發(fā)布時間：2018-05-12 12:06

  本文選題：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) + 能量消耗模型　； 參考：《東華大學》2016年博士論文

【摘要】：我國是農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)一直是國民經(jīng)濟的命脈。在當前經(jīng)濟進入新常態(tài)的背景下,農(nóng)業(yè)農(nóng)村面臨諸多新挑戰(zhàn),如農(nóng)產(chǎn)品國際國內(nèi)價格倒掛、農(nóng)業(yè)資源短缺、生產(chǎn)效益低下、生態(tài)環(huán)境約束、農(nóng)村老齡化問題凸顯等。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是以信息感知設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)和智能信息處理技術(shù)應(yīng)用為核心,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)科學化管理,達到合理使用農(nóng)業(yè)資源、改善生態(tài)環(huán)境、降低生產(chǎn)成本、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的目的[1]。目前,亟需通過發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益、節(jié)約資源。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復雜、條件惡劣,對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器的準確感知、可靠穩(wěn)定傳輸和低功耗等性能提出了更高的要求。本論文主要研究農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芩惴?針對可充電傳感器節(jié)點的不同能量效率和有限的電池容量,提出一種新的分簇路由協(xié)議,同時,為了解決可充電傳感網(wǎng)容錯路由修復并保持容錯路由的質(zhì)量,提出了一種新的路由策略,從而達到降低能耗、提升鏈路容錯性的目的。設(shè)計了大田物聯(lián)網(wǎng)示意圖及農(nóng)業(yè)大田物聯(lián)網(wǎng)體系框架圖,研究了基于大田物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的智能灌溉農(nóng)作物需水量智能預測及水資源的高效分配優(yōu)化。本論文主要工作如下:(1)簡要說明了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的研究背景和論文的研究意義,闡述了當下農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況,分析了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息采集與傳輸面臨的瓶頸問題以及常用的智能算法。(2)對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的通用體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)體系模型的最新進展,在此基礎(chǔ)上初步建立了適合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的通用體系架構(gòu)模型,并闡述了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù),為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的深入應(yīng)用與發(fā)展提供參考依據(jù)。(3)針對可充電無線傳感網(wǎng)(EH-WSNs)中節(jié)點之間不穩(wěn)定、不平均的能量獲取情況,通過分析EH-WSNs的網(wǎng)絡(luò)模型和節(jié)點能耗模型,提出了一種新的分簇路由算法--CREW。CREW將整個EH-WSNs分成多個不均勻的簇,遠離Sink節(jié)點的簇的要比靠近Sink節(jié)點的簇大,這樣靠近Sink節(jié)點的簇,就可以節(jié)省相應(yīng)的能量用于數(shù)據(jù)的中繼傳輸。此外,還對簇首的選擇機制進行了相應(yīng)的改進優(yōu)化,主要是考慮了節(jié)點的剩余能量和其充電效率,包括能量獲取效率和能量消耗效率。同時針對簇首的數(shù)據(jù)傳輸策略,提出了一種自適應(yīng)簇首間數(shù)據(jù)傳輸機制。仿真實驗結(jié)果也驗證了所提出算法的有效性。(4)為了解決EH-WSNs中的容錯路由修復并保持容錯路由的質(zhì)量,受免疫系統(tǒng)工作機制的啟發(fā),發(fā)現(xiàn)EH-WSNs中的容錯路由修復與免疫系統(tǒng)在多個方面存在相似性,提出了免疫系統(tǒng)啟發(fā)的路由修復算法(ISRRA)。在ISRRA中,為了克服克隆選擇算法中抗體種群缺少多樣性和早熟的現(xiàn)象,基于內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素調(diào)節(jié)機制,對克隆選擇算法中的克隆和變異機制進行了改進。此外,通過記憶模塊,ISRRA能夠為EH-WSNs中重復出現(xiàn)的相同路由故障提供較快的修復策略。同時,備份路由也在修復過程中進行更新以保持路由的質(zhì)量。ISRRA能夠有效地提供故障路由的修復策略,特別適合于EH-WSNs中相同故障路由多次出現(xiàn)的情況。(5)結(jié)合上海農(nóng)業(yè)特色和地域特點,建立了大田物聯(lián)網(wǎng)示意圖及體系框架圖等,實現(xiàn)面向大田作物生長發(fā)育監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。依托基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的集成檢測系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù),研究了基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉優(yōu)化算法,對大田實施智能灌溉的作物需水量智能預測及水資源的高效分配優(yōu)化,實現(xiàn)了基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全流程農(nóng)作物生長監(jiān)測及智能控制優(yōu)化。論文最后對全文的研究工作進行了總結(jié),并對下一步的目標和研究方向進行了討論和展望。
[Abstract]:China is a big agricultural country and agriculture has always been the lifeblood of the national economy. Under the background of the current economy entering a new normal state, agricultural and rural areas are facing many new challenges, such as the upside down of the price of agricultural products, the shortage of agricultural resources, the low production efficiency, the restriction of the ecological environment, the problem of the old age in the countryside and so on. The agricultural IOT is based on information perception. Preparation, communication network and intelligent information processing technology are used as the core to realize the scientific management of agriculture, achieve the rational use of agricultural resources, improve the ecological environment, reduce production costs, improve the production and quality of agricultural products, [1]. at present, it is urgent to improve agricultural production efficiency and save resources by Developing Agricultural Internet of things technology. The production environment is complex and the conditions are bad. It puts forward higher requirements for the accurate perception of the sensor of the IOT sensor, the reliable and stable transmission and low power consumption. This paper mainly studies the intelligent algorithm of data transmission in the Agricultural Internet of things, and proposes a new kind of new method for the different energy efficiency and limited battery capacity of the rechargeable sensor nodes. At the same time, in order to solve the fault-tolerant routing repair of the rechargeable sensor network and maintain the quality of fault tolerant routing, a new routing strategy is proposed to reduce energy consumption and improve the dislocation of the chain. A schematic diagram of the Internet of things and the framework of the agricultural field of things network system are designed. Intelligent prediction of crop water demand and optimal allocation of water resources by intelligent irrigation. The main work of this paper is as follows: (1) the research background and research significance of the Agricultural Internet of things are briefly explained, the present status and application of the research on agricultural IOT technology at home and abroad are expounded, and the information mining of the Agricultural Internet of things is analyzed. The bottleneck of collection and transmission and the common intelligent algorithms are discussed. (2) the general architecture and key technologies of the IOT are studied. The latest progress of the Internet of things model is summarized. On this basis, a general framework model suitable for the Internet of things is established, and the key technologies of the Agricultural Internet of things are expounded. It provides a reference for the further application and development of the Agricultural Internet of things. (3) aiming at the instability and unaveraging energy acquisition between nodes in the Rechargeable Wireless Sensor Network (EH-WSNs), a new clustering routing algorithm, --CREW.CREW, is proposed to divide the whole EH-WSNs into multiple ununiformity by analyzing the network model and the energy consumption model of the node. The clusters far away from the Sink node are larger than the clusters near the Sink node. So close to the Sink nodes can save the corresponding energy for data relay transmission. In addition, the selection mechanism of the cluster heads is improved, mainly considering the residual energy of the node and its charging efficiency, including the energy acquisition efficiency. Rate and energy consumption efficiency. At the same time, an adaptive cluster head data transmission mechanism is proposed for cluster head data transmission strategy. The simulation experiment results also verify the effectiveness of the proposed algorithm. (4) in order to solve the fault-tolerant routing repair in EH-WSNs and maintain the quality of fault-tolerant routing, inspired by the immune system work mechanism, we find EH-W The fault tolerant routing repair in SNs is similar to the immune system in many aspects. The routing repair algorithm inspired by the immune system (ISRRA) is proposed. In order to overcome the phenomenon that the antibody population is short of diversity and precocious in the clonal selection algorithm, the clone selection algorithm based on the hormone regulation mechanism of the endocrine system and the clone selection algorithm in ISRRA. The mutation mechanism is improved. In addition, through the memory module, ISRRA can provide a faster repair strategy for the same routing faults repeated in the EH-WSNs. Meanwhile, the backup route is also updated during the repair process to maintain the routing quality.ISRRA effectively providing the repair strategy for the fault routing, especially suitable for the EH-WSNs medium phase. 5. (5) in combination with the agricultural and regional characteristics of agriculture, a schematic map of the Internet of things and the framework of the system are established to realize the application of the field crop growth and development monitoring system. Based on the data obtained from the integrated detection system based on the Agricultural Internet of things, the intelligent irrigation based on the Agricultural Internet of things is studied. The intelligent prediction of crop water demand and the optimization of the efficient allocation of water resources are carried out in the field of intelligent irrigation. The whole process of crop growth monitoring and intelligent control optimization based on the technology of Agricultural Internet of things is realized. Finally, the research work of the full text is summarized, and the target and research direction of the next step are also carried out. Discussion and prospect.

【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S126;TP391.44;TN929.5

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本文編號：1878553