无线传感器网络在农业中的应用

杨斌　沈朗　杨春俊

摘要：我国是农业大国，农业的发展影响着社会经济的发展，为了加快农业的发展步伐，大量高科技被运用到农业中，其中无线传感器网络也被有效地运用到农业生产中。文章就无线传感器网络的应用现状、无线传感器网络在农业技术中的应用等一系列问题进行了阐述。

关键词：无线传感器网络；农业；数据整合；节点部署；路由算法 文献标识码：A

中图分类号：TP212 文章编号：1009-2374（2015）29-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.023

1 无线传感器网络的应用现状

无线传感器网络（WSN）具有极大的使用价值，无线传感器网络最早被运用于军事工业、国家安全、农业、环境监测等领域。美国国防部及其各军事部门还专门设立一系列的军事传感网络研究项目，对无线传感网络进行详细的研究。2002年，无线传感器网络被应用于民用领域。Intel公司公布了一项全新的关于WSN新型计算规划，主要研究WSN在预防医学、环境监测、森林灭火、海底板块调查、行星探查等多领域的运用。2003年，美国《商业周刊》未来技术专版，无线传感器网络被列入未来四大新技术之中。美国《今日防务》杂志刊登了无线传感器网络，给予无线传感器网络高度评价，它会引起一场划时代的军事技术变革。继美国之后，英国、日本、意大利、中国等也纷纷加入研究WSN的行列。2006年，中国下一代互联网示范工程（CNGI）研发项目中就有无线传感网络。随着各国对无线传感器网络的深入研究，无线传感器网络已经成为当前社会中一种新的通信模式，对科技的发展产生了重要的影响。无线传感器网络也被广泛应用到农业中，为农民服务。

2 无线传感器网络在农业中的应用

无线传感器网络是一项全新的通信技术，对于它的研究和应用还处于初步阶段，为了使其发挥最大功效，我们还需继续研究，不断为农业生产服务。

2.1 WSN的数据整合

WSN数据融合能减少网络中的数据传输量，大量节省传感器节点的能量，最终能够延长WSN的使用时间。在采集数据时，由于WSN中传感器节点布置稠密，相邻节点采集获得的信息很相似，可以有效地利用节点的本地计算能力、存储能力，处理大部分数据、信息，除掉多余的信息，这种处理方式称作数据融合。

2.2 WSN的节点部署

在工作中，WSN中各传感器节点可动态进行布控，传感器节点会因电池能量的耗尽或其他原因而停止工作，其他传感器节点也会因临时的工作需要而被增添到网络中。基于此可知，WSN传感器节点具有动态的拓扑组织功能。如图1：

图1 传感节点硬件构成

2.3 WSN的路由算法

WSN路由协议的工作主要是在传感器节点与Sink节点间设立路由，以便于数据传递。WSN路由应用于农业中会受到能耗、网络负载情况、网络拓扑结构动态变化、网络增加节点数、数据融合等因素影响。当前，农业设施也一步步改善，对于应用于农业的WSN路由也提出了更高的要求，需设计出更新型的路由协议，以适应快速发展的农业需要，使路由协议发挥最大功效。对此，华南农业大学肖德琴对新型路由协议做了研究，提出“基于精细化梯度的能量有效动态水分传感器网络查询的算法”，这样能减少网络的能耗，让路由协议更好地为农业服务。

2.4 WSN的节能问题

无线传感器网络应用在农业中需要大量的电池支持运行，传感器节点数量多、密集。在工作时，我们时常更换电池会很麻烦，经常更换电池会影响无线传感器网络的运行工作。为此，如何提高电池利用率和有效地节能是我们急需克服的问题。一些学者对节能问题作了研究，也提出了一些好的节能办法。总的概括为改变路由方式和优化路由算法。

2.4.1 改变路由方式：纪金堡倡导“A-LEACH”协议路由方式，能优化MAC层协议。该协议方式主要关注节点剩余量等方面的簇头选择方法，延长了网络的运用时间，有效地提高了网络能量的利用效率。

2.4.2 优化路由算法：崔海霞等人改进了S-MAC协议，节点设置在侦听与睡眠间互相切换，大大减少干扰的面积，节省大量的能量，在侦听时用最有优势的发生功率发送数据和操控信息。

3 无线传感器网络引起重视的问题

当前，为了很好地将WSN广泛应用到农业中，研究者对WSN的研究已经取得了一些成绩。但是随着科技的不断发展，WSN的一些问题也随之而产生，我们需要用发展的、动态的眼光看待WSN，不断发现新问题，不断解决新问题，推动WSN的快速发展。

（1）WSN与互联网协议之间的相融问题，特别需要注意的是无线传感器网络与IPv6网络的相融问题。（2）迫切需要研发新型低功耗传感器：当前使用的传感器节点主要是针对气温温度节点、土壤温湿度节点、土壤电导节点、光照度、二氧化碳浓度等，这些节点监测的信息不能面面俱到，它们只能监测到生物生长的一些环境信息。除此之外，一些传感器需要大量的工作电压（茎流传感器、茎杆直径变化量传感器），一些电池是无法支持其运行的。为此，我们需要研制出一款新型低功耗传感器。（3）WSN网络安全问题。WSN网络安全问题是值得注意的问题，研究者应该研究出一些安全措施，辅助WSN使用，如密码技术、密钥管理、入侵检测、安全路由等安全措施辅助WSN工作。（4）WSN传感器节点的定位问题。在WSN工作时，如何定位传感器节点也是急需解决的问题，因为传感器节点会在WSN使用中增加或受到一些干扰而停止工作。只有科学地定位传感器节点，准确掌握传感器节点的位置，才能在事故发生时及时予以解决。（5）WSN 3G通信技术的应用。当前，3G技术被广泛地应用到移动网络中，3G技术能传递数据、视频、音频等信息，把3G技术有效地使到WSN中可以提升系统的容量、提高通信的质量、提升传输的速度。我们将努力把WSN与Internet联系起来，为移动终端客户提供更优质的服务。（6）覆盖和连通问题是节点部署的重要问题：当前，我们在二维结构下部署传感器节点，将来会在三维结构中布置传感器节点，那么所面临的困难就会更大。为此，我们要重视对传感器节点部署问题的研究，制造出更好的感知模型研究传感器节点的部署。

4 结语

我国是一个农业大国，无线传感器网络又对农业发展有极高的应用价值，为此，我们极为重视无线传感器网络。国家和一些研究机构投入很大的精力去研究无线传感器网络技术，相信随着研究的逐渐深入，无线传感器网络的使用范围会越来越广，无线传感器网络的前景会越来越好。

参考文献

[1] 杜晓明，陈岩.无线传感器网络在温室农业监测中的应用[J].农机化研究，2009，31（6）.

[2] 孙程光.基于无线传感器网络的智能温室系统设计

[J].天津工程师范学院学报，2007，17（4）.

[3] 韩华峰，杜克明，孙忠富，等.基于Zig Bee网络的温室环境远程监控系统设计与应用[J].农业工程学报，2009，（25）.

作者简介：杨斌（1977-），陕西扶风人，云南省电子工业研究所工程师，研究方向：电子技术。

（责任编辑：陈 倩）