[发明专利]一种基于RPL协议的农田墒情监测系统无线传感网节点节约功耗的改进方法

说明书

本发明公开了一种基于RPL协议的农田墒情监测系统无线传感网节点节约功耗的改进算法，包括步骤：a.判断节点传输是否正常，若传输正常则执行b，若传输不正常则执行d；b.节点的相邻两次数据串传输之间由传输间隔I控制，如果传输正常则设置下次传输间隔I为当前传输间隔I值的2倍，若I的值到达最大间隔I_max；若在正常传输时出现异常则设置传输间隔I为最小间隔I_min，并执行c；c.节点首先以最小间隔I_min发送C_value个数据，如果发现节点传输正常，则执行b，否则执行d；d.节点随后的第m次数据串传输和第m+1次数据串传输之间以I(m)的间隔进行；e.若在d中发送处于正常模式，则执行b，否则执行d。本发明能够降低系统中节点的发送频率，降低节点功耗，提高使用效率。

技术领域

本发明属于农业监测技术领域，具体涉及农田墒情监测系统无线传感网节点功耗的控制改进算法。

背景技术

农田墒情监测系统无线传感网络具有如下特点：(1)规模大，由于农田面积广大，需要的传感器节点可能达到成百上千个。(2)间距大，相邻节点距离通常达到50—100m以上，节点密度小。(3)为降低成本，冗余部署少。(4)拓扑结构稳定，大多以网格状矩阵结构部署，采用星型或链式结构，单跳或多跳传输。部署后节点通常不用移动或增减。(5)周期性主动采集数据农田传感器网络不需要高度实时性地采集数据，但要求有长期寿命，尤其是在长期无人看管的情况下，要求节点有较长的工作时间。

RPL协议设计的目的是专门用于解决低功耗和有损耗网络所特有的传输速率低、处理能力和能量存储有限，以及网络整体通信可靠性低、链路已丢失等问题，非常适用于农田墒情监测传感网络的构建。但是，根据实践以及查阅相关资料发现，在室外无线网络布置环境，尤其是在类似农田山区等长期无人看管环境下使用RPL协议进行路由管理网络，节点寿命往往达不到预期指标，与理论研究不符。

目前RPL协议应用于农田墒情监测系统的问题主要是功耗浪费问题。而当前RPL路由协议主要使用控制发送频率的算法为涓流算法，其基本原理为当无线传感网节点间DIO报文传输一致时加大节点间的传输间隔，以此节约传输功耗；若无线传感网节点间DIO报文传输出现异常，则使传输间隔设为最快频率，重新寻找最优节点，构建拓扑网络。但根据实验发现，当无线传感网中节点处于正常模式，则节点间减少传输次数，节约能耗。若网络中出现异常，则节点将频繁的发送信息，以重新组建网络。如果节点间长期处于正常模式，则节点间传输次数则会以2^x指数形式递减，若突然出现异常，则无法立刻发现并采取措施，将会导致相关节点丢失或父子节点关系混乱等问题。另一方面，若节点间出现异常(如重构网络)，则节点间将长时间频繁的发送信息，导致节点能耗过大，不利于节点的长期使用。针对此现象，本发明对监测系统中的每个节点传输间隔进行重新设置，采用新型的间断更新算法，对网络中的正常以及异常模式节点的传输间隔进行优化，降低节点的传输频率，提高功耗使用效率。在不影响算法复杂性的前提下，降低农田墒情监测系统中节点的发送频率，提高使用效率为目标。

发明内容

为了降低农田墒情监测系统无线传感网节点的传输频率、提高无线传感网节点功耗的使用效率，本发明提出了一种针对现有Trickle算法缺陷的改进算法，采用的技术方案为：

一种基于RPL协议的农田墒情监测系统无线传感网节点节约功耗的改进算法，包括如下步骤：

a.判断无线传感网节点传输是否正常，若传输正常则执行b，若传输不正常则执行c；

b.在正常处理模式中，无线传感网节点的相邻两次数据串传输之间由传输间隔I控制，如果传输正常则设置下次传输间隔I为当前传输间隔I值的2倍，若I的值到达最大间隔I_max，则保持I值为I_max不变；若在正常传输时出现异常则设置传输间隔I为最小间隔I_min，并执行c，否则执行b；