面向农业物联网的无线传感器网络综述

苏晓军

（宁夏大学物理与电子电气工程学院宁夏银川750021）

面向农业物联网的无线传感器网络综述

苏晓军

（宁夏大学物理与电子电气工程学院宁夏银川750021）

本文在结合了国内外研究的基础上，从技术到应用各方面论述了无线传感器网络与农业物联网之间的关系。从而得出了农业物联网与无线传感器网络之间的实际应用关系。本文还论述了农业物联网中所采用的农作物信息采集节点、采集节点之间的网络连通方式及通信协议等关键性技术，基于无线传感器网络提出了在农业环境监控系统应用的结构。本文还给出了现阶段无线传感器网络存在的不足和将来的发展方向。

无线传感器网络；农业物联网；信息采集系统

1 引言

无线传感器网络（WSN）具有自组网、规模大、可靠性高、低传输延时、低功耗、低成本等显著优点，因此得到了国内外相关行业的大力关注。目前WSN已被充分用于工业、军事、智能家居、医疗、农业、环境保护等各个领域。

2 无线传感器网络的组成结构

虽然针对具体应用，可以为基于WSN的农业物联网系统配置特定的体系结构，但是本质上，WSN在实时监测大田中的各种环境时应用结构如图1所示。

图1 基于无线传感网络的农业环境监控系统的基本结构

在WSN的内部，每个节点既可以作为信息流的发送者或者接受者甚至可以作为路由。传感器节点所探测到的信息经过多跳的形式转发，将其传送给网关，最终将信息发送给用户。如果传输距离比较远则借助广域网进行互联，其中，网关就是传感器感知网和广域网之间的桥梁。

3 无线传感器网络的关键技术

3.1 信息采集系统

不同的建模方法将会使得WSN具有不同的特点。基于簇树结构的建模一般是为WSN在农业服务所建立的。簇树结构的建模是一个十分灵活的框架，同时此模型将WSN的节点和功能分层了，这也就导致了簇头的节点会传输大量的数据流，这就导致能耗非常大，因此，不适用于随机分布并且是动态的WSN。因此一般根据不同的农业物联网要求，建立不用的网络模型。

在满足以上要求的同时，由于WSN的能耗要很低，同时其无线传输的距离也是很短的特点，因此WSN的存储一般是在网络外部存储。

3.2 网络服务

3.2.1 时间同步

由于之前无线网是不考虑能量节约的故其时间同步算法一般是只考虑将同步误差做到最小。现如今在农业物联网由于能量有限故一般采用基于接收端-接收端的同步算法、基于发送端-接收端的单向同步算法和双向同步算法相互融合的方法。

3.2.2 网络节点定位及网络拓扑

网络节点定位是为了帮助用户找到所控制的区域，当前定位技术主要有两种：①基于测距离的定位算法，此算法的定位精度高，但是用此类算法时对WSN的硬件设备的要求很高。②非测距定位算法。此算法的优缺点正好和基于测距定位算法相反。

WSN拓扑控制方法主要可以分为两类：层次型拓扑控制和功率控制。层次型拓扑是选择其中一部分节点当做簇头节点，由簇头节点形成数据转发和处理的传输体系。功率控制通过调整无线网络中所有节点的发射功率，均衡节点数量和网络能耗。

3.2.3 网络安全

WSN由于是撒在野外并且节点容易被损坏，甚至节点能量消耗完毕后将被报废。同时也由于每个节点可以随意移动，并且这些节点可以互相为路由这就导致了传统网络中的安全机制不适用于WSN。

4 无线传感器网络在农业物联网中应用存在问题及发展方向

4.1 感知问题及发展方向

目前，农业中应用的传感器种类有限，主要集中在空气温湿度、土壤温湿度、土壤电导率、光照度、二氧化碳浓度等，不能感知生物生长所需的全部环境信息。

今后的发展方向将是全面感知，WSN作为农业物联网的基层，承担着全部农业的信息感知，是农业物联网的核心。

4.2 传感器的即插即用问题及发展方向

WSN使得农业物联网智能化程度不断提高，所用到的传感器越来越多，而不同厂家的传感器之间兼容性很不好。无法实现传感器在WSN中的即插即用，从而影响WSN在监测农业环境中的应用。

今后的发展方向将是设计专用的传感器节点，此节点可以包容各种类型传感器，并对其进行统一化从而实现信息传递。

4.3 控制软件问题及发展方向

现如今研究农业物联网的各个团队基本上都有自己的一套控制软件，且界面、功能上都不尽相同。软件的使用者一般是农民，没有经过专业的培训，不了解软件编辑者的意图，这就导致了难以满足农业生产者的需求。

今后发展方向：优化软件的设计，校正传感器数据，并实现数据融合分析技术。实现一个比较友好智能的人机互动界面。

5 结论

自从温总理在2009年视察无锡时提出的“感知中国”的理念，物联网就在中国引起了高度重视，这就使得WSN在中国得到了快速的发展。同时基于WSN的物联网也被评为可以改变世界核心的力量，是未来世界发展的一个重要指标。故发展WSN具有很重要的应用前景和社会意义。

[1]钟钢.国内外温室发展历程、现状及趋势[J].农业科技与装备，2013，09：68～69.

[2]刘民静.基于ZigBee无线传感器网络的作物生长环境监控系统[D].济南大学，2014.

TP212.9

A

1004-7344（2016）28-0278-01

2016-9-16

苏晓军（1988-），男，河北石家庄人，在读研究生，主要从事农业物联网研究工作。