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无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)在温室环境监测控制中的应用越来越多。但目前在温室中的应用存在着节点部署随机性,数据传输冗余性等问题,迫切需要探索新的部署方式和数据节能传输策略。本文针对上述问题,在现有国内外研究的基础上,从影响无线通信系统性能的基础性问题出发,通过试验测试了无线电波在温室中的传播特性,分析了基于事件驱动的数据阈值处理技术对减少感知节点数据传输量的有效性,探讨了汇聚节点数据融合中支持度函数的准优β值,在此基础上构建了温室无线传感器网络环境监测系统,并通过试验测试了系统的稳定性和高效性。本文的主要工作和结论如下:
1.通过试验测试了三种温室大棚应用环境内无线电波的传播特性,包括种植青椒的连栋钢架温室、塑料大棚间和种植西红柿的塑料大棚。建立了温室大棚应用环境中无线电波的功率衰减的对数路径衰减模型;并指出在种植作物的温室内,作物对2.4GHz无线电波的传播影响较显著,在其内部署无线传感器网络时,节点应该布置作物冠层及以上位置;对于连片单栋塑料大棚,塑料的透射损耗会加速无线电波的衰减速率。
2.建立了基于事件驱动的温室数据预处理模型。通过试验分析了基于事件驱动的数据阈值处理技术对减少数据传输量的有效性;结果表明,阈值的大小决定了数据精确度的高低和数据传输次数的多少,阈值越小,其数据精度越高,相对数据传输次数越大;综合考虑数据传输次数与数据精度之间的关系,试验最优阈值为0.5。
3.建立了基于支持度函数的数据融合模型。分析了支持度函数参数对于汇聚数据融合效果的影响;结果表明,对于K=1,β分别取0.5、1和1.5都能得到的较稳定的数据融合值,且彼此之间的差异较小。利用灰色关联分析中的优势分析方法得出温室数据融合准优β=0.5,此时融合数据与原始数据之间的绝对关联度和最大。
4.利用所建立的无线电波衰减模型和数据节能传输策略构建了温室无线传感器网络环境监测系统。在TIZigBee协议栈的基础上,开发了数据读取、数据预处理和数据融合等下位机子程序,利用VB6.0开发了无线传感器网络温室温湿度监测软件。通过试验分析了系统的丢包率、预处理节点的数据发送次数和温湿度数据融合效果,验证了系统的稳定性和节能效果,达到了预期目标。