Energy-Efficient Wireless Communication Strategy for Precision Agriculture Irrigation Control

计算机科学 无线传感器网络 实时计算 无线 能源消耗 精准农业 采样(信号处理) 农业工程 灌溉 农业 计算机网络 工程类 电信 电气工程 生物 探测器 生态学
作者
Camilo Lozoya,Antonio Favela‐Contreras,Alberto Aguilar-Gonzalez,Luis C. Félix‐Herrán,Luis Orona
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:21 (16): 5541-5541 被引量:18
标识
DOI:10.3390/s21165541
摘要

In smart farming, precision agriculture irrigation is essential to reduce water consumption and produce higher crop yields. Closed-loop irrigation based on soil moisture measurements has demonstrated the capability to achieve a considerable amount of water savings while growing healthy crops. Automated irrigation systems are typically implemented over wireless sensor networks, where the sensing devices are battery-powered, and thus they have to manage energy constraints by implementing efficient communication schemas. Self-triggered control is an aperiodic sampling strategy capable of reducing the number of networked messages compared to traditional periodical sampling. In this paper, we propose an energy-efficient communication strategy for closed-loop control irrigation, implemented over a wireless sensor network, where event-driven soil moisture measurements are conducted by the sensing devices only when needed. Thereby, the self-triggered algorithm estimates the occurrence of the next sampling period based on the process dynamics. The proposed strategy was evaluated in a pecan crop field and compared with periodical sampling implementations. The experimental results show that the proposed adaptive sampling rate technique decreased the number of communication messages more than 85% and reduced power consumption up to 20%, while still accomplishing the system control objectives in terms of the irrigation efficiency and water consumption.
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