现代精细农业应用研究论文提纲

论文题目：精细农业无线传感器网络分簇式路由算法研究

摘要：无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）作为21世纪最重要技术之一,以其广阔的发展前景和巨大的经济价值,从刚开始出现,就在世界范围内掀起了研究浪潮。精细农业与信息化有着紧密的联系,要达到可持续发展的目标,需要积极利用现代科技的发展成果,应用WSN等新技术来减少对单位面积农田的经营成本,合理控制化肥使用量,改善土壤质量,减少环境污染,节约水资源。在精细农业应用方面,WSN有着独特的技术优势:可远程监测土壤水分、空气温湿度变化、光照强度等数据,来获得农作物的最佳生长环境。WSN应用于精细农业信息获取与管理已成为一种趋势和必然。本文的主要目标就是在精细农业这一应用环境中,在保证无线传感器网络能正常运行的前提下,通过负载均衡成簇算法,最大限度地减少和均衡所有传感器节点的能量损耗,尽量延长WSN的整体生存时间。首先,介绍了论文的研究背景,对目前国内外精细农业和无线传感器网络的现状、发展趋势以及现阶段精细农业无线传感器网络所面临的挑战进行了简要分析;阐述了WSN的体系结构和整体构建、传感器节点的组成、并总结了WSN的特点;介绍WSN网络层路由算法的几种典型算法,分析其基本实现方法、优缺点,并指出其应用范围,并重点分析分布式能量有效分簇算法（Distributed Energy-Efficient Clustering algorithm,DEEC）的具体实现过程,针对DEEC的缺点以及实际应用对其进行改进。其次,针对WSN在大规模农业种植监测领域中所面临的监测面积大、监测时间长、低功耗要求、地势复杂以及作物多样等问题,本文在DEEC算法的基础上进行创新,研究一种基于等边三角形节点部署的负载均衡成簇算法（Equilateral Triangle Load Balancing-DEEC,ETLB-DEEC）,分析等边三角形与正四边形网格节点部署方式,在保障网络监测区域连通性的前提下,最后采用更适合农业监测的等边三角形网格节点部署方式来无缝覆盖整个监测区域面积;利用网络分区,将网络均分成几部分,使簇首的分布更加均匀,均衡网络内的能耗,并提出“孤儿节点”和“收容节点”的概念,能有效延长网络中第一个死亡节点出现的时间;在此基础上,设计一种面向基站最短路径簇间多跳寻优机制,可找寻多条最短路径。为验证本文算法在大规模监测区域面积应用中也有较好的性能,在MATLAB仿真环境下,进行了两种不同规模的四组仿真,仿真结果表明,改进的算法具备高效节省传感器节点数、降低网络成本、实现全局网络负载均衡,提高网络能量利用率和整个无线传感器网络的使用效率等功能和特点,并且当监测区域面积变大时,算法的优势更加明显。

关键词：异构无线传感器网络;负载均衡成簇算法;等边三角形节点部署;精细农业;农田监测

学科专业：仪器科学与技术

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 问题的提出

1.1.2 精细农业无线传感器网络研究目的与意义

1.2 精细农业无线传感器网络应用现状

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.3 无线传感器网络路由算法

1.4 精细农业无线传感器网络存在的问题

1.5 本文主要研究内容

1.6 本文主要结构

第2章 无线传感器网络结构体系研究

2.1 无线传感器网络的体系结构

2.1.1 无线传感器网络的整体构架

2.1.2 无线传感器节点的组成

2.1.3 无线传感器网络的特点

2.2 无线传感器网络协议栈

2.2.1 无线传感器网络协议栈的组成

2.2.2 IEEE802.15.4协议

2.3 无线传感器网络分簇式路由算法

2.3.1 LEACH算法

2.3.2 LEACH-M算法

2.3.3 HEED算法

2.3.4 PEGASIS算法

2.3.5 DEEC算法

2.4 本章小结

第3章 精细农业无线传感器网络系统与节点部署

3.1 无线传感器网络覆盖控制

3.1.1 WSN覆盖问题研究

3.1.2 传感器节点感知模型

3.1.3 无线传感器节点的状态转换

3.2 无线传感器网络网格划分

3.2.1 同构网络和异构网络

3.2.2 无线传感器网络区域等边三角形网格划分

3.2.3 正四边形网格划分

3.3 本章小结

第4章 基于ETLB-DEEC精细农业WSN分簇路由算法

4.1 ETLB-DEEC算法的概要分析

4.1.1 问题的提出

4.1.2 异构网络模型

4.1.3 无线传输能量模型

4.1.4 DEEC算法分析

4.2 基于DEEC的等边三角形节点部署的负载均衡成簇算法

4.2.1 ETLB-DEEC算法的改进思路

4.2.2 异构等边三角形网格划分

4.2.3 簇的建立阶段

4.2.4 “孤儿节点”和“收容节点”

4.2.5 面向基站最短路径簇间多跳寻优机制

4.3 本章小结

第5章 精细农业WSN路由算法仿真结果分析

5.1 仿真参数设置

5.2 仿真结果与分析

5.2.1 三种算法网络生命周期比较

5.2.2 三种算法网络能耗的比较

5.2.3 三种算法网络吞吐量的比较

5.3 本章总结

结论

参考文献

致谢