[发明专利]农业无线传感器网络系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种农业无线传感器网络系统，具体地说，是一种基于近程通信的农业无线传感器网络以及后端数据的存储和分析处理。

技术背景

标准近程无线ZigBee协议是为低成本，低功耗，低数据流量设计的无线标准。标准ZigBee协议规范中主要包含三类设备：协调器，路由和裁减功能的端节点。图1为标准ZigBee拓扑结构，其中协调器负责组织所在网络，并维护路由表；路由负责与所在网络协调器通信，并与该网络其它路由及裁减功能端节点通信；具有裁减功能的端节点负责与所在网络的路由和协调器通信，但端节点间不进行通信。

一般电池供电节点为了延长电池寿命和降低电池消耗，端节点大部分时间都处于休眠状态，只有在通信时被唤醒，通信完成后立即再进入休眠。而在标准ZigBee协议规范中由于路由和协调器无法休眠，因此不能采用电池进行长期供电，必须有线供电，实施现场完全受限于有线电源能否放置到位，大大降低了组网的灵活性。

一般数据存储采用局域网内设置一台数据存储服务器，分配其一固定IP并设置用于数据通信的端口号，服务器端数据采集器将采集到的数据发送到指定服务器的固定端口，服务器端使用服务程序不断地扫描接收端口收到的数据，从而实现采集终端数据的服务器端存储，但一般存储方式不能实现分布式数据的异地存储，数据安全性不高，如果存储数据量较大，不易实现多存储设备或介质间的负载平衡，不能保证存储设备或介质出现异常时自动迁移异常设备或介质上数据，不能实现应用服务不停机扩容。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种农业无线传感器网络系统，该系统能有效降低传感器节点功耗，实现传感器数据的实时无线传输，具有传感器节点功耗低、无线信号传输距离远等特点，而且能异地大容量传感器或现场数据的存储和分析。

为了实现本发明目的，本发明采用如下技术解决方案：

为实现传感器数据实时传输的具体办法：使用一种改良型的近程无线通信协议，使得终端结点A能够通过路由节点B，将终端结点A数据进行转发，并且路由节点B的数据还可以由它路由节点C继续转发，从而实现一子结点数据可经多个路由输送至目标结点D，同时解决了实际应用中无线信号传输距离小于实际需要传输距离问题。

为了便于调整传感器的网络状况，使传感器网络更具灵活性，各传感器结点都使用电池供电，电池的使用寿命亦成为传感器网络需要解决的核心问题之一。传感器消耗电能主要为无线收发部分和传感器部分，其中无线收发部分，仅在收发无线信号时功耗较大；而传感器部分，在对物理量进行采样时功耗较大。

为了延长电池使用寿命，使用如下机制来降低传感器的整体功耗：

终端结点只有在数据收发时进入全功耗模式，完成无线数据收发后立即进入休眠模式以降低功耗；

路由结点在自身没有数据发送，亦无其它节点需要数据路由的情况下，也进入休眠模式，但当有它节点需要数据路由时，使用无线信号触发处理器唤醒位将路由节点从休眠模式下唤醒，将相应数据由路由后再进入休眠模式；

终端结点即前端传感器尽可能选择低功耗传感器，针对某些功耗较大的传感器，采用调整采样频度方式来降低功耗。

为解决异地大容量传感器或现场数据存储分析问题，本发明通过云存储方案解决大容量数据存储问题。该云储存方案由云存储服务器、云监控软件、以及传感器监控软件三部分形成云存储。

系统利用普通PC机群构造一个海量的云存储服务器，使用大型数据库保存云存储服务器所需的数据结构信息，在应用层的层次上实现对传感器数据和现场视频流媒体数据的云存储，同时通过开发云监控软件来实现云服务器的控制和管理。

为了保证云服务器节点的负载均衡，云存储服务器采用基于多因素综合加权的节点调度算法，将节点分为两类，一类是云服务器控制节点，另一类是云服务器存储节点。云服务器控制节点负责收集和监控所有存储节点的状态信息，并且对影响存储节点效率的主要因素进行综合加权计算后，再进行存储节点的调度。云服务器存储节点负责大量传感器数据和现场视频流媒体数据的储存与转发，将传感器数据及现场监控视频流存储为本地的数据和视频文件后再转发到传感器监控软件进行实时显示和回放。

系统采用JSP网页开发技术开发基于B/S架构的云监控软件，用于实现云存储服务器设备之间的逻辑虚拟化管理、硬件设备的状态监控以及节点控制。