一種基于小世界網(wǎng)絡(luò)的果類農(nóng)產(chǎn)品溯源方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于小世界網(wǎng)絡(luò)的果類農(nóng)產(chǎn)品溯源方法及 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 食品安全事故頻發(fā)，果類農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全監(jiān)測引發(fā)監(jiān)管部門和廣大消費(fèi)者的 深切關(guān)注。實(shí)現(xiàn)果類農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地的環(huán)境信息檢測、傳輸和查詢，是實(shí)施對安全果類農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn) 地環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)格、持續(xù)、科學(xué)監(jiān)控、全程追溯以及品質(zhì)安全的重要基礎(chǔ)?，F(xiàn)有果類農(nóng)產(chǎn)品溯 源系統(tǒng)和方法，為監(jiān)管部門對果類農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)施有效的監(jiān)控和管理提供便利，為消費(fèi) 者追溯其購買的果類農(nóng)產(chǎn)品的生長過程各階段的數(shù)據(jù)提供平臺，從而建立果類農(nóng)產(chǎn)品的安 全事故防御機(jī)制。然而，現(xiàn)有的果類農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，受限于通信成本，通常只能在果場中 選取樣本區(qū)，僅檢測該樣本區(qū)的相關(guān)信息，作為管理者和消費(fèi)者追溯的信息源，從而無法實(shí) 現(xiàn)果類農(nóng)產(chǎn)品的全方位信息追溯；當(dāng)果場中存在多個樣本區(qū)時，現(xiàn)有的果類農(nóng)產(chǎn)品溯源方 法受限于通信距離，無法保證多個樣本區(qū)的數(shù)據(jù)均能穩(wěn)定地提供給管理者和消費(fèi)者。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種基于小世界網(wǎng)絡(luò)的果類農(nóng)產(chǎn)品溯源方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有果類農(nóng) 產(chǎn)品溯源方法及系統(tǒng)不能為外部用戶端提供穩(wěn)定的全方位信息的問題。
[0004] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述問題：
[0005] -種基于小世界網(wǎng)絡(luò)的果類農(nóng)產(chǎn)品溯源方法，通過以下步驟構(gòu)建小世界網(wǎng)絡(luò)：
[0006] 1)各無線傳感器節(jié)點(diǎn)自行嘗試與果場數(shù)據(jù)集中器建立連接，將能與果場數(shù)據(jù)集中 器建立連接的各無線傳感器節(jié)點(diǎn)的集合定義為第1已連接節(jié)點(diǎn)集，將未能與果場數(shù)據(jù)集中 器建立連接的各無線傳感器節(jié)點(diǎn)的集合定義為第1未連接節(jié)點(diǎn)集，將第1已連接節(jié)點(diǎn)集與第 1未連接節(jié)點(diǎn)集的并集定義為第1總節(jié)點(diǎn)集;執(zhí)行步驟2);
[0007] 2)以第1總節(jié)點(diǎn)集為基礎(chǔ)，構(gòu)建度為D的臨近耦合規(guī)則網(wǎng)絡(luò)模型，所述臨近耦合規(guī) 則網(wǎng)絡(luò)模型的親合矩陣為C n。為：當(dāng)i關(guān)j時，c i j = c j i = 1或c i j = c j i = 0 ;當(dāng)i = j時，
[0008] 式中，N為大于等于1的正整數(shù)，N表示第1總節(jié)點(diǎn)集中各無線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量總 和;i為小于等于N的正整數(shù)，i表示第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)；j為小于等于N的正整數(shù)，j表示第 j個無線傳感器節(jié)點(diǎn)；cij = cji=l表示第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)與第j個無線傳感器節(jié)點(diǎn)無線 連接，cij = cji = 0表示第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)與第j個無線傳感器節(jié)點(diǎn)斷開;執(zhí)行步驟3);
[0009] 3)從第1未連接節(jié)點(diǎn)集中選取相互連接的第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和第j個無線傳感 器節(jié)點(diǎn)，斷開第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和第j個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)從第1已連接節(jié)點(diǎn)集中選 取與第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)斷開的第j'個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，連接第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和第 j '個無線傳感器節(jié)點(diǎn)；其中，j '為小于等于N的正整數(shù)，j '表示第j '個無線傳感器節(jié)，j '矣i， j矣j' ；執(zhí)行步驟4);
[0010] 4)第1未連接節(jié)點(diǎn)集中與第1已連接節(jié)點(diǎn)集中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)建立連接的各無 線傳感器節(jié)點(diǎn)為第2已連接節(jié)點(diǎn)集;第1未連接節(jié)點(diǎn)集中其余的各無線傳感器節(jié)點(diǎn)為第2未 連接節(jié)點(diǎn)集;若第2未連接節(jié)點(diǎn)集為零，則結(jié)束本次構(gòu)建小世界網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程，否則，執(zhí)行步驟 5)；
[0011] 5)進(jìn)行至少一次局部重連，所述局部重連為:第m-1次局部重連結(jié)束時，第m-1未連 接節(jié)點(diǎn)集中與第m-1已連接節(jié)點(diǎn)集中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)建立連接的各無線傳感器節(jié)點(diǎn)為第 m已連接節(jié)點(diǎn)集;第m-Ι未連接節(jié)點(diǎn)集中其余的各無線傳感器節(jié)點(diǎn)為第m未連接節(jié)點(diǎn)集;進(jìn)行 第m次局部重連，從第m已連接節(jié)點(diǎn)集選取相互連接的第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和第j個無線傳 感器節(jié)點(diǎn)，斷開第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和第j個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)從第m已連接節(jié)點(diǎn)集中 選取與第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)斷開的第j '個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，連接第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和 第j'個無線傳感器節(jié)點(diǎn);m為大于等于2的正整數(shù);上述局部重連連續(xù)進(jìn)行，直至第m未連接 節(jié)點(diǎn)集為零，結(jié)束本次構(gòu)建小世界網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程。
[0012]上述方案中，步驟3)中，從第1未連接節(jié)點(diǎn)集中選取cij = cji = l的第i個無線傳感 器節(jié)點(diǎn)和第j個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，以第〇設(shè)定概率PQ將Cij和Cji修改為Cij = Cji = 0,即針對第1 未連接節(jié)點(diǎn)集中的各相互連接的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，以第1設(shè)定概率PQ將Cij和Cji修改為Cij = Cji = 〇,另一部分以Ι-ρο的概率仍保持為Cij = cji = l;隨機(jī)從第1已連接節(jié)點(diǎn)集中選取與第i 無線傳感器節(jié)點(diǎn)相互斷開的無線傳感器節(jié)點(diǎn)Υ，此時ciy =cyi = 0,將其修改為ciy =cyi = 1，其中 0<p〇< 1。
[0013]上述方案中，步驟5)中，進(jìn)行第m次局部重連時，從第m已連接節(jié)點(diǎn)集選取相互連接 的第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和第j個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，以第m設(shè)定概率pm斷開第i個無線傳感器 節(jié)點(diǎn)和第j個無線傳感器節(jié)點(diǎn)；即針對第m-Ι未連接節(jié)點(diǎn)集中的各相互連接的無線傳感器節(jié) 點(diǎn)，第m設(shè)定概率以Pm將Cij和Cji修改為Cij = Cji = 0,另一部分以Ι-pm的概率仍保持為Cij = Cji =1;隨機(jī)從第m已連接節(jié)點(diǎn)集中選取與第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)斷開的第j '個無線傳感器節(jié) 點(diǎn)，連接第i個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和第j '個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，其中〇 < Pm < 1。
[0014] 上述方案中，若局部重連次數(shù)m到預(yù)設(shè)的達(dá)閾值Nmax時，仍無法實(shí)現(xiàn)第m未連接節(jié)點(diǎn) 集為零，則進(jìn)行初始化，執(zhí)行步驟1)，直至以低于N max的局部重連次數(shù)實(shí)現(xiàn)第m未連接節(jié)點(diǎn)集 為零，否則，再次進(jìn)行初始化，執(zhí)行步驟1);若初始化次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值Μ前，能實(shí)現(xiàn)第m未 連接節(jié)點(diǎn)集為零，則本次構(gòu)建小世界網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程結(jié)束，否則由果場數(shù)據(jù)集中器向中心服務(wù)器 發(fā)送故障信息;N max和Μ為正整數(shù)。
[0015] -種基于小世界網(wǎng)絡(luò)的果類農(nóng)產(chǎn)品溯源方法的系統(tǒng)，由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、果場數(shù) 據(jù)集中器以及中心服務(wù)器組成;所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由至少一個無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成;在 每棵果樹處設(shè)置一個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括MCU控制模塊、無線發(fā)送接 收模塊和檢測模塊;所述檢測模塊檢測數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入至MCU控制模塊，由MCU控制模塊為 其所在果樹生成一個ID號，將所述ID號和檢測數(shù)據(jù)打包后直接發(fā)送至果場數(shù)據(jù)集中器，或 經(jīng)至少一個無線傳感器節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)后發(fā)送至果場數(shù)據(jù)集中器;所述果場數(shù)據(jù)集中器將各無線 傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的打包數(shù)據(jù)匯聚后，發(fā)送至所述中心服務(wù)器;外部用戶端訪問所述中心 服務(wù)器的數(shù)據(jù)。
[0016] 上述方案中，所述檢測模塊由土壤溫濕度傳感器、生長環(huán)境溫濕度傳感器和重金 屬含量檢測傳感器組成;所述土壤溫濕度傳感器用于檢測果樹所在土壤的溫濕度，所述生 長環(huán)境溫濕度傳感器用于檢測果樹所處的生長環(huán)境的溫濕度，所述重金屬含量檢測傳感器 用于檢測果樹所在土壤的重金屬含量;所述各檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至MCU控制模塊進(jìn)行處理。
[0017] 上述方案中，所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步包括電源模塊;所述電源模塊包括輔助 電源、鋰電池、柔性薄膜光伏電池陣列以及MPPT智能充電模塊;所述柔性薄膜光伏電池陣列 將太陽能轉(zhuǎn)換為電能;所述MPPT智能充電模塊對所述柔性薄膜光伏電池陣列輸出的電能進(jìn) 行追蹤，保證所述柔性薄膜光伏電池陣列以最大功率向所述鋰電池供電；所述輔助電池用 于轉(zhuǎn)接鋰電池的電能至MCU控制模塊、無線發(fā)送接收模塊和檢測模塊的供電端口，還用于延 時或檢測鋰電池的充電情況。
[0018] 上述方案中，在所述中心服務(wù)器建立溯源數(shù)據(jù)庫、動態(tài)網(wǎng)站、后臺管理平臺以及二 維碼模塊;所述中心服務(wù)器接收到所述果場數(shù)據(jù)集中器發(fā)送來的數(shù)據(jù)后，根據(jù)ID號為每棵 果樹建立檔案，將各ID號及其對應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)存儲至所述溯源數(shù)據(jù)庫中；所述動態(tài)網(wǎng)站用 于為外部用戶端提供顯示和查詢溯源數(shù)據(jù)庫的界面;所述后臺管理平臺用于為外部用戶端 提供管理接口，對所述各檔案進(jìn)行審核和驗(yàn)證;所述二維碼生成模塊將果類農(nóng)產(chǎn)品的溯源 鏈接生成二維碼，所述二維碼粘貼到果類農(nóng)產(chǎn)品上，外部用戶端通過二維碼訪問溯源數(shù)據(jù) 庫。
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：
[0020] 1、構(gòu)建臨近耦合規(guī)則網(wǎng)絡(luò)模型I，對未能與果場數(shù)據(jù)集中器連接的各無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多次局部重連，構(gòu)建出小世界網(wǎng)絡(luò)動態(tài)模型，最終構(gòu)建出小世界網(wǎng)絡(luò)，保證各 無線傳感器節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定地向果場數(shù)據(jù)集中器發(fā)送數(shù)據(jù)；