复杂环境下农田物联网移动信标节点路径规划新机制与算法研究

以实施精准农业农田信息采集为背景，对物联网无线传感器节点移动信标节点路径规划进行研究。针对传感节点非均匀布设且存在通信障碍，致使网络覆盖率低、定位精度差和部分节点不能定位的问题，重点研究构建一种复杂环境下物联网移动信标节点定位新机制。本研究综合考虑节点定位精度和能量开销，揭示静态、动态网络拓扑结构下信标节点最优移动路径，使定位效果对网络拓扑结构变化具有较好的鲁棒性；通过研究无线信道损耗模型，导出通信障碍下节点定位模型，建立通信障碍情况下移动信标节点最优移动路径模型，实现定位算法对环境噪声变化具有较强的适应能力的目标；最后，将移动Agent技术与定位算法相结合，综合考虑节点性能，探索一种适用于复杂环境下无线传感器网络移动信标节点定位算法。本研究通过计算机仿真并结合移动信标定位实验平台建立完整的测试，形成优化算法，为应用传感器网络对农田信息监测提供理论与实践基础。

本研究以实施精准农业农田信息采集为背景，对农田物联网无线传感器节点移动信标路径规划进行研究。针对传感节点非均匀布设且存在通信障碍，致使网络覆盖率低、定位精度差和部分节点不能定位的问题，重点研究构建一种复杂环境下物联网移动信标节点定位新机制。首先，综合考虑节点定位精度和能量开销，揭示静态、动态网络拓扑结构下信标节点最优移动路径，使定位效果对网络拓扑结构变化具有较好的鲁棒性：针对静态网络拓扑结构，将图论引入无线网络节点定位系统，路径规划问题转化为图的生成树及遍历问题；针对动态网络拓扑结构，提出将信标节点向最大覆盖未知节点方向移动的路径规划方法。其次，提出了复杂条件下无线信道损耗模型未知环境的粒子群优化定位策略：将无线信道损耗模型选择对数常态分布模型，然后无线信道损耗模型与距离关系式联合确定节点定位模型，将节点定位问题抽象为目标函数的非线性约束优化问题，然后将目标函数作为粒子群优化定位算法中的适应性函数，对适应性函数未知参数进行最小二乘估计优化处理，根据位置及信道衰减范围将适应性函数变为有条件约束问题，采用外点法构建罚函数转换为无约束优化适应性函数，建立通信障碍情况下移动信标节点移动路径模型，实现定位算法对环境噪声变化具有较强的适应能力的目标。同时，本研究提出了一种基于完全遍历路径的移动信标定位机制，为提高定位精度采用迭代算法和建立距离权值函数等，该方法应用移动信标模型，具有定位效果好、移动路径短、网络通讯能耗低等特点。另外，针对农田物联网无线传感网络节点自定位算法进行了研究，提出了一种非计量多维目标定位算法和分布式非计量多维目标定位算法，探索了一种适用于复杂环境下无线传感器网络移动信标节点定位算法，该算法满足自组织性、能量高效、分布式计算等要求。最后，建议了一种农田信息传感网络基于固定信标与移动信标的复合信标节点定位方案。