2.2农业无线传感网络

农业无线传感网络无线传感器网络的体系结构23蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术介绍农业无线传感器网络对比分析45WSN在农业中的应用6小结1概述1.1无线传感器网络无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。1概述1.2无线传感器网络特点无线传感器网络（WSN）是一种无中心节点的全分布式系统。通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监控区域。这些传感器节点集成有传感器、数据处理单元、通信模块和能源单元，它们通过无线信道相连，自组织地构成网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被监测对象的信息并发送给观察者。无线传感器网络集传感器技术、微机电系统（MEMS）技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，因其广阔的应用前景而成为当今世界上备受关注的、多学科高度交叉的热点研究领域。1.3无线传感器网络构成“传感器、感知对象和观察者”构成了网络的三个要素。这里说的传感器，并不是传统意义上的单纯的对物理信号进行感知并转化为数字信号的传感器，它是将传感器模块、数据处理模块和无线通信模块集成在一块很小的物理单元，即传感器节点上，功能比传统的传感器增强了许多，不仅能够对环境信息进行感知，而且具有数据处理及无线通信的功能。借助传感器节点中内置的形式多样的传感器件，可以测量所在环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号等信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等等众多我们感兴趣的物质现象。无线传感器网络是一种全新的信息获取和信息处理模式1概述1.4无线传感器网络研究特点无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉。随着传感器成本的降低以及相关问题解决方案的不断优化，如能耗更加小和数据融合算法、节点定位算法的不断完善，以及更加优秀的无线射频模块，无线传感器网络将会在农业领域有更广泛的应用。

农业无线传感网络无线传感器网络的体系结构23蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术介绍农业无线传感器网络对比分析45WSN在农业中的应用6小结1概述2.1无线传感器网络拓扑结构无线传感器网络系统通常包括传感器节点（Sensornode）、汇聚节点（Sinknode）和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域（Sensorfield）内部或附近，能通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星达到管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。2无线传感器网络的体系结构2.2无线传感器网络节点结构传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行时所需的能量，通常采用微型电。2无线传感器网络的体系结构

农业无线传感网络无线传感器网络的体系结构23蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术介绍农业无线传感器网络对比分析45WSN在农业中的应用6小结1概述3.1蓝牙爱立信在1994年开始研究一种能使手机与其附件（如耳机）之间互相通信的无线模块，4年后，爱立信、诺基亚、IBM等公司共同推出了蓝牙技术，主要用于通信和信息设备的无线连接。蓝牙工作频率为2.4GHz，有效范围大约在10m半径内。在此范围内，采用蓝牙技术的多台设备，如手机、微机、激光打印机等能够无线互联，以约1Mb/s的速率相互传递数据，并能方便地接入互联网。随着蓝牙芯片价格和耗电量的不断降低，蓝牙已成为许多高端PDA和手机的必备功能。蓝牙技术的应用主要有以下3类：

1）语音/数据接入，主要是指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上完成与广域网的联接。2）外围设备互连，主要是指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。3）个人局域网，主要用于个人网络与信息的共享与交换。采用蓝牙技术的设备使用方便，可自由移动。与无线局域网相比，蓝牙无线系统更小、更轻薄，成本及功耗更低，信号的抗干扰能力强。3蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术简介3.2Wi-fiWi-Fi（WirelessFidelity，无线高保真）也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE802.11b，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。Wi-Fi速率最高可达11Mb/s。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右，不用说家庭、办公室，就是小一点的整栋大楼也可使用。Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s的速度接入WEB。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享，Wi-Fi的连接速度一般将只有几百Kb/s。Wi-Fi的信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。3蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术简介3.3ZigBeeZigBee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，其特点为：

（1）自动组网，网络容量大。Zigbee网络可容纳多达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2.4GHz等3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，仅需要先期的模块费用。此外，ZigBee还具有时延短、安全和可靠性好等特点，使得ZigBee与无线传感器网络完美地结合在一起。目前，基于ZigBee的无线传感器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蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术简介

农业无线传感网络无线传感器网络的体系结构23蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术介绍农业无线传感器网络对比分析45WSN在农业中的应用6小结1概述

农业无线传感器网络典型参数对比4农业无线传感器网络对比分析

农业无线传感网络无线传感器网络的体系结构23蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术介绍农业无线传感器网络对比分析45WSN在农业中的应用6小结1概述5.1温室环境作用现代化温室作为一种高投人、高产出和高效益的集约化生产方式，能够通过改变环境参数创造出植物生长所需的最佳环境条件，达到增加作物产量、提高作物品质、调节作物生产周期和提高经济效益的目的。在温室应用中，采用不同的传感器节点和具有执行机构的装置(如通风设备、喷雾增湿装置、浇灌阀门、辅助照明系统和温控系统等)构成无线网络，实时监测土壤含水量、养分、空气温湿度、光照、pH值和CO2浓度等作物生长的环境信息。系统将监测数据作为自动控制的参变量，结合专家数据自动执行相应操作，将室内温、光、水、肥、气等诸因素综合协调到最佳状态，使作物始终处于最佳生长环境，确保一切生产活动科学、有序、规范和持续地进行。5WSN在农业中的应用5.2农业水文水利监测在农业水文水利监测中，由于监测区域广、项目多且大都存在无人值守或者职守人员不足的情况，特别是在突发恶劣的气候环境时很难保证相关数据及时地传递至监测中心，而可能造成重大损失。采用无线传感网络进行相关水文数据的监测预警，组网方式简单灵活，省时省力，且实时性强。低成本、低功耗、具有休眠、唤醒工作机制的传感节点，可以保证网络能长期稳定地工作在野外环境。图中该网络包括水位计、雨量计、风速仪和闸位计等测量终端节点，根据实际需要可安装在河流、水库或农田等指定地点，以野外无人值守方式工作。ZigBee中心节点可以通过GPRS/CDMA无线网络或ADSL将采集的数据送到水文水利监测管理中心。5WSN在农业中的应用5.3农田节水灌溉农作物的需水信息是实施灌溉的依据，而需水信息的实时传输则是节水灌溉控制系统中的一个难点。由于无线传感网络应用成本低、网络结构灵话、数据传输距离远等特点，设计一个切实可行的灌区无线传感网络系统，实现了农作物需水信息的无线实时传输，为实时适量灌溉提供了依据和保证。5WSN在农业中的应用5.4用于家禽健康状况及行为特征监控当禽畜出现疫情时会出现一些行为反常，如体温升高、厌食、出现反刍减弱或停止、行动迟缓等现象，若能及时发现病情及时隔离、诊断和治疗，则能有效减小疫情传播和降低损失。无线传感网络在水产养殖业及其水质监测上、农作物虫害监测、果蔬和粮食的储藏、农作物喷药和施肥等方面都得到应用。

综上所述，将无线传感器网络应用于现代农业，可以在农业生产、经营和管理过程中实现高教、实时地无人监控，能为科学生产提供可靠信息，也能进一步节省人力资源，节约人工成本，获得良好的生态效益和经济效益。5WSN在农业中的应用5.5无线传感器网络应用于现代农业的优势（1）传感器节点的体积很小且整个网络只需要部署一次，因此，部署无线传感器网络对农业环境的人为影响很小，这一点在对外来生物活动非常敏感的环境中显得尤为重要。（2）无线传感器网络节点数量大、分布密度高，每个节点可以检测到局部环境的详细信息并汇总到基站。因此，传感器网络具有数据采集量大、精度高的特点。（3）无线传感器网络节点本身具有一定的计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化进行较为复杂的监控，传感器节点还具有无线通信能力，可以在节点间进行协同监控。（4）无线传感器网络系统更适合于人不能或不宜到达的地域，节点的部署采用非人工、随机方式实施。无线传感器网络系统可以通过一套合适的通信协议保证网络在无人干预的情况下自动组网、自动运行。在节点失效等问题出现的情况下，系统能自动调整，实现无人值守。（5）无线传感器网络具有低功耗、节能、成本低、无线、自组织等特征，非常适合用于农业信息采集。5WSN在农业中的应用

农业无线传感网络无线传感器网络的体系结构23蓝牙、Wi-fi、ZigBee技术介绍农业无线传感器网络对比分析45WSN在农业中的应用6小结1概述随着无线传感器网络技术的发展，将会获得越来越多的时间序列数据。目前人们习惯的关系数据管理和空间数据为主的管理模式不适合管理大量的时空数据。为了适应无线传感器网络技术的需要必须加快时空数据处理和管理的研究，同时还需要加强原始数据中误差和不确定性的研究，加强数据存储、处理和传输过程中的质量检验和控制。无线传感器网络技术发展初期主要使用低耗电的温度、湿度等传感器，节点上的能源需求主要来自无线传输和处理器。虽然处理器和无线传输装置可以继续向微型化发展，但是无线传感器网络需要链接更多样的传感器，大量的传感器会消耗更多的