农田土壤信息无线传感器网络与数据融合算法研究

摘要

无线传感器网络(WSN)是近年来迅速发展和倍受重视的新型网络技术，由于其实用性、可扩展性，在学术界和工农业领域都受到高度关注。本文对农田土壤信息无线传感器网络与数据融合算法进行了研究。主要研究内容如下：
　　 ⑴硬件部分：对无线传感器网络硬件平台进行初步设计和调试，包括传感器节点的处理模块、存储模块、无线传输模块及汇聚节点串行接口模块。
　　 ⑵软件部分：开发了无线通信模块的驱动程序；并针对无线传感器网络无线通信协议的设计要求和农田的环境特点，设计了一套适用农田土壤信息采集的无线通信路由协议:利用LEACH算法对农田土壤信息采集的大量传感器节点进行分簇，簇头节点沿最优路径(最小跳数路由)向汇聚节点逐步转发融合结果。
　　 ⑶数据融合：在无线通信协议基础上，进一步将分簇层次结构与神经网络的层次结构相结合，设计了一种基于分簇路由协议的数据融合算法(NNDF算法):利用分簇路由协议将布撒的所有传感器节点分簇，每个簇抽象为一个三层感知器神经网络模型，利用神经元处理函数对簇头和其簇成员节点采集到的农田土壤信息进行融合处理，只把最后融合结果发送给汇聚节点。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文结构和主要研究内容

第二章 农田土壤信息采集系统设计

2.1 系统描述

2.2 传感器节点结构

2.2.1 处理模块

2.2.2 存储模块

2.2.3 无线传输模块

2.3 汇聚节点结构

2.4 无线通信模块的驱动程序开发

2.5 通信协议设计

2.5.1 设计通信协议的考虑因素

2.5.2 基于LEACH的分簇路由协议

2.5.3 数据包

2.6 本章小结

第三章 多传感器数据融合

3.1 基本原理

3.2 多传感器数据融合作用

3.3 多传感器数据融合分类

3.4 基于路由协议的数据融合

3.4.1 技术特点

3.4.2 设计要求

3.4 本章小结

第四章 基于分簇路由协议的数据融合算法

4.1 问题的描述和分析

4.1.1 问题的描述

4.1.2 问题的分析

4.2 多层网络模型

4.3 NNDF算法

4.3.1 簇成员节点处理函数

4.3.2 簇头节点处理函数

4.4 NNDF算法效率分析

4.4.1 簇成员节点

4.4.2 簇头节点

4.4.3 农田土壤信息融合效率

4.4.4 方法对比

4.5 试验测试

4.5.1 试验测试环境及测试指标

4.5.2 不同网络规模下NNDF算法的效率

4.5.3 主要参数对NNDF算法的影响

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 论文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录