基于WSN路由算法优化的温室智能监控系统研究

秦 芹

(保定学院，河北 保定 071000)

0 引言

对于温室智能监控系统的研究，国外起步较早。20世纪60年代，国外就开始对智能温室监控的相关技术进行研究，发展至今，技术已经相对成熟。目前，一些发达国家的温室系统基本实现了自动化和智能化监控。我国的智能温室监控系统起步较晚，20世纪90年代末开始研究，目前很多应用还处于研究阶段，没有实现大范围的普及。在智能温室监控系统中，在智能温室的实际量化投入使用过程中，无线传感网络的合理应用也是重要的环节，而无线传感网络(Wireless Sensor Network，WSN)中的节点能量损耗问题一直是研究的关键问题[1]。路由协议的设计与优化是影响WSN能耗的关键因素之一[2]。因此，通过对路由协议进行合理优化，能够有效降低节点和无线网络能量损耗，为WSN投入实际应用提供理论依据。

1 智能温室系统的整体结构

1.1 智能温室系统的整体架构

智能温室系统主要通过在现场布置大量传感器，对温室的环境信息进行采集。首先，将采集信息通过传入汇聚节点。其次，汇聚节点将数据传送至网关。最后，网关将接收到数据进行分析和处理，根据信息的变化，启动联动装置或将信息传至前端，具体如图1所示。

图1 整体架构

1.2 WSN的能量消耗

WSN中，如何降低节点能耗是无线传感网络[3]投入使用的瓶颈，影响能耗的因素有很多，如发送/接收功率、发送/接收数据频率等[4]。在整个网络系统中，存在能耗不均问题，如汇聚节点由于承担着局部数据交换功能，因此汇聚节点的能耗往往最高[5]。具体的单个能耗的计算公式如公式1所示：

Ea=PTX*ttx+PRX*trx+Pctc

(公式1)

其中，Ea代表系统总体能量；PTX代表发送功率；ttx代表发送数据时间；PRX代表接收功率；trx代表接收数据时间；Pc代表状态切换功率；tc代表状态切换时间。

针对上述问题，本系统针对目前无线传感网中中间节点能量损耗大、节点能量损耗不均衡问题，对当前的异构路由分簇算法-SEP进行研究分析，并做了相应改进。

2 研究的主要内容

本课题针对目前WSN中中间节点能量损耗大、节点能量损耗不均衡问题，对当前常见的WSN路由协议进行研究分析，从以下两个方面对异构路由分簇算法-SEP进行改进。

(1)对簇头选举方式进行改进，提出了最低能量轮换选举算法。第一轮节点分组按照相对距离进行分组，当组内能量最高节点的能量低于要求的下限值时，才会放弃簇头，再次进行就近结组，从而保证了因频繁更换簇头而造成能量的浪费。

(2)提出移动汇聚节点的选择，通过信息采集量的多少计算局部汇聚节点的位置，从而改进了汇聚节点不变，导致能量损耗过大的问题，从而达到减少路由中能量损耗目的。

3 改进算法仿真

通过对路由协议进行合理优化，能够有效降低节点和无线网络能量损耗，为无线传感网投入实际应用提供理论依据。改进之后的SEP算法仿真结果如图2—3所示。改进之后的能量消耗对比如图4所示。

4 结语

本文对异构路由分簇算法-SEP进行分析和研究，并提出了改进方法。通过Matlab仿真结果可以看出，系统能耗得到了有效地降低。在今后的工作中将进一步研究相关算法，使智能温室控制系统能够满足我国实际应用的需要。

图2 随机分布节点

图3 簇头选举结果

图4 能量消耗对比