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无线传感网络在农业领域的应用现状.doc

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无线传感网络在农业领域的应用现状信管 142-201408330517-池骋1、引言无线传感网络具有感知、计算和通信能力,正以一种“无处不在的计算”的新型计算理念 ,成为连接物理世界、数字虛拟世界和人类社会的桥梁,并开始广泛地应用于军事、工业、农业、环境资源监测、智能交通、智能家居和空间探索等多个领域,成为国际上信息领域的研究热点和竞争焦点,有着广泛的应用前景 [1] 。在现代化农业的研究上,及时迅速地获取相关信息是实施现代化农业生产和管理的一个重要环节。传统的实验室人工采集分析方法已经很难满足现代化农业信息采集实时性的要求。无线传感器网络以一种全新的信息获取方式,能实时、快速地将监测区域内的各种检测对象的信息远程传输到终端用户 (如农业生产管理者)。管理者根据相关信息,结合专家经验,及时准确地做出决策和响应,科学实施农业生产和管理。2、无线传感网络概述无线传感器网络是由部署在监测区域内的多个传感器节点组成,节点具有感知采集、计算处理、无线通信和自动组网的能力,彼此相互协作,完成监测任务。2.1 WSN 系统构架及特点图 1 是一个典型的传感器网络的系统结构及整体构架。传感器网络由传感器节点、汇聚节点、现场数据采集处理决策及终端用户管理节点构成 [2] 。分布在监测区域的传感器节点对所监测的信息进行初步处理后,以多跳中继的无线方式把数据传到汇聚节点,然后经过卫星、互联网或移动通信网络等途径到达终端用户管理节点。终端用户也可以通过管理节点对传感器网络进行管理和配置,发布监测任务或收集处理回传的信息 [3] 。图 1传感器节点通常是一个带外围传感器的低功耗嵌入式 MCU,电池供电,计算和通信能力有限。节点具有终端采集和路由双重功能 , 除了进行本地信息收集和数据处理外,还要对其他节点转发过来的数据进行存储、管理和融合等处理。数据沿着节点逐跳进行传输,在传输过程中可能被多个节点处理,经过多跳路由最后传到汇聚节点 [4] 。汇聚节点又称网关节点,其数据处理能力、存储能力和通信能力相对较强,连接传感器网络与 Internet 和 GPRS 等外部网络 , 可以将节点传递过来的数据转发至外部网络,同时也能发布用户的监测任务至各个节点。汇聚节点可以是一个具有增强功能的普通传感器节点(足够的能量供给、更多的内存计算资源 ),也可以是一个仅带无线通信接口没监测功能的特殊网关设备。2.2 ZigBee 技术简介在短距离无线通信技术中,蓝牙、WIFI、超宽带及 ZigBee 技术等均能应用 WSN,并展现出各自的应用其中,,ZigBee 技术是基于 IEEE802.15.4 标准的关于无线组网、安全和应用等方面的技术标准,被广泛应用在无线传感网络的组建中, 其特点 [ 3] 为:1)自动组网,网络容量大,ZigBee 可容纳多达 65000 个节点,任意节点之间都可进行通讯。网络有星型、簇树型和网状型网络结构 , 节点加入、撤出或失效时网络具有自动修复功能。 2)工作频段灵活,数据传输速率低。在 868MHz,915MHz 和 2.4GHzdeng3 个无需申请的 ISM 频段,对应的数据传输率为 20~250kb/s,满足低速率数据传输的应用要求。3)模块功耗低。两节 5 号干电池可以支撑一个节点使用 180-730 天的时间,免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。4)成本低。由于协议简单,数据传输率低且工作于全球免费频段,仅需要前期的模块费用。此外 ZigBee 还具有延时短、安全和可靠性好等特点,使得 ZigBee 与无线传感网络完美的结合在一起。目前,基于 ZigBee 的无线传感网络技术在现代农业中的信息采集及远程监控领域有着广泛的应用。3、WSN 在现代化农业应用中的优势农作物的生长受到包括土壤的水分、有机质含量、酸碱度、光照度和温湿度等各种环境因素的影响。基于传统人工测量和报送的信息采集模式满足不了现代化农业生产和管理的要求。如果在农田中铺设基于有线网络的传感系统,则不便于农田的耕作, 而且成本也较高,可靠性差 [5]。无线传感网络能有效避免这些缺陷,在现代化农业应用中有如下优势:传感器节点体积小,在农田或温室大棚里布置方便,不影响耕作;节点功耗低,在不更换电池的情况下能工作 180 -730 天的时间,基本能覆盖绝大部分农作物的一个耕作周期;不会对环境带来入侵时干扰,特别适合于牲畜家禽及其栖息地的无人干扰监测;节点除了具有监测功能外,还能实现定位;节点价格便宜,架设整套系统成本不高;网络的自组性、健壮性和抗毁性提供了快速部署网络的可能;适用于布线和电源供给困难的区域或恶劣环境中;网络一经部署常年适用,维护简单。4、WSN 应用于农业的关键问题虽然 WSN 在农业相关领域有了相当多的应有 ,但由于它是一门新兴的科学 ,其自身还有很多问题有
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