[發明專利]農業無線傳感器網絡系統

無效

• 申請號: 201210234159.0
• 申請日: 2012-07-09
• 公開（公告）號: CN102724330A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 龔旅斌;馬一飛;戚湧;王斌
• 申請（專利權）人: 南京理工大學常熟研究院有限公司
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W84/18;H04L29/06;G08C17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種農業無線傳感器網絡系統，具體地說，是一種基于近程通信的農業無線傳感器網絡以及后端數據的存儲和分析處理。

技術背景

標準近程無線ZigBee協議是為低成本，低功耗，低數據流量設計的無線標準。標準ZigBee協議規范中主要包含三類設備：協調器，路由和裁減功能的端節點。圖1為標準ZigBee拓撲結構，其中協調器負責組織所在網絡，并維護路由表；路由負責與所在網絡協調器通信，并與該網絡其它路由及裁減功能端節點通信；具有裁減功能的端節點負責與所在網絡的路由和協調器通信，但端節點間不進行通信。

一般電池供電節點為了延長電池壽命和降低電池消耗，端節點大部分時間都處于休眠狀態，只有在通信時被喚醒，通信完成后立即再進入休眠。而在標準ZigBee協議規范中由于路由和協調器無法休眠，因此不能采用電池進行長期供電，必須有線供電，實施現場完全受限于有線電源能否放置到位，大大降低了組網的靈活性。

一般數據存儲采用局域網內設置一臺數據存儲服務器，分配其一固定IP并設置用于數據通信的端口號，服務器端數據采集器將采集到的數據發送到指定服務器的固定端口，服務器端使用服務程序不斷地掃描接收端口收到的數據，從而實現采集終端數據的服務器端存儲，但一般存儲方式不能實現分布式數據的異地存儲，數據安全性不高，如果存儲數據量較大，不易實現多存儲設備或介質間的負載平衡，不能保證存儲設備或介質出現異常時自動遷移異常設備或介質上數據，不能實現應用服務不停機擴容。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種農業無線傳感器網絡系統，該系統能有效降低傳感器節點功耗，實現傳感器數據的實時無線傳輸，具有傳感器節點功耗低、無線信號傳輸距離遠等特點，而且能異地大容量傳感器或現場數據的存儲和分析。

為了實現本發明目的，本發明采用如下技術解決方案：

為實現傳感器數據實時傳輸的具體辦法：使用一種改良型的近程無線通信協議，使得終端結點A能夠通過路由節點B，將終端結點A數據進行轉發，并且路由節點B的數據還可以由它路由節點C繼續轉發，從而實現一子結點數據可經多個路由輸送至目標結點D，同時解決了實際應用中無線信號傳輸距離小于實際需要傳輸距離問題。

為了便于調整傳感器的網絡狀況，使傳感器網絡更具靈活性，各傳感器結點都使用電池供電，電池的使用壽命亦成為傳感器網絡需要解決的核心問題之一。傳感器消耗電能主要為無線收發部分和傳感器部分，其中無線收發部分，僅在收發無線信號時功耗較大；而傳感器部分，在對物理量進行采樣時功耗較大。

為了延長電池使用壽命，使用如下機制來降低傳感器的整體功耗：

終端結點只有在數據收發時進入全功耗模式，完成無線數據收發后立即進入休眠模式以降低功耗；

路由結點在自身沒有數據發送，亦無其它節點需要數據路由的情況下，也進入休眠模式，但當有它節點需要數據路由時，使用無線信號觸發處理器喚醒位將路由節點從休眠模式下喚醒，將相應數據由路由后再進入休眠模式；

終端結點即前端傳感器盡可能選擇低功耗傳感器，針對某些功耗較大的傳感器，采用調整采樣頻度方式來降低功耗。

為解決異地大容量傳感器或現場數據存儲分析問題，本發明通過云存儲方案解決大容量數據存儲問題。該云儲存方案由云存儲服務器、云監控軟件、以及傳感器監控軟件三部分形成云存儲。

系統利用普通PC機群構造一個海量的云存儲服務器，使用大型數據庫保存云存儲服務器所需的數據結構信息，在應用層的層次上實現對傳感器數據和現場視頻流媒體數據的云存儲，同時通過開發云監控軟件來實現云服務器的控制和管理。

為了保證云服務器節點的負載均衡，云存儲服務器采用基于多因素綜合加權的節點調度算法，將節點分為兩類，一類是云服務器控制節點，另一類是云服務器存儲節點。云服務器控制節點負責收集和監控所有存儲節點的狀態信息，并且對影響存儲節點效率的主要因素進行綜合加權計算后，再進行存儲節點的調度。云服務器存儲節點負責大量傳感器數據和現場視頻流媒體數據的儲存與轉發，將傳感器數據及現場監控視頻流存儲為本地的數據和視頻文件后再轉發到傳感器監控軟件進行實時顯示和回放。

系統采用JSP網頁開發技術開發基于B/S架構的云監控軟件，用于實現云存儲服務器設備之間的邏輯虛擬化管理、硬件設備的狀態監控以及節點控制。