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1、基于无线传感器网络的果园生态环境监测关键技术研究 摘要无线传感器网络是传感器技术与无线通信技术的结合产物,它具有低能耗、低成本、自组织、部署方便、组网灵活等优点。通过对果园生态环境系统采用无线传感器网络计策技术，使果园得到更加高效的信息采集，实时监控。本文首先介绍了无线传感器网络的研究意义和发展现状，同时介绍了有关无线传感器网络的相关知识和关键技术，并对部分关键技术进行了分析和研究，最后本文提出基于无线传感器网络的果园生态环境监测关键技术研究。关键词：无线传感器网络;生态环境系统监测;分簇算法;MAC协议;数据融合;拓扑结构THE KEY TECHNOLOGY RESEARCH OF GARD
2、EN ECOLOGICAL ENVIRONMENT MONITORING BASED ON WIRELESS SENSOR NETWORKABSTRACTWireless sensor network (WSN) is a combination of sensor technology and wireless communication technology, it has low energy consumption, low cost, self-organization, easy deployment, flexible networking, etc. Through the o
3、rchard ecological environment system using wireless sensor network plan technology, make the orchard gets more efficient information acquisition, real-time monitoring. This paper first introduces the research significance and current situation of the development of wireless sensor network (WSN), at
4、the same time introduced the relevant knowledge about the wireless sensor network and the key technology, and analyzed the key technologies and research, finally in this paper, based on wireless sensor network (WSN) of orchard ecological environment monitoring key technology research.KEY WORDS: Wire
5、less sensor network (WSN); Ecological environment monitoring system; Clustering algorithm; MAC protocols; Data fusion; topology目录1绪论31.1本课题的研究背景31.2本课题的研究目的及意义31.3 本文的主要工作31.4本文的组织结构32无线传感器网络的研究现状32.1国外研究现状32.2国内研究现状33无线传感器网络概述33.1无线传感器网络简介33.2无线传感器网络的特点33.3无线传感器网络的部分关键技术33.3.1分簇算法与结构33.3.2 MAC协议33.
6、3.3数据融合34基于无线传感器网络的果园生态环境监测关键技术研究34.1数据帧格式设计34.2非均匀节点布放的链式拓扑结构设计34.3山地果园分簇拓扑结构设计34.4拟采用分簇算法构思35总结3III基于无线传感器网络的果园生态环境监测关键技术研究1绪论1.1本课题的研究背景随着无线传感器网络技术的发展，越来越多的领域开始应用此技术，无线传感器网络技术在农业领域的应用也变得更加普遍。我国现阶段大力发展农业信息化产业，在果园种植领域，农业信息化的普及程度正在随着信息技术的进步而逐步提升。在此背景下，将无线传感器网络技术应用于果园生态环境已成为未来果园环境监测技术的发展趋势。当今世界，随着计算机
7、技术与无线通信技术的不断进步，人类在探索复合技术的道路上不断开拓出新的领域，对于无限传感器网络来而言，作为一项新兴技术，尤其是在我国，正在得到越来越多的人的重视和研究。我国在无线传感器网络技术领域虽然起步较晚，但在国家的大力支持下，无线传感器网络正在成为一项吸引无数相关研究人员和技术爱好者与不断探索和研发的技术。它在中国这个以技术为创新为重点的国家已经找到了合适的生存土壤。在我们生活中的给各个领域，已经逐渐出现无线传感器网络的身影。在与我国传统农业相结合的领域中，其巨大的发展潜力和广阔的应用前景正在让更多的人投入到这项研究中来。1.2本课题的研究目的及意义本课题的研究目的是为了根据已有的无线传
8、感器网络的关键技术构建出一种理论上可行的基于无线传感器网络的果园生态环境监测的关键技术。无线传感器网络技术与果园生态环境相结合，对于当今无线传感器网络的应用，是一个具有巨大拓展潜力的农业信息化应用。通过对果园环境的智能监测，不仅可以为未来的无线传感器网络技术提供更大的发展空间，更有利于我国的农业现代化建设。本文的研究在发展和探索基于果园生态环境的无线传感器网络监测技术上提出了个别改进建议，为今后果园生态环境监测的发展提供了一种可能。同时，对于无线传感器网络的应用拓展也起到了积极的作用。无线传感网络的巨大优势，是通过对特定区域内环境数据的信息采集而体现出的。为了让其优势在果园生态环境中得到进一步
9、体现，在认识其相关理论知识的基础上，更要对果园生态环境有一个全面而具体的认知。由于果园生态环境的特殊性，在这一领域内研究无限传感器网络技术的研究人员并不多，因此相关技术创新和改进理论并不十分丰富。为了让无线传感器网络技术在果园生态环境监测领域内有更大的发展，本文通过研究无线传感器网络的部分关键技术，让其适应果园的特殊环境并作出改进，为日后的研究提供了一种理论思想，也提供了一条可供参考的实现途径。1.3 本文的主要工作本文的主要内容如下：1、分别对国内，国外研究现状进行介绍，通过比较而得出相关结论，对国内外无线传感器网络的研究现状有了更加全面的认识。2、对于无线传感器网络最基本的理论体系，包括对
10、无线传感器网络的架构，传感器节点的构成以及无线传感器网络的拓扑结构做出了详细的阐述。3、详细说明了无线传感器网络中出现的关键性技术，包括无线传感器网络中的分簇算法与结构、MAC协议以及数据融合技术。4、设计和构思了果园环境监测所需要的关键技术，包含对数据帧的重新设计，设计出两种适用于不同果园生态环境的分簇拓扑结构，最后对采用HEED分簇算法应用于果园生态环境监测进行了论述。1.4本文的组织结构为了更加明确的阐述本文所涉及到的研究内容，本节按以下章节分别介绍：第一章：绪论，主要介绍了基于无线传感器网络的果园生态环境关键技术的研究背景、研究目的及意义、文章的主要工作内容。第二章：无线传感器网络的研
11、究现状，主要介绍了国内外现阶段无线传感器网络的研究成果。第三章：无线传感器网络概述，包括无线传感器技术的简介，无线传感器网络的特点，一部分无线传感器网络中用到的关键技术的论述。第四章：构思出在果园生态环境中应用的无线传感器网络的关键技术，包含果园生态环境的数据帧，设计两种基于不同果园环境的分簇拓扑结构，提出利用HEED分簇算法设计果园生态环境的理论依据。2无线传感器网络的研究现状 无线传感器网络在国内外的研究中得到了全面而广泛的重视。因而不断有新的无线传感器网络理论提出，本章对国内外的相关研究成果做出了归纳整理，并对国内外研究现状的差异给出了适当结论。美国“智慧地球”、日本“u-Japan”、
12、韩国“IT839”、韩国三星集团“U-City”计划、中国“感知中国”战略已全面开展。国内外一些地区/国家的无线传感器网络研究的主要项目及进展参见下表。2.1国外研究现状表2-1 无线传感器网络主要项目及进展计划名称研究内容与进展资助部门承担单位起止年代“地球中枢系统”（CeNSE）通过各种网络实现与计算机系统、软件和服务的连接。预计将在全球范围内安装一万亿个微型传感器惠普公司惠普公司20092018EYES自组织和协作有效能量的传感器网络，研究无线传感器网络的架构、节点的协作、网络协议和安全等欧盟欧盟2002第七框架计划ICT 20092010年工作计划开发系统架构、硬件/软件集成平台和工程
13、方法，有助于工厂、建筑和大型基础设施（包括环境管理系统）实现更好的可靠性、安全性、成本和能源效率欧盟欧盟20092010国外研制的无线传感器网络拓扑算法包括统一功率分配算法,如COMPOW,基于节点度数的算法,LINT/LILT和LMN和LMA,;基于邻近图的近似算法,如DRNG和DLSS,等 在层次型拓扑控制方面,提出了TopDisc闭成簇算法,以及LEACH和HEED等自组织成簇算法。另外研究人员提出一些带有节点激活/休眠机制等方式来控制网络拓扑的算法,如GAf基于虚拟地理网格分簇算法、STEM、ASCENT等比较经典的拓扑控制算法。2.2国内研究现状表2-2中国无线传感器网络项目计划名称
14、研究内容与进展资助部门承担/参与起止年代“新一代宽带无线通信网”国家重大专项研制具有海量通信能力的新一代宽带蜂窝移动通信系统，低成本广泛覆盖的宽带无线通信接入系统、近距离无线互联系统与传感器网络。中华人民共和国工业和信息化部（简称工信部）企业、高校、研究所单位共同参与2008下一代互联网示范工程充分利用并优化CNGI骨干网、驻地网基础设施，继续推动下一代互联网在科研、运营以及重要行业的应用。中华人民共和国国家发展和改革委员会（简称发改委）企业、高校、研究所2003三网融合演进技术与系统研究重点研究面向三网融合的新型网络体系架构，支持用户宽带演进到100M/s的光纤、无线、同轴接入网络的体系标准
15、、核心装备和核心技术国家高技术研究发展计划（“863”计划）高校、研究所、企业20112013我国的很多知名大学和院校在中国科学院的带领下，对无线传感器网络技术进行了不断地探讨和研究。中国科学院凭借其在芯片技术，计算机技术，软件技术，无线通信技术的各方面相关技术的优势，攻坚克难，对无线传感器网络的部分关键技术的研究达到了比较成熟的程度。并结合我国实际需求，设计出了种种无线传感器网络的应用平台，并使之应用在各个相关领域之中。无线传感器网络技术在我国作为一个新兴产业，虽然还不够成熟，对于设计开发无线传感器网络的拓扑控制技术还有待加强，对算法的研究和改进也只是参照国外无线传感器领域的研究成果。但随着我国信息化产业技术的日趋成熟，无线传感器网络一定会越发普遍。
