农田无线传感器网络可再生能源节点部署方法及系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供一种农田无线传感器网络可再生能源节点部署方法及系统，涉及农田无线传感器网络【技术领域】，其中，包括：在监测区域内进行普通电池节点部署，根据预设成本和普通电池节点数量确定待部署可再生能源节点数量，遍历所述普通电池节点，将最大的期望可节约能耗所对应的普通电池节点作为待替换节点，将其替换为可再生能源节点，并将所述待部署可再生能源节点数量减1，判断所述待部署可再生能源节点数量是否为0，若是，结束流程，否则部署下一个可再生能源节点。由此上述方法解决了现有技术农田监测应用中预设成本约束的问题，且最大限度的延长了网络寿命。
【专利说明】农田无线传感器网络可再生能源节点部署方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及农田无线传感器网络【技术领域】，尤其涉及一种农田无线传感器网络可 再生能源节点部署方法及系统。
【背景技术】
[0002] 农田无线传感器网络（Wireless Sensor Network,简称WSN)能够方便、精确地获 取农业生产的实时环境信息，已成为指导农业生产，提高作物产量的关键技术。现有农田无 线传感器网络节点采用电池供电方式，存在严重的能量约束，是无线传感器网络在大规模 农田环境监测的应用瓶颈之一。另外，在农田无线传感器网络环境监测应用中，存在无线传 感器网络节点数量多、部署面积大和分布不均等问题，使得电池更换十分麻烦。因此，能量 供给问题成为制约农田无线传感器网络发展的首要问题。
[0003] 近年来，可再生能源节点成为无线传感器网络研究的新思路，例如引入农田环境 中的太阳能、风能等资源来解决农田无线传感器网络能量供给的问题。现有技术的可再生 能源节点部署方法中，先针对普通电池节点进行部署，再通过将部署后的主要节点进行可 再生能源节点替换，完成可再生能源节点的部署。
[0004] 然而，上述方法只是简单定性分析了能耗问题，并没有进行可再生能源节点的位 置与网络能耗关联分析，得出最佳可再生能源节点位置；另外，现有技术没有对可再生能源 节点的数量进行限制，均按需要配备，并没有考虑预设成本约束问题，无法进行实际应用； 最后，农田无线传感器网络节点并非越多越好，现有技术并没考虑到新增一个可再生能源 节点对网络生命周期的边际收益如何，是否存在成本与网络寿命间的均衡点问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种农田无线传感器网络节点部署方法及系 统，解决了农田监测应用中预设成本约束的问题，且最大限度的延长了网络寿命。
[0006] -方面，本发明提供一种农田无线传感器网络节点部署方法，包括：
[0007] S1、在监测区域内部署普通电池节点；
[0008] S2、根据预设成本和普通电池节点的数量确定待部署可再生能源节点数量；
[0009] S3、遍历所述普通电池节点，计算将遍历到的当前普通电池节点替换为可再生能 源节点时其对周边普通电池节点的期望可节约能耗，将最大的期望可节约能耗所对应的普 通电池节点作为待替换节点；
[0010] S4、将所述待替换节点替换为可再生能源节点，并将所述待部署可再生能源节点 数量减1，判断所述待部署可再生能源节点数量是否为〇,若是，则结束流程，否则返回步骤 S3〇
[0011] 可选地，所述步骤S3中，所述期望可节约能耗通过下式计算，
[0012]
【权利要求】
1. 一种农田无线传感器网络可再生能源节点部署方法，其特征在于，包括： 51、 在监测区域内部署普通电池节点； 52、 根据预设成本和普通电池节点的数量确定待部署可再生能源节点数量； 53、 遍历所述普通电池节点，计算将遍历到的当前普通电池节点替换为可再生能源节 点时其对周边普通电池节点的期望可节约能耗，将最大的期望可节约能耗所对应的普通电 池节点作为待替换节点； 54、 将所述待替换节点替换为可再生能源节点，并将所述待部署可再生能源节点数量 减1，判断所述待部署可再生能源节点数量是否为〇,若是，则结束流程，否则返回步骤S3。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述期望可节约能耗通过 下式计算，
其中，EsaVei为当前普通电池节点i对应的期望可节约能耗，Ph为当前普通电池节点 i的第j个周边普通电池节点的期望能耗，
叫为当 前普通电池节点i的节点度，1为当前普通电池节点i的第j个周边普通电池节点的节点 度，1为当前普通电池节点i采集上传的数据长度，Rs为普通电池节点的通信半径，ε fs为 普通电池节点进行半径Rs内通信时的衰减因子，ε mp为普通电池节点与其他可再生能源节 点或汇聚节点通信时的衰减因子，E&为当前普通电池节点i内部处理电路的功耗，(^为当 前普通电池节点i的第j个周边普通电池节点到汇聚节点的距离。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，将所述最大的期望可节约 能耗所对应的普通电池节点作为待替换节点具体包括： 判断所述最大的期望可节约能耗所对应的普通电池节点是否唯一，若是，则将所述最 大的期望可节约能耗所对应的普通电池节点作为待替换节点；否则选取所述最大的可期望 节约能耗对应的普通电池节点中与汇聚节点距离最远的一个作为待替换节点。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3与所述步骤S4之间，还包括： A101 :将所述待替换节点作为簇首，采用动态成簇方法生成可再生能源簇； A102 :若所述可再生能源簇存在孤岛节点，对所述待替换节点位置进行调整。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤A102中，对所述待替换可再生能 源节点位置进行调整具体包括： 遍历所述待电池节点的邻居节点，寻找包含所有孤岛节点的邻居节点集合Vl ; 若所述邻居节点集合Vl中只有一个邻居节点，将该邻居节点作为新的待替换节点，并 执行步骤S4,否则寻找所述邻居节点集合Vl中期望可节约能耗最大的邻居节点集合v2 ; 若所述邻居节点集合v2中只有一个邻居节点，将该邻居节点作为新的待替换节点，并 执行步骤S4,否则寻找所述邻居节点集合v2中可达邻居节点数量最大的邻居节点集合v3 ; 若所述邻居节点集合v3中只有一个邻居节点，将该邻居节点作为新的待替换节点，并 执行步骤S4,否则寻找所述邻居节点集合v3中与所述待替换节点距离最近的邻居节点，将 该邻居节点作为新的待替换节点。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S3与所述步骤S4之 间，还包括： 计算将所述待替换节点替换为可再生能源节点时的边际收益，判断所述边际收益是否 不大于预设值；若是，则直接结束流程，否则执行步骤S4 ; 其中，所述边际收益根据EL^f_和ELaftCT计算获得，ELbef_为所述待替换节点的网络 期望寿命，ELaftCT为将所述待替换节点替换为可再生能源节点时的网络期望寿命。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述边际收益通过下式计算， ELmr ELbefore ELafter 其中
^为普通电池节点的初始能量，En为待替换节点的期 望能耗，EmS将所述待替换节点替换为可再生能源节点时的期望能耗，所述节点m为除所述 待替换节点之外的其他节点中期望能耗最高的节点。
8. -种农田无线传感器网络可再生能源节点部署系统，其特征在于，包括： 普通电池节点部署单元，用于在监测区域内部署普通电池节点； 确定单元，用于根据预设成本和普通电池节点的数量确定待部署可再生能源节点数 量； 待替换单元，用于遍历所述普通电池节点，计算将遍历到的当前普通电池节点替换为 可再生能源节点时其对周边普通电池节点的期望可节约能耗，将最大的期望可节约能耗所 对应的普通电池节点作为待替换节点； 第一判定单元，用于将所述待替换节点替换为可再生能源节点，并将所述待部署可再 生能源节点数量减1，判断所述待部署可再生能源节点数量是否为0。
9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 生成单元，用于将所述待替换节点作为簇首，采用动态成簇方法生成可再生能源簇； 调整单元，若所述可再生能源簇存在孤岛节点，用于对所述待替换节点位置进行调整。
10. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 第二判断单元，用于计算将所述待替换节点替换为可再生能源节点时的边际收益，判 断所述边际收益是否不大于预设值。
【文档编号】H04W16/18GK104219683SQ201410411868
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】缪祎晟, 吴华瑞, 李飞飞, 李庆学, 马为红 申请人:北京农业信息技术研究中心