無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

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1、第21卷增刊農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)Vol.21Supp2322005年12月TransactionsoftheCSAEDec.2005無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用11,2111喬曉軍,張　馨,王　成,任　東,何秀紅(1.國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心,北京100089;2.武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,武漢450002)摘　要:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)于一體,是多學(xué)科高度交叉的、知識(shí)高度集中的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域,因其廣闊的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。該文綜

2、述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成、體系結(jié)構(gòu)、研究熱點(diǎn),以及在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀,針對(duì)性地提出在溫室、節(jié)水灌溉、畜牧等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方案與思路,為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用拓寬思路,爭取早日將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)投入到農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);農(nóng)業(yè)應(yīng)用;無線傳感器節(jié)中圖分類號(hào):S126文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):100226819(2005)S20232203喬曉軍,張　馨,王　成,等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(S):232-234.QiaoXiaoj

3、un,ZhangXin,WangCheng,etal.Applicationofthewirelesssensornetworksinagriculture[J].TransactionsoftheCSAE,2005,21(Supp):232-234.(inChinesewithEnglishabstract)發(fā)送給各節(jié)點(diǎn),匯聚節(jié)點(diǎn)直接與互聯(lián)網(wǎng)PC或無線方式0　引　言相連,通過互聯(lián)網(wǎng)或無線方式實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)(即用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)戶)與傳感器之間的通信。(MEMS)技術(shù)、無線通信技術(shù)

4、、嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)于一體,因其廣闊的應(yīng)用前景而成為當(dāng)今世界上備受關(guān)注的、多學(xué)科高度交叉的的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。2003年MIT技術(shù)評(píng)論TechnologyReview在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中,將其列為改變世界的10大新[1]技術(shù)之一。農(nóng)業(yè)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重要領(lǐng)域,目前還沒有得到應(yīng)有的重視。本文在簡介無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)介紹其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用拓寬思路,爭取早日將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)圖1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)廣泛的投入到農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。Fig.1Structu

5、reofwirelesssensornetworks1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1.2　傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與真實(shí)物理在不同應(yīng)用中,節(jié)點(diǎn)的組成略有不同(見圖2),但都世界融合在一起,將改變?nèi)伺c自然交互的方式,具有資包括以下基本單元:傳感器單元(傳感器及相關(guān)信號(hào)調(diào)源限制、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、以數(shù)據(jù)為中心、節(jié)點(diǎn)數(shù)量大密度理和數(shù)模轉(zhuǎn)換等)、處理單元(CPU、存儲(chǔ)器、嵌入式操高等特點(diǎn)。作系統(tǒng))、通信單元及電源(包括相關(guān)電源管理)[3]。此外1.1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)定位系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電源自供

6、電裝置及復(fù)雜無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示,網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)信號(hào)處理(包括聲音、圖像、數(shù)據(jù)處理及信息融合)即圖點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集處理決策部分及分散用戶中虛線所示,可以根據(jù)不同的應(yīng)用做出取舍。[2]接收裝置。傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在感知區(qū)域內(nèi),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以采集數(shù)據(jù),并采用自組多跳路由無線方式把數(shù)據(jù)傳到匯聚節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)關(guān)),同時(shí)匯聚節(jié)點(diǎn)也可以將信息收稿日期:2005209226基金項(xiàng)目:農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(05EFN211100002);北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目(Z0005190040831)聯(lián)合資助作者簡介:

7、喬曉軍(1965-),男,博士,副研究員,主要從事農(nóng)業(yè)設(shè)施智能控制系統(tǒng)和蔬菜專家系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用工作。北京　國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心,100089。Email:qiaoxj@nercita.org.cn;圖2　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成xjqiao@263.netFig.2Configurationofwirelesssensornetworks'node?1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.　增刊喬曉軍等:無線傳感器網(wǎng)

8、絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用2331.3　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)化,利用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)控制裝置的網(wǎng)絡(luò)化,從而達(dá)到現(xiàn)場組目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)都是圍繞網(wǎng)絡(luò)體網(wǎng)方便、增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高[4]系結(jié)構(gòu)(圖3)展開的,主要包括網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議模塊中經(jīng)濟(jì)效益的目的。系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)見圖4。的鏈路層MAC協(xié)議研究、網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議研究、節(jié)點(diǎn)研究;網(wǎng)絡(luò)管理模塊中的網(wǎng)絡(luò)安全性健壯性研究、網(wǎng)絡(luò)及節(jié)點(diǎn)功耗研究;應(yīng)用支撐模塊的時(shí)間同步研究、定位研究、多傳