CN107205254A - 紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法及系统，所述方法包括：根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型确定监测区域的网格划分；所述移动sink节点按预设路径和移动速度遍历所述网格化目标区域，所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传。本发明具有如下有益效果：1、将目标区域进行网络子区域划分，以提高概率信道模型下的数据收集效率；2、综合考虑转发能耗、中转节点剩余能量、信道模型等因素，提高中转节点的转发效率；3、通过概率信道模型进行子区域与时间片划分、针对干扰节点的数据缓存与中继转发等方面实现面向紧时延约束条件下的信息获取。

Description

紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法及系统
技术领域
本发明涉及数据信息采集技术领域，更具体地，涉及一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法及系统。
背景技术
农田又称为耕地，在地理学上是指可以用来种植农作物的土地。在精准农田无线传感器网络监测应用中，作物环境生长变化引进的信道环境复杂多变，无线信号易受很多复杂因素的影响，造成网络拓扑动态变化，进而导致路由策略效率不高，数据传输有效信息低等问题。另一方面农田环境监测无线传感器网络应用是一个典型的静态网络，由于网络规模大、节点分布不均等特点，部分区域的监测节点形成“监测孤岛”，在静态网络条件下，若要满足孤岛节点的连通性，则需要增加大量中继节点，在前期投入和后续维护上都增加了大量开销。此外，静态网络数据流向固定，从感知节点经路由节点到达汇聚节点，因此汇聚节点周边的节点需要承担大量的数据转发任务，造成大量能量消耗而形成能耗热点，为避免此部分节点过快耗尽死亡，需要增大额外的节点数量以分散数据转发任务，同样增加了网络的整体开销。
相比传统农田静态无线传感器网络，通过引入移动Sink节点(指无线传感器网络汇聚结点，主要负责传感器网与外网(eg，gprs、internet等)的连接，可看作网关节点)，mWSNs(mobile sink wireless sensor networks，移动网关节点无线传感器网络)在能量的高效使用、网络生存周期、网络连通性以及网络负载均衡等方面有着明显的优势。而在根据移动sink的无线传感器网络应用中，根据实际应用场景不同，可以选择汇聚节点作为移动节点，也可以选择路由节点，面临的挑战主要是移动节点最小时延路径问题，在网络能耗和最小时延寻求平衡。
在现有无线传感器网络移动sink数据收集研究中，考虑的对象主要为移动sink的路径规划与网络节点接入的路由选择问题，考虑的优化指标也不尽相同，一般多以RP(Rendezvous Point，交会节点)的传输时延、全局传输时延、节点平均能耗以及移动sink节点对RP集节点的最优遍历等作为优化目标。但并未充分考虑到农田无线传感器网络通信环境的复杂多变性，使得节点间链路存在干扰，从而造成子网络分割的不确定性，RP集对网络节点无法完全覆盖，形成孤岛节点。从而对移动sink节点的路径选择形成干扰。现有技术没有考虑根据RP集的网络分割的不确定性，因此难以较好的实现在农田复杂环境下的RP节点集的选取。另一方面，部分现有技术在研究移动sink路径规划问题时，一般将问题归结为旅行商问题，只考虑是否经过某点，未考虑sink节点的实际移动中与RP节点的通信时间约束问题。在现有技术中一般认为节点感知区域为确定的圆形区域，可对移动sink的经过与通信时间实现准确预测，从而通过路径规划保证移动sink节点与普通节点的通信时间。但在农田环境下由于多径效应的存在，节点感知半径的不规则性，呈现出一种边缘概率感知的情形，当移动sink节点从某节点感知半径边缘附件经过时，其与节点间的有效通信时间难以确定，可能出现当移动sink经过对应节点通信范围，但未能或没有足够时间实现有效数据通信，从而对网络数据传输形成干扰。所以现有技术无法解决由于节点感知区域不规则造成的数据链路与时延的干扰作用，并不适用于农田多径信道环境。
发明内容
本发明为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，提供一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法。
根据本发明的一个方面，提供一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，包括：
步骤1，根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型对所述目标监测区域进行网格化分割；
步骤2，根据移动sink节点的移动速度，以及所述网格划分结果，确定所述移动sink数据收集的时延约束；
步骤3，所述移动sink节点按预设路径和所述移动sink节点的移动速度遍历所述网格化目标区域，所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传。
进一步，所述步骤1进一步包括：
根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型，将所述目标区域划分为长mDa宽nDa的矩形区域，所述目标区域包含n×m个边长为Da的正方形子区域，其中n＞0，m＞0；
子区域划分后，若监测区域边缘出现不满足正方形条件的区域，将所述区域补齐为边长为Da的正方形。
进一步，所述步骤3进一步包括：
为所述移动sink节点设定遍历目标区域的预设路径，所述移动sink节点在目标区域中作均速直线运动，其速度由搭载其的农机装备决定；
根据所述移动sink节点的预设路径和所述移动sink节点的移动速度，计算所述移动sink节点在各子区域的遍历时间；根据所述移动sink节点在各子区域的遍历时间，为所述各子区域中各感知节点分配数据上传时间片；
所述子区域Nmn的时间片起始时间TBmn计算如下，其中tt为从N1n到N2n的转向时间：
则子区域Nmn的时间片的结束时间TEmn计算如下：
进一步，所述步骤2和步骤3中所述移动sink节点的预设路径和所述移动sink节点的移动速度进一步包括：
各子区域编号为N11、N12、……N1n；N21、N22、……N2n；……；Nm1、Nm2、……Nmn，则子区域共有m*n个；
所述移动sink节点按以下规则中的一种遍历所述网格化目标区域：
N11->…->N1n->N2n->…->N21->……；
N1n->…->N11->N21->…->N2n->……；
N11->…->Nm1->Nm2->…->N12->……；
Nm1->…->N11->N12->…->Nm2->……。
进一步，所述步骤3中所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传的步骤进一步包括：
所述目标区域中各子区域的感知节点根据所述各感知节点的数据上传时间片唤醒，与所述移动sink节点建立连接关系并进行数据上传。
进一步，所述Da通过以下步骤确定：
根据所述移动sink节点和所述感知节点模型的功率放大能量系数，获得所述移动sink节点和所述感知节点的通信距离阈值dcrossover：
其中εf和εm分别为所述移动sink节点和所述感知节点模型的功率放大能量系数；
在确保所述移动sink节点遍历经过任一子区域时该区域内的感知节点均可通过一跳向所述移动sink节点上传数据的前提下，根据所述dcrossover确定所述Da的值：
进一步，所述步骤3中所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传的步骤进一步包括：
以各子区域垂直于所述移动sink节点运动方法的中心线为界，将当前子区域划分为A、B个部分；其中A为所述移动sink节点先到达的部分，B为所述移动sink节点后到达的部分；
当TBxy≤T≤TMxy时，所述A区域内的感知节点激活、接入并进行数据上传；
当TMxy≤T≤TExy时，所述B区域内的感知节点激活、接入并进行数据上传；
其中，T为当前时刻，TBxy为当前子区域时间片的起始时刻，TExy为当前子区域时间片的结束时刻，TMxy＝(TBxy+TExy)/2。
进一步，还包括：
将未成功与所述移动sink节点进行数据上传的感知节点Ci放入未完成感知节点集；将未完成感知节点Ci所属子区域Nxy的沿遍历方向垂直方向上的下一行的相邻子区域Nop的数据上传时间片，设置为所述未完成感知节点Ci的数据转发时间片；
所述移动sink节点在进入所述子区域Nop时，确认所述未完成感知节点集内存在所述子区域Nxy内的未完成感知节点Ci；
利用中转节点选取规则获取所述子区域Nop中的中转节点Cj，通过所述Cj完成所述Ci中数据的获取。
进一步，所述中转节点选取规则进一步包括：
根据所述子区域Nop中各感知节点到所述移动sink节点间的距离、所述子区域Nop中各感知节点的剩余能量、信道衰减因子和所述移动sink节点、所述移动sink节点和感知节点的信道模型和各感知节点的信道模型中随机变量部分的期望，计算于所述子区域Nop中各感知节点的中转参数：
其中PTij为中转参数，Erj为节点Cj的剩余能量，n为信道衰减因子，E(X)为信道模型中随机变量部分的期望；
选择所述子区域Nop中中转参数值最高的感知节点作为所述Ci的中转节点Cj。
进一步，还包括：
若有感知节点的数据未上传，则将其数据收集失败最大次数加1；
若有数据收集失败最大次数大于0的感知节点完成了数据收集，则将该感知节点收集失败最大次数复位为0；
若某节感知节点数据收集失败最大次数达到预设值，则在该节点附近增加地面感知节点用以实现数据转发，地面感知节点的位置由预设方法决定，最大次数预设值由节点的数据缓存能力决定；所述增加的地面感知节点位于该节点在地面投影与该区域中心点连线的中点处。
根据本发明另一方面，提供一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，包括：
移动sink节点，部署于农业机械上，农业机械按照正常作业路径在监测区域内进行作业；
地面感知节点，用于辅助网络的连通与数据收集；
地下感知节点，部署于地下的感知节点用于数据感知采集；
监测区域划分模块，用于根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型对所述目标监测区域进行网格化分割；
时延约束确定模块，用于根据移动sink节点的移动速度，以及所述网格划分结果，确定所述移动sink数据收集的时延约束；
节点接入与抗扰控制模块，用于控制所述sink节点按预设路径和所述移动sink节点的移动速度遍历所述网格化目标区域，所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传据。
本申请提出一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法及系统，本发明所述方案具有如下有益效果：1、将目标区域进行网络子区域划分，以提高概率信道模型下的数据收集效率；2、综合考虑转发能耗、中转节点剩余能量、信道模型等因素，提高中转节点的转发效率；3、通过概率信道模型进行子区域与时间片划分、针对干扰节点的数据缓存与中继转发等方面实现面向紧时延约束条件下的信息获取。
附图说明
图1为根据本发明实施例一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法的整体流程示意图；
图2为根据本发明实施例一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法中子区域编号与预设路径的示意图；
图3为根据本发明实施例一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法中移动sink节点通过子区域中A部分的通信半径示意示意图；
图4为根据本发明实施例一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法中移动sink节点通过子区域中B部分的通信半径示意示意图；
图5为根据本发明实施例一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法中选择中转节点的示意图；
图6为根据本发明实施例一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统的整体框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
现有技术中，针对Sink节点移动所带来的时延问题，提出了一种根据最优路径的移动Sink数据收集方案。首先由得到RP节点集合，然后根据这些RP节点求出移动Sink的最佳驻留点集合，最后求出经过驻留点的最短路径。该算法能最大限度的减小时延，延长网络的生命周期。张希伟研究了移动sink节点的路径优化问题。将优化标规约为时延受限下的能耗最小化问题，提出了根据优先级的贪心算法来选择最佳的数据汇集点。此外，根据数据采集的不确定性，提出了一种基访问概率的汇聚节点选择算法。算法在满足数据收集效率的前提下，可有效地缩短移动轨迹，并在规定的时间内达到延长移动路径的目的。孙言强等分析了当前无线传感器网络中存在的干扰攻击测度标准和攻击模型；从干扰攻击的检测、防御以及干扰源定位3个方面对当前具有代表性的研究工作进行了详细的分析和总结，并给出未来可能的研究方向和研究重点。
发明专利“一种移动Sink无线传感器网络的路由恢复方法及其恢复协议”(申请号：CN201110142201.1)提出了一种移动Sink无线传感器网络的路由恢复方法及其恢复协议，当移动Sink的位置发生改变而导致移动Sink无线传感器网络的路径断开时，它将收集当前信息以更新路由图，进行路径编码；采用免疫正交学习粒子群优化算法来选择最优替代路径，进行路由恢复；采用根据该算法的协议来维护该网络系统。该免疫正交学习粒子群优化算法具有全局搜索能力较强、求解精度较好、收敛速度快等特点。提高了此类无线传感器网络的路由维护能力，利用最短的传输路径达到最大的传输成功率，提高网络吞吐量，延长网络生存时间。发明专利“一种根据节点速度可变的WSN机会路由方法”(申请号：201310638018.X)提出了一种了根据节点速度可变的WSN机会路由方法，节点根据移动sink到来时接收到sink发射的信号强度，动态改变自身移动速度，消息转发时按速度梯度定向转发完成从源节点到sink节点的转发任务。该方法仅使用速度作为效用值，因此复杂性较低，而且由于距离sink距离不同的节点速度差距很大，不存在概率转发策略的转发可靠性差的问题。
上述现有技术中从不同角度对根据移动sink节点的无线传感器网络数据传输进行了优化，提高了不同环境下的网络传输性能与效率。但未针对农田复杂环境信号传播、节点能量相关的动态网络分割、sink节点移动造成的紧时延约束等干扰问题，网络构建与数据传输过程并不适用于实际农田复杂环境场景，通信可靠性不高。
本发明提供一种根据移动sink节点的农田信息获取方法及系统，该方法针对现有移动sink路径规划与路由选择算法中仅针对确定规则感知区域节点等问题，结合农田多径环境下的无线信号快衰落特点，在农田环境概率模型的基础上对农田无线传感器网络移动节点通信中的干扰作用进行分析与建模，并提出相应的优化改进方法，实现在农田复杂多径信道环境下的稳定高效移动sink数据采集与传输。
如何在考虑农田多径衰落信道的条件下，实现RP节点集的准确选取与网络区域分割，减少因节点间概率感知问题导致的非预见性孤岛节点或区域，以保证各子网络区域对监测区域的整体覆盖是需要解决的重要问题。进而为移动sink节点路径选择时提供稳定可靠的RP节点集是本发明的目的之一。
另一方面，由于移动sink节点快速掠过RP节点区域，因此移动sink节点需要在RP节点的通信覆盖范围内停留必要的时间以完成数据通信与上传。由于概率感知而造成节点不规则感知覆盖问题，造成移动sink在掠过节点覆盖范围边缘的时间存在不确定性，对数据的完整稳定通信与上传造成干扰。因此，如何建立移动sink节点的时延干扰模型，并对其优化以保证数据的稳定上传与通信也是本发明的目的。
如图1，本发明一个具体实施例中，示出一种农田信息获取方法整体流程示意图。总体上，包括：步骤1，根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型对所述目标监测区域进行网格化分割；步骤2，根据移动sink节点的移动速度，以及所述网格划分结果，确定所述移动sink数据收集的时延约束；步骤3，所述移动sink节点按预设路径和所述移动sink节点的移动速度遍历所述网格化目标区域，所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传。
在本发明上述具体实施例中，所述sink节点在无线传感器网络指汇聚结点，主要负责传感器网与外网(eg,gprs，internet等)的连接，可看作网关节点。上述具体实施例相比于现有技术，步骤1中先根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型对所述目标监测区域进行网格化分割成多个分散的子网络，解决因网络规模过大造成的拓扑复杂以及能耗“漏斗效应”等问题
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，所述步骤1进一步包括：
根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型，将所述目标区域划分为长mDa宽nDa的矩形区域，所述目标区域包含n×m个边长为Da的正方形子区域，其中n＞0，m＞0；
子区域划分后，若监测区域边缘出现不满足正方形条件的区域，将所述区域补齐为边长为Da的正方形。
在本发明上述具体实施例中，由于大规模农田面积大，多采用农机化作业，过高过大的传感器采集节点会对农机作业造成影响。因此本发明实施例方法的特征包括，感知节点部署于地下或地表(如高度小于20厘米)处，以免对农机作业造成影响。移动sink节点部署于农业机械上(拖拉机、收割机、播种机等)，农业机械按照正常作业路径在监测区域内进行作业，部署其上的sink节点随其移动并完成数据收集，此外还包括当单纯地下感知节点难以实现数据收集时增加的少量地面节点。
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，所述步骤3进一步包括：
为所述移动sink节点设定遍历目标区域的预设路径，所述移动sink节点在目标区域中作均速直线运动，其速度由搭载其的农机装备决定；
根据所述移动sink节点的预设路径和所述移动sink节点的移动速度，计算所述移动sink节点在各子区域的遍历时间；根据所述移动sink节点在各子区域的遍历时间，为所述各子区域中各感知节点分配数据上传时间片；
所述子区域Nmn的时间片起始时间TBmn计算如下，其中tt为从N1n到N2n的转向时间：
则子区域Nmn的时间片的结束时间TEmn计算如下：
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，所述步骤2和步骤3中所述移动sink节点的预设路径和所述移动sink节点的移动速度进一步包括：
各子区域编号为N11、N12、……N1n；N21、N22、……N2n；……；Nm1、Nm2、……Nmn，则子区域共有m*n个；
所述移动sink节点按以下规则中的一种遍历所述网格化目标区域：
N11->…->N1n->N2n->…->N21->……；
N1n->…->N11->N21->…->N2n->……；
N11->…->Nm1->Nm2->…->N12->……；
Nm1->…->N11->N12->…->Nm2->……。
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，所述步骤3中所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传的步骤进一步包括：
所述目标区域中各子区域的感知节点根据所述各感知节点的数据上传时间片唤醒，与所述移动sink节点建立连接关系并进行数据上传。
上述本发明具体实施例起到了减少感知节点能耗的有益效果。
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，所述Da通过以下步骤确定：
根据所述移动sink节点和所述感知节点模型的功率放大能量系数，获得所述移动sink节点和所述感知节点的通信距离阈值dcrossover：
其中εf和εm分别为所述移动sink节点和所述感知节点模型的功率放大能量系数；
在确保所述移动sink节点遍历经过任一子区域时该区域内的感知节点均可通过一跳向所述移动sink节点上传数据的前提下，根据所述dcrossover确定所述Da的值：
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，所述步骤3中所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传的步骤进一步包括：
以各子区域垂直于所述移动sink节点运动方法的中心线为界，将当前子区域划分为A、B个部分；其中A为所述移动sink节点先到达的部分，B为所述移动sink节点后到达的部分；
当TBxy≤T≤TMxy时，所述A区域内的感知节点激活、接入并进行数据上传；
当TMxy≤T≤TExy时，所述B区域内的感知节点激活、接入并进行数据上传；
其中，T为当前时刻，TBxy为当前子区域时间片的起始时刻，TExy为当前子区域时间片的结束时刻，TMxy＝(TBxy+TExy)/2。
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，还包括：
将未成功与所述移动sink节点进行数据上传的感知节点Ci放入未完成感知节点集；将未完成感知节点Ci所属子区域Nxy的沿遍历方向垂直方向上的下一行的相邻子区域Nop的数据上传时间片，设置为所述未完成感知节点Ci的数据转发时间片；
所述移动sink节点在进入所述子区域Nop时，确认所述未完成感知节点集内存在所述子区域Nxy内的未完成感知节点Ci；
利用中转节点选取规则获取所述子区域Nop中的中转节点Cj，通过所述Cj完成所述Ci中数据的获取。
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，所述中转节点选取规则进一步包括：
根据所述子区域Nop中各感知节点到所述移动sink节点间的距离、所述子区域Nop中各感知节点的剩余能量、信道衰减因子和所述移动sink节点、所述移动sink节点和感知节点的信道模型和各感知节点的信道模型中随机变量部分的期望，计算于所述子区域Nop中各感知节点的中转参数：
其中PTij为中转参数，Erj为节点Cj的剩余能量，n为信道衰减因子，E(X)为信道模型中随机变量部分的期望；
选择所述子区域Nop中中转参数值最高的感知节点作为所述Ci的中转节点Cj。
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，还包括：
若有感知节点的数据未上传，则将其数据收集失败最大次数加1；
若有数据收集失败最大次数大于0的感知节点完成了数据收集，则将该感知节点收集失败最大次数复位为0；
若某节感知节点数据收集失败最大次数达到预设值，则在该节点附近增加地面感知节点用以实现数据转发，地面感知节点的位置由预设方法决定，最大次数预设值由节点的数据缓存能力决定；所述增加的地面感知节点位于该节点在地面投影与该区域中心点连线的中点处。
在本发明另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，所述方法详细包括以下步骤。
针对现有农田无线传感器网络规模大、多径信道快衰落导致网络拓扑动态变化等问题，本发明提出一种农田无线传感器网络移动节点干扰模型与优化方法。一方面引入移动sink节点，将大规模农田网络分割成多个分散的子网络，解决因网络规模过大造成的拓扑复杂以及能耗“漏斗效应”等问题；考虑农田环境无线信号多径传播等效应，实现中继节点集的准确选取与网络区域分割；另一方面，针对移动sink节点在经过中继节点通信范围的紧时间约束问题，结合节点概率感知问题，建立移动sink节点的时延干扰模型，提出相应优化方法以保证数据的稳定通信，具体方法如下。
由于大规模农田面积大，多采用农机化作业，过高过大的传感器采集节点会对农机作业造成影响。因此本发明实施例方法的特征包括，感知节点部署于地下或地表(如高度小于20厘米)处，以免对农机作业造成影响。移动sink节点部署于农业机械上(拖拉机、收割机、播种机等)，农业机械按照正常作业路径在监测区域内进行作业，部署其上的sink节点随其移动并完成数据收集，此外还包括当单纯地下感知节点难以实现数据收集时增加的少量地面节点。
一、移动sink节点路径与子区域时间片划分
本实施例监测的农田区域为长Dm宽Dn的矩形区域。将其划分为若干边长为Da的正方形子区域，各子区域编号为N11、N12、……N1n；N21、N22、……N2n；……；Nm1、Nm2、……Nmn，则子区域共有m*n个。子区域划分最后，在监测区域边缘出现不满足正方形条件的区域则补齐边长为Da的正方形。移动sink节点按预设路径遍历监测区域并进行数据收集。子区域编号与预设路径示意如图2所示。特殊地，为了更好地实现各节点->间的能耗均衡，根据子区域遍历顺序不同，预设路径可分为多种，例如：
①N11->…->N1n->N2n->…->N21->……；
②N1n->…->N11->N21->…->N2n->……；
③N11->…->Nm1->Nm2->…->N12->……；
④Nm1->…->N11->N12->…->Nm2->……；
等，不失一般性，本实例中均以第①种路径为例。
移动sink节点在监测区域中作均速直线运动(转弯运动在监测区域外完成)，速度为v，则可估计出移动sink节点到达各子区域时间。根据预设的移动sink节点路径以及在各子区域的遍历时间，为各子区域感知节点分配数据上传时间片。子区域Nmn的时间片起始时间TBmn计算如下：
其中tt为从N1n到N2n的转向时间。
则子区域Nmn的时间片的结束时间TEmn计算如下：
二、网络模型与子区域大小确定
区别与传统sink节点固定的无线传感器网络，在实际的收集过程中，移动sink节点遍历各子区域，感知节点直接与sink节点通信，或经由其他节点转发，将数据信息回传上报。由于感知节点部署于地下或地表，因此无线信号的传播会受到作物遮挡的影响而产生衰减、多径等效应，进而影响节点的感知半径。本发明采用的信道模型如下：
Pr＝Pt-PL,
其中Pr为接收端信号功率，Pt为发射端信号功率，PL为信道的路径损耗。又有
PL＝A+10nlogd+X,
其中对于某既定频率的电磁波信号为一常数为固定常数，n为环境关联衰减系数，d为收发节点间距离，X为受多径传播等多尺度效应影响形成的随机变量因子。
定义为模型的距离阈值，若d小于dcrossover，则n取值在2-4之间，若d大于dcrossover，则n取值大于4，εf和εm为两种模型中的功率放大的能量系数。为保证网络采集的较高能耗效率，当移动sink节点遍历经过某子区域时，该区域内的感知节点均可通过一跳向其传输数据，则需要满足:
特殊地，本实施例中选择
三、子区域节点接入
当移动sink节点进入某子区域Nmn时，区域内的节点按预设的时间片唤醒，与sink节点建立连接关系并进行数据上报，上报的数据中还包括节点当前轮的剩余能量值。
以子区域Nmn垂直于sink节点运动方向的中心线为界，将子区域Nmn划分为A、B两部分，A－>B的方向为移动sink节点的运动方向。根据信道模型可知，节点的感知通信半径应为一边缘不规则的圆形区域，如图3所示，在TBmn时刻，移动sink节点刚刚进入子区域Nmn时，此时子区域内B部分的节点并不全部处于移动sink节点的感知通信范围之内，同理，当TEmn时刻sink节点离开子区域时，A部分的节点也不全部处于sink节点的感知范围内。设TMmn时刻为TBmn与TEmn的中间时刻。对于子区域Nmn内感知节点有，处于A部分的节点，在TBmn时刻唤醒，TMmn时刻休眠，其间进行数据的上传工作。相对的，处于B部分的节点，在TMmn时刻唤醒，TEmn时刻休眠，其间进行数据的上传工作，如图4所示。
在子区域内，移动sink节点按如下策略进行感知节点接入与数据收集：
①移动sink节点发送接入广播消息BRC_connect；
②节点收到BRC_connect广播消息，向sink节点发送接入请求消息REQ_connect；
③sink节点收到感知节点的接入请求消息发送，则发送连接建立消息MSG_connect，MSG_connect消息中包含目标感知节点的ID号信息，随后建立连接并接收数据；
若同时有多个节点向sink节点发送连接请求，则sink节点优先选择承担转发功能的感知节点。其次，按感知节点到子区域中心点之间的距离排序，若为A部分则距离大的感知节点优先接入，若为B部分则距离小的感知节点优先接入。
④若收到sink节点MSG_connect消息中ID号与本节点ID号不匹配的的感知节点进入短休眠模式，并以指数回退方式决定重新唤醒时间，然后重新发送接入请求消息。短休眠的重新唤醒时间还在当前部分的分配时间片内。
⑤已完成数据上传的感知节点进入休眠模式，等待下一轮数据收集周期。
⑥移动sink节点完成一次感知节点的数据收集后，若在预设时间内未收到感知节点的接入请求消息，则转入空闲状态。移动sink节点空闲时持续发送接入广播消息BRC_connect；
四、数据缓存与中转抗扰方法
由于农田复杂环境造成的概率信道，以及sink节点的持续移动，可能造成在消息发送或是数据上传过程中sink节点与目标感知节点处于不可通信的状态，对正常通信与数据上传造成干扰，从而影响环境监测数据收集的可靠性。为此，本发明提出一种数据收集抗扰方法。
在上述节点接入与数据收集流程中，若某感知节点完成向sink节点的数据上报，则根据情况不同进行如下处理：
①若始终未收到sink节点的接入广播消息BRC_connect，则在其对应时间片结束时，缓存当前未上传数据，置未上传数据标志位为1，转入休眠状态。
②若曾收到sink节点的接入广播消息BRC_connect，且发出接入请求消息REQ_connect，但在预设时间内未收到任何连接建立消息MSG_connect的节点，或是在之前收到过包含其他节点ID信息的连接建立消息MSG_connect，在短休眠后重发接入请求消息REQ_connect，在预设时间内未收到任何接建立消息MSG_connect的节点，在接入请求消息发出后的预设时间后，重发请求消息，若仍无收到任何连接建立消息MSG_connect，则直接缓存当前未上传数据，置未上传数据标志位为1，然后转入休眠状态。
③若节点已收到ID信息匹配的连接建立消息MSG_connect，之后出现了数据发送失败问题，则进行一次重连与数据重发，若仍失败，则缓存当前未上传数据，置未上传数据标志位为1，然后转入休眠状态。
④对于所有未上传数据标志位为1的节点，自动在其转发时间片唤醒，如对于子区域Nmn内的节点，子区域N(m+1)n的所属时间片则是其转发时间片。
⑤sink节点将未完成数据上传的感知节点归入未完成节点集。假设子区域Nmn内的节点Ci未完成数据上传，则sink节点在从子区域Nmn离开时将其归入未完成节点集。当sink节点即将进入子区域N(m+1)n时，在未完成节点集中查找是否有属于子区域Nmn的未完成节点。此时，若有Ci属于未完成节点集，则由sink节点根据预设规则在子区域N(m+1)n中找到节点Cj作为Ci的中转节点，并在对区域N(m+1)n区域节点发送广播的消息BRC_connect中加入转发指派信息。
sink节点在子区域N(m+1)n中选择中转节点的规则如下：sink节点根据节点位置信息计算子区域N(m+1)n中节点Cj到节点Ci的距离dij,并根据信道模型对其进行修正，再综合考虑中转节点的剩余能量水平，计算中转参数：
其中PTij为中转参数，Erj为节点Cj的剩余能量，n为信道衰减因子，E(X)为信道模型中随机变量部分的期望。
选择子区域N(m+1)n中中转参数PTij最高的节点Cj作为节点Ci的中转节点，示意图如图5所示。
⑦节点Cj接收到包含sink节点发来的包含转发指派信息的BRC_connect消息，则先与节点Ci建立连接，接收并缓存节点Ci的上报数据。
⑧当节点节点Ci成功将数据转发至中转节点Ci，则清除节点Ci的未上传标志位。
⑨本轮结束数据收集结束时，若最后一行区域中存在节点数据未上传情况，则反方向重复最后一行区域的遍历路径，最后一行区域节点不选择中转节点。
上述流程完成后，若仍有节点的数据未上传，则记其数据收集失败最大次数加1，若有数据收集失败最大次数不为0的节点，此次完成了数据收集，则将该次数复位为0。若某节点数据收集失败最大次数达到预设值，则在该节点附近增加地面节点用以实现数据转发，地面节点的位置由预设方法决定。最大次数预设值由节点的数据缓存能力决定。特殊地，本实施例中地面转发节点的位置位于该节点在地面投影与该区域中心位置连线的中点处。
本发明该具体实施例包含至少如下技术创新点。
1.根据地下节点与农业机械的三维采集网络架构。
针对大规模农田农机化作业的基本需求与特点，采用地下无传感器网络感知节点的部署方式与部署在农业机械上的sink节点，构建三维采集网络是本发明的关键点之一。感知节点的地下部署方式方便与农机作业相结合，而将sink节点固定于农业机械上进行数据采集形成智能农机装备进行实时数据采集，更加提高了农机作业的信息化程度与效率。当某区域信号衰减过大时，采用增加地面节点的方式保证数据的正常准确收集。
2.根据概率信道模型的网络子区域划分与中转节点选择。
农田环境下无线信号由作物遮挡、反射形成无数的不可分辨多径，多径衰落信道造成网络节点感知半径的不规则概率分布，如何针对概率信道模型下的农田监测网络进行有效数据收集是有待解决的问题。根据概率信道模型参数，结合农业机械的一般运行轨迹，进行网络子区域划分，以提高概率信道模型下的数据收集效率是本发明的关键点之一。
由于信道环境出现扰动、sink节点移出节点通信范围等条件下出现的数据上报不成功问题，选择对应区域节点进行中继转发，在中转节点选择上，综合考虑转发能耗(距离)、中转节点剩余能量、信道模型等因素，提高中转节点的转发效率也是本发明的关键点之一。
3.紧时延约束的节点接入与数据中转。
由于农业机械作业路径、作业速度的相对固定性，使得传统移动sink路径规划方法并不适用于结合农业机械的移动sink数据采集系统。而农业机械以较快恒定速度掠过农田监测区域，造成部分边缘节点接入网络与上报数据的时间约束要求严格，而因为信道的概率性与sink节点的移动性也易造成网络接入与数据传输的干扰。因此，通过概率信道模型进行子区域与时间片划分、针对干扰节点的数据缓存与中继转发等方面实现面向紧时延约束条件下的节点接入与抗扰方法也是本发明的关键点之一。
本发明该具体实施例，提出一种农田无线传感器网络紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，具有如下有益效果。
解决农田复杂多径信道条件移动Sink路径与速度受限的条件下，节点接入与数据传输存在干扰与不确定性等问题。本发明相对于传统的根据移动Sink数据收集协议，在移动Sink数据收集移动路径长度受限的情况下，采用以数据为中心的路径预设，并结合节点不规则感知模型对移动sink的路径进行训练，能够有效降低移动sink的遍历时间与路径选择算法的收敛时间。通过节点不规则感知模型的引入，本发明在考虑网络能耗的同时，还将网络连通概率性能以及网络采集时延等参数作为优化目标，提高了移动sink无线传感器网络的数据采集效率与稳定性。
同时，由于概率感知以及sink节点的移动性，造成移动sink节点对RP节点数据采集的紧时间约束。本发明提供了紧时间约束下移动sink节点路径优化方法。在考虑移动sink节点掠过RP节点感知覆盖范围边缘时的时间约束，且结合感知概率问题，对移动sink节点路径进行微调优化，保证移动sink节点数据收集方法在农田复杂环境下的数据稳定采集与传输。为农田多径信道概率感知条件下无线传感器网络移动节点数据收集提供有效理论与技术手段。
如图6，示出本发明另一个具体实施例中一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统总体框架示意图。整体上，包括：
移动sink节点A1，部署于农业机械上(拖拉机、收割机、播种机等)，农业机械按照正常作业路径在监测区域内进行作业；
地面感知节点A2，用于辅助网络的连通与数据收集；
地下感知节点A2’，部署于地下的感知节点用于数据感知采集；
监测区域划分模块A3，用于根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型对所述目标监测区域进行网格化分割；
时延约束确定模块A4，用于根据所述移动sink节点的移动速度，以及所述网格划分结果，确定所述移动sink数据收集的时延约束；
节点接入与抗扰控制模块A5，用于控制所述sink节点按预设路径和所述移动sink节点的移动速度遍历所述网格化目标区域，所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传据。
在本发另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，所述检测区域划分模块还用于：
根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型，将所述目标区域划分为长mDa宽nDa的矩形区域，所述目标区域包含n×m个边长为Da的正方形子区域，其中n＞0，m＞0；
子区域划分后，若监测区域边缘出现不满足正方形条件的区域，将所述区域补齐为边长为Da的正方形。
在本发另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，所述节点接入与抗扰控制模块还用于：
为所述移动sink节点设定遍历目标区域的预设路径，所述移动sink节点在目标区域中作均速直线运动，其速度由搭载其的农机装备决定；
根据所述移动sink节点的预设路径和所述移动sink节点的移动速度，计算所述移动sink节点在各子区域的遍历时间；根据所述移动sink节点在各子区域的遍历时间，为所述各子区域中各感知节点分配数据上传时间片；
所述子区域Nmn的时间片起始时间TBmn计算如下，其中tt为从N1n到N2n的转向时间：
则子区域Nmn的时间片的结束时间TEmn计算如下：
在本发另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，所述节点接入与抗扰控制模块还用于：各子区域编号为N11、N12、……N1n；N21、N22、……N2n；……；Nm1、Nm2、……Nmn，则子区域共有m*n个；
所述移动sink节点按以下规则中的一种遍历所述网格化目标区域：
N11->…->N1n->N2n->…->N21->……；
N1n->…->N11->N21->…->N2n->……；
N11->…->Nm1->Nm2->…->N12->……；
Nm1->…->N11->N12->…->Nm2->……。
在本发另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，所述Da通过以下步骤确定：
根据所述移动sink节点和所述感知节点模型的功率放大能量系数，获得所述移动sink节点和所述感知节点的通信距离阈值dcrossover：
其中εf和εm分别为所述移动sink节点和所述感知节点模型的功率放大能量系数；
在确保所述移动sink节点遍历经过任一子区域时该区域内的感知节点均可通过一跳向所述移动sink节点上传数据的前提下，根据所述dcrossover确定所述Da的值：
在本发另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，所述节点接入与抗扰控制模块还用于：以各子区域垂直于所述移动sink节点运动方法的中心线为界，将当前子区域划分为A、B个部分；其中A为所述移动sink节点先到达的部分，B为所述移动sink节点后到达的部分；
当TBxy≤T≤TMxy时，所述A区域内的感知节点激活、接入并进行数据上传；
当TMxy≤T≤TExy时，所述B区域内的感知节点激活、接入并进行数据上传；
其中，T为当前时刻，TBxy为当前子区域时间片的起始时刻，TExy为当前子区域时间片的结束时刻，TMxy＝(TBxy+TExy)/2。
在本发另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，还包括补充上传模块，用于：
将未成功与所述移动sink节点进行数据上传的感知节点Ci放入未完成感知节点集；将未完成感知节点Ci所属子区域Nxy的沿遍历方向垂直方向上的下一行的相邻子区域Nop的数据上传时间片，设置为所述未完成感知节点Ci的数据转发时间片；
所述移动sink节点在进入所述子区域Nop时，确认所述未完成感知节点集内存在所述子区域Nxy内的未完成感知节点Ci；
利用中转节点选取规则获取所述子区域Nop中的中转节点Cj，通过所述Cj完成所述Ci中数据的获取。
在本发另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，所述补充上传模块还用于：
根据所述子区域Nop中各感知节点到所述移动sink节点间的距离、所述子区域Nop中各感知节点的剩余能量、信道衰减因子和所述移动sink节点、所述移动sink节点和感知节点的信道模型和各感知节点的信道模型中随机变量部分的期望，计算于所述子区域Nop中各感知节点的中转参数：
其中PTij为中转参数，Erj为节点Cj的剩余能量，n为信道衰减因子，E(X)为信道模型中随机变量部分的期望；
选择所述子区域Nop中中转参数值最高的感知节点作为所述Ci的中转节点Cj。
在本发另一个具体实施例中，一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，所述补充上传模块还用于：
若有感知节点的数据未上传，则将其数据收集失败最大次数加1；
若有数据收集失败最大次数大于0的感知节点完成了数据收集，则将该感知节点收集失败最大次数复位为0；
若某节感知节点数据收集失败最大次数达到预设值，则在该节点附近增加地面感知节点用以实现数据转发，地面感知节点的位置由预设方法决定，最大次数预设值由节点的数据缓存能力决定；所述增加的地面感知节点位于该节点在地面投影与该区域中心点连线的中点处。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰方法，其特征在于，包括：
步骤1，根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型对所述目标监测区域进行网格化分割；
步骤2，根据移动sink节点的移动速度，以及所述网格划分结果，确定所述移动sink数据收集的时延约束；
步骤3，所述移动sink节点按预设路径和所述移动sink节点的移动速度遍历所述网格化目标区域，所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：
根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型，将所述目标区域划分为长mDa宽nDa的矩形区域，所述目标区域包含n×m个边长为Da的正方形子区域，其中n＞0，m＞0；
子区域划分后，若监测区域边缘出现不满足正方形条件的区域，将所述区域补齐为边长为Da的正方形。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：
为所述移动sink节点设定遍历目标区域的预设路径，所述移动sink节点在目标区域中作均速直线运动，其速度由所述移动sink节点所搭载的农机装备决定；
根据所述移动sink节点的预设路径和所述移动sink节点的移动速度，计算所述移动sink节点在各子区域的遍历时间；根据所述移动sink节点在各子区域的遍历时间，为所述各子区域中各感知节点分配数据上传时间片；
所述子区域Nmn的时间片起始时间TBmn计算如下，其中tt为从N1n到N2n的转向时间：
<mrow> <msub> <mi>TB</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>*</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mfrac> <msub> <mi>D</mi> <mi>a</mi> </msub> <mi>v</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
则子区域Nmn的时间片的结束时间TEmn计算如下：
<mrow> <msub> <mi>TE</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>*</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mfrac> <msub> <mi>D</mi> <mi>a</mi> </msub> <mi>v</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>.</mo> </mrow>
4.如权利要求2或3任一所述的方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中所述移动sink节点的预设路径和所述移动sink节点的移动速度进一步包括：
各子区域编号为N11、N12、……N1n；N21、N22、……N2n；……；Nm1、Nm2、……Nmn，则子区域共有m*n个；
所述移动sink节点按以下规则中的一种遍历所述网格化目标区域：
N11->…->N1n->N2n->…->N21->……；
N1n->…->N11->N21->…->N2n->……；
N11->…->Nm1->Nm2->…->N12->……；
Nm1->…->N11->N12->…->Nm2->……。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Da通过以下步骤确定：
根据所述移动sink节点和所述感知节点模型的功率放大能量系数，获得所述移动sink节点和所述感知节点的通信距离阈值dcrossover：
<mrow> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mi>v</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <msub> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>f</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>m</mi> </msub> </mfrac> </msqrt> <mo>,</mo> </mrow>
其中εf和εm分别为所述移动sink节点和所述感知节点模型的功率放大能量系数；
在确保所述移动sink节点遍历经过任一子区域时该区域内的感知节点均可通过一跳向所述移动sink节点上传数据的前提下，根据所述dcrossover确定所述Da的值：
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传的步骤进一步包括：
以各子区域垂直于所述移动sink节点运动方法的中心线为界，将当前子区域划分为A、B个部分；其中A为所述移动sink节点先到达的部分，B为所述移动sink节点后到达的部分；
当TBxy≤T≤TMxy时，所述A区域内的感知节点激活、接入并进行数据上传；
当TMxy≤T≤TExy时，所述B区域内的感知节点激活、接入并进行数据上传；
其中，T为当前时刻，TBxy为当前子区域时间片的起始时刻，TExy为当前子区域时间片的结束时刻，TMxy＝(TBxy+TExy)/2。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
将未成功与所述移动sink节点进行数据上传的感知节点Ci放入未完成感知节点集；将未完成感知节点Ci所属子区域Nxy的沿遍历方向垂直方向上的下一行的相邻子区域Nop的数据上传时间片，设置为所述未完成感知节点Ci的数据转发时间片；
所述移动sink节点在进入所述子区域Nop时，确认所述未完成感知节点集内存在所述子区域Nxy内的未完成感知节点Ci；
利用中转节点选取规则获取所述子区域Nop中的中转节点Cj，通过所述Cj完成所述Ci中数据的获取。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述中转节点选取规则进一步包括：
根据所述子区域Nop中各感知节点到所述移动sink节点间的距离、所述子区域Nop中各感知节点的剩余能量、信道衰减因子和所述移动sink节点、所述移动sink节点和感知节点的信道模型和各感知节点的信道模型中随机变量部分的期望，计算于所述子区域Nop中各感知节点的中转参数：
<mrow> <msub> <mi>PT</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>Er</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mi>lg</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>E</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </msubsup> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中PTij为中转参数，Erj为节点Cj的剩余能量，n为信道衰减因子，E(X)为信道模型中随机变量部分的期望；
选择所述子区域Nop中中转参数值最高的感知节点作为所述Ci的中转节点Cj。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
若有感知节点的数据未上传，则将其数据收集失败最大次数加1；
若有数据收集失败最大次数大于0的感知节点完成了数据收集，则将该感知节点收集失败最大次数复位为0；
若某节感知节点数据收集失败最大次数达到预设值，则在该节点附近增加地面感知节点用以实现数据转发，地面感知节点的位置由预设方法决定，最大次数预设值由节点的数据缓存能力决定；所述增加的地面感知节点位于该节点在地面投影与该区域中心点连线的中点处。
10.一种紧时延约束的移动sink节点接入与抗扰系统，其特征在于，包括：
移动sink节点，部署于农业机械上，农业机械按照正常作业路径在监测区域内进行作业；
地面感知节点，用于辅助网络的连通与数据收集；
地下感知节点，部署于地下的感知节点用于数据感知采集；
监测区域划分模块，用于根据目标监测区域内的农田环境概率信道模型对所述目标监测区域进行网格化分割；
时延约束确定模块，用于根据移动sink节点的移动速度，以及所述网格划分结果，确定所述移动sink数据收集的时延约束；
节点接入与抗扰控制模块，用于控制所述sink节点按预设路径和所述移动sink节点的移动速度遍历所述网格化目标区域，所述目标网格区域中各感知节点根据预设规则进行节点接入与数据上传据。
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