理、簇首分布不均匀、单跳通信导致能耗不均匀等问题,提出了一个基于调度和位置信息的多跳分簇路由协议,从节点的角色角度出发,将所有节点分为簇首节点、成员节点和调度节点三种类型。在簇运行阶段,调度节点对每簇中的簇首节点和成员节点的能量进行实时监测;在簇首更换阶段,由调度节点根据监测的结果指定相应的节点成为簇首,这样一方面由于不采用竞争的方式,能够避免簇首更换时由于节点参与竞争而引起的能量消耗;另一方面,由于调度节点实时监测所有节点的能量情况,能够保证当选的簇首节点能量最优。再次,利用MATLAB软件对协议进行了仿真和分析,结果表明,本文提出的协议改进的簇首选择策略能够有效的改进网络性能,延长网络生命周期;最后,对基于Web的农业监测系统进行了设计和实现。
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