[实用新型]一种基于混合天线WSN的森林微气象数据监测系统

说明书

本实用新型公开了一种基于混合天线WSN的森林微气象数据监测系统，包括上位机、WSN汇聚节点和多个簇头节点，所述WSN汇聚节点上设置有定向天线，构成定向天线WSN汇聚节点，所述多个簇头节点上均设置全向天线；所述WSN汇聚节点将各个簇头节点采集的森林微气象数据进行汇总，汇总后的数据通过无线方式传送至上位机；所述WSN汇聚节点通过无线方式连接多个簇头节点，每个簇头连接有多个用于感知森林环境微气象的传感器模块；所述WSN汇聚节点包括网关、定向天线、太阳能电池和步进电机，所述太阳能电池为网关和步进电机供电，所述步进电机用于驱动所述定向天线工作。通过本实用新型的监测系统，可以有效监测森林环境中的空气温湿度、土壤水分以及CO₂的浓度。

技术领域

本实用新型涉及森林气象监测的技术领域，更具体地说，涉及一种基于混合天线WSN的森林微气象数据监测系统。

背景技术

目前，森林环境监测中采用的WSN环境监测系统多采用全向天线，采用全向天线的无线传感器网络节点可以减少节点在无线信道上的碰撞，提高信道的空间复用度，最终提高整个网络的传输性能。其多数采用基于邻节点信息的WSN拓扑控制算法，WSN节点获取信号时候的开销较小，具有较强的适用性。

而采用定向天线的阵列则具有较强的干扰抑制能力、波束控制方式、信号增益以及空间分辨力等优点。能够大幅度提高WSN信道资源的空间复用度。此外，使用定向天线WSN节点在相同功率使用条件下，能够在信号辐射主瓣方向上具有较远的发送距离。文献表明，在同样条件下，采用定向天线的WSN节点在同等情况下可以提高无线自组网的传输功能，可以减小端到端的延时。

在无线传感器网络中使用定向天线可定向控制天线阵列，有一个灵活的波束控制机制，具有较高的信号增益，较强的抗干扰能力和较高的空间分辨力等优点，可以大大提高无线信道资源的空间复用度。另外，在相同的发送功率的条件下，定向天线主瓣方向的信号覆盖距离要比全向天线的覆盖距离长。在相同的情况下，使用定向天线的节点可以比使用全向天线的网络容量大，并能够降低端到端延迟。

由于定向天线的方向性传输提高了无线传感器网络的空间复用度，使得多个节点的传输信号可以同时进行，可以通过对WSN簇内节点的区域布置，实现减少全向天线WSN节点个数，路由节点有效收集到区域内的全向天线传感器节点的环境信息，同时也减少了相同传输距离下的节点功耗。而传输距离的增加使得每个端到端的传输所需的跳数减少，增加空间复用度和天线射程，提升无线传感器网络的系统容量。

当前森林环境监测WSN系统多数采用分簇的方式布置全向天线WSN节点，节点的数量多，网络的空间复用度低，WSN节点之间功耗大，信号的传输需要经过多个节点，跳数多，相同传输距离下节点功耗较高。针对森林环境中树木植株较高，种植密度较高的现状，WSN节点间的通信需要较大的增益才能够进行远距离的传送，因此采用全向天线WSN节点实现森林环境过程中的数据传送会造成以下缺点：

1.单一使用定向天线会造成节点布置成本提高，而单一使用全向天线则会造成覆盖范围过小。

2.使用WSN的多条路由容易在森林环境下由于部分节点信号缺失问题，导致真个网络拓扑结构的不稳定。

3.由于天线增益低，容易出现数据包接收丢包率过高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于混合天线WSN的森林微气象数据监测系统，可以有效监测森林环境中的空气温湿度、土壤水分以及CO₂的浓度。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：