CN108769276A - 淡水鱼养殖环境管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了淡水鱼养殖环境管理系统，包括远程环境管理终端、环境监测装置和用户终端；所述的环境监测装置、用户终端与远程环境管理终端通信连接；所述的环境监测装置包括汇聚节点和传感器节点，多个传感器节点随机分布在淡水鱼养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；汇聚节点部署于淡水鱼养殖场监控区域外，通过通信网络与远程环境管理终端通信，汇聚传感器节点采集的养殖环境监测数据并发送至远程环境管理终端；所述的远程环境管理终端用于对汇聚节点传送的养殖环境监测数据进行存储、显示，并在水质异常时向用户终端发送报警信号。

Description

淡水鱼养殖环境管理系统

技术领域

本发明涉及淡水鱼养殖环境监控技术领域，具体涉及淡水鱼养殖环境管理系统。

背景技术

在淡水鱼养殖的过程中，淡水鱼的排泄物以及剩余的饲料会在养殖池内不断累积造成养殖池水体富营养化，严重影响淡水鱼的健康以及降低淡水鱼的产量。现有常规的水质监测手段无法实现迅速、准确、实时的水质监测，从而影响淡水鱼养殖的科学管理工作。

发明内容

针对上述问题，本发明提供淡水鱼养殖环境管理系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了淡水鱼养殖环境管理系统，包括远程环境管理终端、环境监测装置和用户终端；所述的环境监测装置、用户终端与远程环境管理终端通信连接；所述的环境监测装置包括汇聚节点和传感器节点，多个传感器节点随机分布在淡水鱼养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；汇聚节点部署于淡水鱼养殖场监控区域外，通过通信网络与远程环境管理终端通信，汇聚传感器节点采集的养殖环境监测数据并发送至远程环境管理终端；所述的远程环境管理终端用于对汇聚节点传送的养殖环境监测数据进行存储、显示，并在水质异常时向用户终端发送报警信号。

优选地，传感器节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。

优选地，所述的远程环境管理终端包括存储单元、显示单元、处理单元和异常报警单元，存储单元、显示单元、异常报警单元皆与处理单元通信连接。

本发明的有益效果为：能够迅速、准确、实时监测到养殖环境监测数据，从而监控人员能够根据监测到的养殖环境监测数据采取相应的措施，实现淡水鱼养殖的科学养殖与管理，从而优化养殖工艺，提高淡水鱼的成活率，增加养殖效益。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的淡水鱼养殖环境管理系统的结构框图；

图2是本发明一个示例性实施例的远程环境管理终端的连接框图。

附图标记：

远程环境管理终端1、环境监测装置2、用户终端3、存储单元10、显示单元20、处理单元30、异常报警单元40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的淡水鱼养殖环境管理系统，包括远程环境管理终端1、环境监测装置2、用户终端3；所述的环境监测装置2、用户终端3与远程环境管理终端1通信连接。

环境监测装置2包括汇聚节点和多个传感器节点。其中，多个传感器节点随机分布在淡水鱼养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；汇聚节点部署于淡水鱼养殖场监控区域外，通过通信网络与远程环境管理终端1通信，汇聚传感器节点采集的养殖环境监测数据并发送至远程环境管理终端1。

在一种实施方式中，传感器节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。

在一个实施例中，远程环境管理终端1用于对汇聚节点传送的养殖环境监测数据进行存储、显示，并在水质异常时向用户终端3发送报警信号。在一个实施例中，如图2所示，所述的远程环境管理终端1包括存储单元10、显示单元20、处理单元30和异常报警单元40，存储单元10、显示单元20、异常报警单元40皆与处理单元30通信连接。

本发明上述实施例能够迅速、准确、实时监测到养殖环境监测数据，从而监控人员能够根据监测到的养殖环境监测数据采取相应的措施，实现淡水鱼养殖的科学养殖与管理，从而优化养殖工艺，提高淡水鱼的成活率，增加养殖效益。

在一个实施例中，无线传感器网络初始化后，汇聚节点获取到传感器节点的相关信息，所述相关信息包括传感器节点间的连接关系、传感器节点的初始能量信息；汇聚节点根据初始能量信息计算传感器节点的平均能量并根据平均能量为各传感器节点分配初始的优先级，并将初始的优先级信息广播至各传感器节点；网络运行期间，汇聚节点周期性地获取各传感器节点的当前剩余能量信息，根据当前剩余能量信息更新各传感器节点的优先级，并将更新的优先级信息广播至各传感器节点；在养殖环境监测数据传输阶段，处于最低优先级的传感器节点只负责采集养殖环境监测数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发养殖环境监测数据。

本实施例根据当前剩余能量对各传感器节点进行优先级分配，相应地提出了优先级分配机制；本实施例规定处于最低优先级的传感器节点只负责采集养殖环境监测数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发养殖环境监测数据，有利于降低低能量传感器节点的能耗，使得网络的负载能够被分担到高能量的传感器节点上，均衡了网络中的能量消耗，有助于延长无线传感器网络的生命周期；由于汇聚节点定期更新传感器节点的优先级信息，使得原高优先级的传感器节点将通过降优先级来缓解能量消耗的速度，实现了高优先级传感器节点的保护。

其中，按照下列公式确定传感器节点的优先级：

式中，X_i为传感器节点i的优先级，y为设定优先级数，int为取整函数，表示对进行取整运算。

本实施例根据网络平均能量与设定的优先级数确定一个优先级的能量范围，使得优先级的确定更加适应无线传感器网络的当前情况。

在一个实施例中，传感器节点与汇聚节点的距离不超过设定的距离下限时，直接将采集的养殖环境监测数据发送至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点的距离超过设定的距离下限时，需要通过多跳转发的形式将采集的养殖环境监测数据发送至汇聚节点，此时较低优先级的传感器节点仅在优先级比它高一级的传感器节点中选择下一跳节点。

在一个实施例中，传感器节点选择下一跳节点时，具体执行：

(1)定义邻居节点为位于传感器节点范围内的其余传感器节点，在接收到汇聚节点广播的优先级信息后，较低优先级的传感器节点将优先级比它高一级的所有传感器节点作为下一跳备选节点；

(2)较低优先级的传感器节点按照下列公式计算其下一跳备选节点的选择概率值，并根据选择概率值由大到小的顺序构建下一跳备选节点列表：

式中，K_ab为较低优先级的传感器节点a的第b个下一跳备选节点的选择概率值；P_ab为链路ab的评价值，当该传感器节点a与其第b个下一跳备选节点互为邻居节点时，P_ab＝1，否则P_ab＝0.8；L_ab为传感器节点a与其第b个下一跳备选节点的距离，E_a为较低优先级的传感器节点a的有效通信半径，f为预设的路径衰减因子；H(L_ab-E_a)为判定取值函数，当L_ab-E_a>0时，H(L_ab-E_a)＝1，当L_ab-E_a≤0时，H(L_ab-E_a)＝0；

(3)在需要选择下一跳节点转发养殖环境监测数据时，较低优先级的传感器节点从其预先构建的下一跳备选节点列表中，选择排序最前的下一跳备选节点作为下一跳节点。

本实施例提供了下一跳节点的选择机制，其中设定了选择概率值的计算公式，通过该计算公式确定下一跳备选节点的选择概率值，并根据选择概率值由大到小的顺序构建下一跳备选节点列表。由该选择概率值的计算公式可知，传感器节点与其下一跳备选节点距离越近且互为邻居节点，则选择概率值越大。

一个传感器节点在另一个传感器节点的通信范围内，而另一个传感器节点不在该传感器节点的传输范围内时，这两个传感器节点之间的链路将不对称，而不对称链路将会降低路径的可靠性。而传感器节点间相距越远，养殖环境监测数据传输的可靠性也将会降低。基于此，本实施例在需要选择下一跳节点转发养殖环境监测数据时，较低优先级的传感器节点从其预先构建的下一跳备选节点列表中，选择排序最前的下一跳备选节点作为下一跳节点，实现了下一跳节点的最优化选择，有利于提高养殖环境监测数据转发的可靠性。

在一个实施例中，传感器节点接收到更新的优先级信息后，对其下一跳备选节点列表进行更新，包括：

(1)将优先级降低的下一跳备选节点从下一跳备选节点列表中删除；

(2)确定新生成的优先级比它高一级的传感器节点，并计算相应的选择概率值，按照选择概率值由大到小的顺序将确定的传感器节点增加到下一跳备选节点列表中相应的位置。

本实施例提出了对下一跳备选节点列表进行更新的具体方式，其中将优先级降低的下一跳备选节点从下一跳备选节点列表中删除，避免了优先级降低的传感器节点对后续下一跳节点的选择带来干扰。

进一步地，对其下一跳备选节点列表进行更新，还包括：计算当前下一跳备选节点列表中下一跳备选节点的当前剩余能量平均值Q_avg，检测排序最前的下一跳备选节点是否符合能量条件，若不符合，则将该排序最前的下一跳备选节点与其相邻的下一跳备选节点互换位置，完成下一跳备选节点列表的更新；

其中，设定所述能量条件为：

式中，Q₁为传感器节点用于通信的每单位时间内的能量消耗，Q₂为传感器节点用于感知和计算的每单位时间内的能耗，Q₁、Q₂的值为固定设定值，r₁、r_C为预设的权重系数；Q_avg为当前下一跳备选节点列表中传感器节点的平均能量；u为预设的比值阈值。

本实施例对排序最前的下一跳备选节点进行能量检测，使得传感器节点在选择下一跳节点时始终能够选择较为可靠且能量较高的邻居节点，有益于平衡下一跳备选节点之间的能耗，进而有助于延长无线传感器网络的寿命，提高淡水鱼养殖环境管理系统的运行稳定性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.淡水鱼养殖环境管理系统，其特征是，包括远程环境管理终端、环境监测装置和用户终端；所述的环境监测装置、用户终端与远程环境管理终端通信连接；所述的环境监测装置包括汇聚节点和传感器节点，多个传感器节点随机分布在淡水鱼养殖场监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络；汇聚节点部署于淡水鱼养殖场监控区域外，通过通信网络与远程环境管理终端通信，汇聚传感器节点采集的养殖环境监测数据并发送至远程环境管理终端；所述的远程环境管理终端用于对汇聚节点传送的养殖环境监测数据进行存储、显示，并在水质异常时向用户终端发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的淡水鱼养殖环境管理系统，其特征是，传感器节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。

3.根据权利要求1或2所述的淡水鱼养殖环境管理系统，其特征是，所述的远程环境管理终端包括存储单元、显示单元、处理单元和异常报警单元，存储单元、显示单元、异常报警单元皆与处理单元通信连接。

4.根据权利要求1所述的淡水鱼养殖环境管理系统，其特征是，无线传感器网络初始化后，汇聚节点获取到传感器节点的相关信息，所述相关信息包括传感器节点间的连接关系、传感器节点的初始能量信息；汇聚节点根据初始能量信息计算传感器节点的平均能量并根据平均能量为各传感器节点分配初始的优先级，并将初始的优先级信息广播至各传感器节点；网络运行期间，汇聚节点周期性地获取各传感器节点的当前剩余能量信息，根据当前剩余能量信息更新各传感器节点的优先级，并将更新的优先级信息广播至各传感器节点；在养殖环境监测数据传输阶段，处于最低优先级的传感器节点只负责采集养殖环境监测数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发养殖环境监测数据。

5.根据权利要求4所述的淡水鱼养殖环境管理系统，其特征是，传感器节点与汇聚节点的距离不超过设定的距离下限时，直接将采集的养殖环境监测数据发送至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点的距离超过设定的距离下限时，需要通过多跳转发的形式将采集的养殖环境监测数据发送至汇聚节点，此时较低优先级的传感器节点仅在优先级比它高一级的传感器节点中选择下一跳节点。

6.根据权利要求5所述的淡水鱼养殖环境管理系统，其特征是，传感器节点选择下一跳节点时，具体执行：

(1)在接收到汇聚节点广播的优先级信息后，较低优先级的传感器节点将优先级比它高一级的所有传感器节点作为下一跳备选节点；

(2)较低优先级的传感器节点按照下列公式计算其下一跳备选节点的选择概率值，并根据选择概率值由大到小的顺序构建下一跳备选节点列表：

式中，K_ab为较低优先级的传感器节点a的第b个下一跳备选节点的选择概率值；P_ab为链路ab的评价值，当该传感器节点a与其第b个下一跳备选节点互为邻居节点时，P_ab＝1，否则P_ab＝0.8；L_ab为传感器节点a与其第b个下一跳备选节点的距离，E_a为较低优先级的传感器节点a的有效通信半径，f为预设的路径衰减因子；H(L_ab-E_a)为判定取值函数，当L_ab-E_a＞0时，H(L_ab-E_a)＝1，当L_ab-E_a≤0时，H(L_ab-E_a)＝0；

(3)在需要选择下一跳节点转发养殖环境监测数据时，较低优先级的传感器节点从其预先构建的下一跳备选节点列表中，选择排序最前的下一跳备选节点作为下一跳节点。