系统总体设计方案优化

①系统体系结构

精准农业与无线传感器网络

基于无线传感器网络的农业环境监测系统由无线传感器节点、无线网关和监测中心服务器三部分组成。ZigBee明确定义了星形、簇状和网状3种拓扑结构。为减小能量损耗和数据包丢失,本书讲解的农业环境监测系流采用的是簇状网络拓扑结构和层次路由协议。具体做法是将监测目标区域中的所有传感器节点分为若干个簇,每个簇相当于是一块较为固定的自组织网络。簇的范围由网络覆盖面积的实际情况决定。根据传感器节点在网络中扮演角色的不同,又将它们分为底层普通节点、簇首以及网络协调器3种类型。底层普通节点将采集到的数据跳传至本簇的簇首,簇首主要完成数据融合和数据包转寄,可以将其所辖簇的底层普通节点采集的数据融合处理并发送给就近的网络协调器,同时还可以将网络协调器发送给其数据包并向其所辖的簇广播。簇首应位于所划分簇的较为中心的位置,使得每个节点和它的传输距离大致相同,各个节点的功耗分布较为均匀,从而避免某些节点由于传输距离较远而造成能量的过多消耗。网络协调器主要负责建网以及设备注册和访问控制等基本的网络管理功能。农业环境监测系统的体系结构如图8.4所示。

(www.xing528.com)

ZigBee概述

图8.4　农业环境监测系统的体系结构

②系统工作过程

系统工作时首先由监测中心服务器发出对农田环境各项指标进行查询的请求命令,这些请求命令通过Internet和GPRS网络传到网关节点。然后网关节点根据请求命令的具体要求,选择对应的网络协调器,接着网络协调器根据命令选择所要查询的簇,当簇首节点收到控制命令以后,唤醒并激活本簇内的所有节点,进行数据采集和通信。节点及时采集数据,数据经过数模转换后发送给本簇的簇首节点,簇首节点对传来的数据进行融合,然后将融合后的数据发回到网关节点,数据继而通过外部网络传给监测中心服务器。监测中心服务器对数据进行处理、分析,并存入环境信息数据库,为以后的分析决策提供数据资源。