【正文】 全強(qiáng)度可控的精巧協(xié)議 與 簡化算法， 從而 滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實需求。 因為 傳感器網(wǎng)絡(luò) 的 部署環(huán)境 與 傳播介質(zhì)的開放性， 所以它 很容易受到各種攻擊。可以改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原因有多個方面，其中包括網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點之間的相對地址發(fā)生變化、某些節(jié)點的能量耗盡而死亡、新節(jié)點的加入以及某些通信鏈路中斷，需要對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整來平衡各節(jié)點的能耗，因此網(wǎng)絡(luò)中的這些動態(tài)變化就要求其具有極其強(qiáng)大的可重 構(gòu)性。因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有限的能量資源，所以無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)點設(shè)計時必須要在各種性能之間進(jìn)行取舍。若有新的節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)中或網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點能量耗盡，或者由于環(huán)境因素而導(dǎo)致節(jié)點功能失效時，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要能夠根據(jù)這些動態(tài)變化自動地進(jìn)行調(diào)整。 較強(qiáng)的自組織能力 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是隨機(jī)分布的，因此要求它能夠完成自組網(wǎng)，并且通過內(nèi)部的協(xié)調(diào)完成對信息的采集與傳輸。 廣播通信頻繁 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會不斷的變化，在某一時刻節(jié)點周圍的鄰居節(jié)點數(shù)量和各個節(jié)點之間的通信質(zhì)量也可能會發(fā)生相應(yīng)的變化，因此節(jié)點需要頻繁使用廣播方式來獲取鄰居節(jié)點的信息，鄰居節(jié)點交換能量信息以及路由 信息等。因此，需要求傳感器節(jié)點的各個元器件整體功耗比現(xiàn)有各網(wǎng)絡(luò)都要低。作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，節(jié)點除了完成數(shù)據(jù)采集這項任務(wù)之外，還需要接收鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給距離基站更近的鄰居節(jié)點；作為數(shù)據(jù)的采集者，數(shù)據(jù)采集節(jié)點可以收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，通過通信路由協(xié)議直接或間接的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的基站；作為簇頭節(jié)點，節(jié)點主要負(fù)責(zé)收集該簇內(nèi)所有節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合之后，再發(fā)送給基站。處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理自身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)；傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部信息的采集和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；無線通信模塊主要負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點進(jìn)行無線通信，交換控制信息以及收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點提供了運行所需要的能量，一般采用微型電池。 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成了 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用和監(jiān)測物理信號的不同決定了傳感器類型，從而節(jié)點的功能以及性能也會不盡相同。傳感器節(jié)點監(jiān)測到的數(shù)據(jù)跟著其他傳感器節(jié)點逐步跳躍地進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可能會被多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳之后路由到匯聚節(jié)點，最后通過互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)管理節(jié)點。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常由精簡功能設(shè)備節(jié)點、全功能設(shè)備節(jié)點、協(xié)調(diào)節(jié)點和路由節(jié)點組成。人們通過 無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)可以在任何 的 時間、地點 以及 環(huán)境條件下 獲取 詳細(xì)可靠的信息。對于蔬菜大棚的信息傳輸而言，今后需主要解決的問題是使得系統(tǒng)中傳感器的各個部分標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，從而進(jìn)一步地實現(xiàn)實時采集與分 時存儲功能。由于各控制器、傳感器系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)各不相同，因而在進(jìn)行信息傳輸時會出現(xiàn)各部件之間的不兼容。 就目前 國內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來看，溫室環(huán)境 的 控制技術(shù) 基本上 經(jīng)歷 了三個發(fā)展階段 :（ 1） 手動控制 ；（ 2） 自動控制 ；（ 3） 智能化控制 。而溫室 大棚 設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制 技術(shù) ，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè) 的 精度。 蔬菜大棚把 采光覆蓋材料 用來 作為部分 或者 全部 的 結(jié)構(gòu)材料， 使農(nóng)作物能夠 在冬季或 者 其他不適宜露地 農(nóng)作物 生長 的季節(jié) 生長 。 所以 正是這些發(fā)揮著主力軍作用 的 塑料大棚 與 日光溫室 正在逐步解決城鄉(xiāng)人民的蔬菜供應(yīng) 問題 。 然 而我國的溫室系統(tǒng)屬于半開放 式 系統(tǒng)，溫室 內(nèi)部的 環(huán)境控制水平 相對 比較低，仍 需 靠人工根據(jù)經(jīng)驗來管理。 目前 世界各國的溫室控制技術(shù) 都在迅速發(fā)展 ， 某 些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著無人化 、 完全自動化的方向發(fā)展。 蔬菜大棚控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 我國在引進(jìn)與自我開發(fā)并進(jìn)的過程中 發(fā)展了 現(xiàn)代化溫室 ， 國外 從 20 世紀(jì) 70 年代就開始研究 溫室環(huán)境控制技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在資源受限的條件下完成感知、通信和控制功能是其面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，這些限制主要包含有限的通信能力、計算能力、存儲空間以及有限的能量供給。 隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益地發(fā)展和不斷地深入，未來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢與熱點將會是支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)超微型嵌入式操作系統(tǒng)的研究。 無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)是融合了嵌入式軟件硬件、傳感器、無線通信、芯片制造、智能控制等多種學(xué)科的綜合性技術(shù)，這個新興學(xué)科從一開始誕生就由于其潛在并廣闊的應(yīng)用前景而受到了眾多學(xué)者和研究者的青睞，大有引起一場新技術(shù)革命的勢頭。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點大多由電池供電，通常其工作環(huán)境也比較惡劣，而且數(shù)量大且更換極其困難。這樣的節(jié)點配合各種類型的傳感器，能夠組合成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場監(jiān)控、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測以及大區(qū)域內(nèi)部的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種開創(chuàng)了新應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù)。 隨著快速發(fā)展以及日趨成熟的無線技術(shù)，無線通信技術(shù)也發(fā)展到了一定的階段，其發(fā)展技術(shù)越來越成熟，方向也越來越多樣化，眾多的采用方案也開始應(yīng)用無線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和采集。 研究背景及意義 近十 多 年 以 來 ， 我國發(fā)展農(nóng)業(yè)信息化的核心 已經(jīng)趨向于 發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) ， 首先 它 要求 采用 先進(jìn)的信息采集 技術(shù)進(jìn)行實時、 快速 、 并較低成本 地 獲取農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù) ， 從 眾多 獲取的數(shù)據(jù)中提取 有用的 信息來 制定農(nóng)業(yè)管理 以及 生產(chǎn)的科學(xué)決策 ， 最后通過人工控制或 者種種 智能農(nóng)業(yè)機(jī)械等措施來達(dá)到預(yù)期的農(nóng)作物生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。眾 多隨機(jī)分布的微小節(jié)點組成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不需要任何的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它自帶數(shù)據(jù)處理、傳感器、無線通信等多個模塊，借助它的傳感器模塊并通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，有效地與物理環(huán)境融合。 因此，準(zhǔn)確地監(jiān)測溫室中的環(huán)境因素才能確保高效率、高產(chǎn)量、高質(zhì)量和低消耗。1 緒論 引言 在我國，利用塑料大棚種植蔬菜技術(shù) 在 各地區(qū)已廣泛流行，尤其是種植蔬菜大棚在北部地區(qū)已成為 農(nóng)民致富的途徑之一 。 溫室對農(nóng) 作物生長的的影響是好是壞，產(chǎn)品質(zhì)量的高低，關(guān)鍵在于溫室環(huán)境條件對作物生長和發(fā)展需要的適宜性 。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種包含了傳感器、智能控制、無線通訊、嵌入式等多門學(xué)科于一體的綜合技術(shù)，這一新興的學(xué)科從誕生之日起就因為其潛在的廣闊應(yīng)用前景而受到了許多學(xué)者與研究者的青睞，很有引發(fā)一場新技術(shù)革命的勢頭。無線傳感網(wǎng)可以實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域里的各種環(huán)境以及監(jiān)測對象的信息，然后把這些信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。迅速發(fā)展的 無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)符合上述 的 要求并 且能夠 極大 地 擴(kuò)展現(xiàn)有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍 ，因此，我們 可以預(yù)見 ， 無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)在 蔬菜大棚環(huán)境控制中具有一片 光明的應(yīng)用前景 。低功耗高集成數(shù)字設(shè)備以及微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，實現(xiàn)了小體積、低功耗、 低成本的傳感器節(jié)點。傳感網(wǎng)絡(luò)和傳感技術(shù)已經(jīng)被學(xué)者們認(rèn)定為最重要的研究之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計準(zhǔn)則之一是它的低功耗，所以為了使其可靠且耐用，它迫切地需要對傳統(tǒng)嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)進(jìn)行更新和完善，并且需要精心地設(shè)計軟硬件系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機(jī)分布的微小節(jié)點組成的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身帶有傳感器、數(shù)據(jù)處理、無線通信等模塊，不需要任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過自組織的方式組網(wǎng)，借助其傳感器模塊，有效的與物理環(huán)境交互，能夠協(xié)作的實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，并把信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作起初是出于軍事目的，但是隨著研究工作的不斷深入和廣泛，使得目前民用系統(tǒng)占據(jù)了大部分，并且已在自然環(huán)境觀測及預(yù)報、動植物監(jiān)視、保健醫(yī)療等方面進(jìn)行了試探性的研究。系統(tǒng)軟件對管理以及操作這類設(shè)備的支持是目前最 缺少的關(guān)鍵技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心是支持傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。 起初 是 應(yīng)用 模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄 與 控制。 現(xiàn)在部分 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)已經(jīng)研制并實現(xiàn) 了 計算機(jī)自動控制的現(xiàn)代化高科技溫室， 而且 形成了 使人 驚羨的 農(nóng)作物 土廠。 此外 ， 由于 國內(nèi)的控制系統(tǒng)主要 應(yīng) 用于單因子控制， 從而使得 設(shè)施現(xiàn)代化水平 相對較 低，對溫室環(huán)境的調(diào)控能力 較 差，產(chǎn)品的 產(chǎn)量和質(zhì)量 難以得到保證。 蔬菜大棚 是一 個能夠 改變 農(nóng)作物 生長環(huán)境、為 農(nóng)作物 生長 提供 最佳條件、避免四季變化 以及 惡劣氣候 等外界環(huán)境 對其影響的場所。溫室 大棚 生產(chǎn)以 實現(xiàn) 產(chǎn)期 的調(diào)節(jié) ，促進(jìn)生長發(fā)育，病蟲害 的防治以 及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。隨著 蔬菜大棚 現(xiàn)代化的發(fā)展， 由于 設(shè)施園藝工程涉及 的 學(xué)科廣、科技含量高、與人民生活關(guān)系密切， 從而使得 世界各國 開始 越來越重視 它，此外， 這也為我國 的 大型現(xiàn)代化溫室發(fā)展提供了 非常好 的機(jī)遇， 而且 產(chǎn)生 了 巨大的推動作用。 蔬菜大棚信息傳輸存在的問題 就根據(jù)當(dāng)前的研究情況來看，中國蔬菜大棚信息傳輸存在的主要問題是不同的系統(tǒng)之間兼容較為困難。目前國外的大型農(nóng)用設(shè)備之間的信息傳輸大都采用 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但各公司內(nèi)部又都有自己獨立的 CAN 總線高層用戶協(xié)議，因而成為用戶研究以及二次開發(fā)的障礙。 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 引言 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 技術(shù) 一種 是 由 多 門 學(xué)科交叉 組成的 研究領(lǐng)域， 從而涵蓋了大量的研究方向， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)具有 與生俱來 的應(yīng)用相關(guān)性， 即使是使用 通用平臺構(gòu)建的系統(tǒng) 也 無法達(dá)到最優(yōu) 的 效果 ，它 的應(yīng)用定義要求網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點設(shè)備 可以 在有限 的 能量供給下實現(xiàn)對目標(biāo)的長時間監(jiān)控， 從而 一切技術(shù)元素的優(yōu)化目標(biāo) 是 網(wǎng)絡(luò)運行的能量效率。從某種意義上 來 說 ， 無