基于发射功率自适应的稻田无线传感器网络节点设计-IngentaConnect.PDF

第 30 卷 第 7 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.7 140 2014 年 4 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Apr. 2014 ·农业信息与电气技术· 基于发射功率自适应的稻田无线传感器网络节点设计 ※ 李小敏，臧 英 ，罗锡文，王在满，胡 炼，李 腾，刘永鑫 （1. 华南农业大学工程学院，广州 510642 ； 2. 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州 510642 ） 摘 要：针对水稻生长过程环境因素变化较大以及传感器节点的能量大部分被无线射频阶段所消耗，设计了发射 功率自适应的无线传感器节点，建立了长时间、稳定、高可靠性的稻田无线传感器网络。试验测试了水稻的株高、 叶面积与生长天数的关系以及对无线信道的影响，结果表明水稻株高和叶面积的增加会降低无线信号强度和通信 成功率；通过增大发射功率可以提高通信质量克服由于水稻生长因数对无线信道的影响。在软件设计方面，传感 器节点采用睡眠、苏醒工作机制来降低功耗。同时为了延长工作时间、提高通信质量，提出了根据水稻生长周期、 通信距离、接收信号强度、平均丢包率等因素自动调整节点发射功率的能量自适应功耗调整机制。田间试验结果 表明，水稻田节点发射功率越大，有效通信距离越远，且水稻的密度和高度等对通信有重要的影响；节点发射功 率在 5 dBm 以下时，发射功率的改变对节点工作电流影响较小，节点工作电流均小于40 mA ；采用该机制对发射 功率进行调整，增大节点发射功率可使通信成功率有大幅的提升；降低节点发射功率仍然保持良好的通信效果。 水稻分蘖和抽穗 2 个生长时期的田间试验结果表明，采用发射功率自适应策略，提高了通信质量，平均丢包率在 5% 以下，通信成功率大于97%，达到了预期设计目的。 关键词：无线传感器网络；设计；试验；发射功率；功率自适应；水稻 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.07.016 中图分类号：S126 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-07-0140-07 李小敏，臧 英，罗锡文，等. 基于发射功率自适应的稻田无线传感器网络节点设计[J]. 农业工程学报，2014， 30(7)：140－146. Li Xiaomin, Zang Ying, Luo Xiwen, et al. Design of WSN node with adaptive transmitting power for rice field[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(7): 140 －146. (in Chinese with English abstract) 了一种满足稻田水分采样频率和数据业务需求的 0 引 言 低功耗传输控制协议；开发了水分信息监测信息管 无线传感器网络（wireless sensor networks ， 理系统，实现了完整运行的稻田水分传感器网络整 WSN ）作为一种新型的信息采集技术，延伸到了人 套系统。刘卉等[13] 以 JN5125 无线微处理器模块为 们日常生活的周围[1-5] 。无线传感器网络凭借自身的