基于OLSR的無線傳感網在智能溫室大棚中的應用

徐琳君+程彬彬+逯連靜+楊娟

摘要：為了推廣智能農業的發展，針對目前的溫室大棚檢測、管理難的問題，設計了一種基于無線傳感網絡的智能溫室大棚管理系統。首次引入了OLSR路由協議，使系統中的感應節點、實施節點、控制節點共同處于一個網絡層，無需網關便可實現節點與節點、節點與控制中心的實時通信。感應節點收集物理環境數據通過中間節點傳送給控制節點，控制節點查詢專家數據庫后決定解決方案，交由實施節點實施。與傳統溫室大棚檢測系統相比，該系統具有布置簡單、智能調控等特點。

關鍵詞：無線傳感網；OLSR路由協議；溫室大棚；智能管理

中圖分類號： S126文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）12-0160-03

通信作者：程彬彬，碩士，助理研究員，主要從事信息分析加工、農業信息化研究。E-mail：chengbinbin@saas.sh.cn。我國是傳統的農業、人口大國，糧食是人民生活的基本保障。根據海關數據顯示，2016年間，我國糧食的總進口量超過7 000萬t，提高我國農業產品產出是解決中西部貧困地區溫飽問題的關鍵。目前我國農業已基本實現科學生產，但在農業高科技領域與發達國家相比還有一定的差距。物聯網技術在農業中的應用，可以有效提高我國農業的生產率，帶動農村經濟的發展，改善農民的生活水平。現有的基于ZigBee技術或者RFID技術的無線傳感網研究資料表明，將感應節點布控于農業溫室大棚中，可以對大棚中的各個環境參數進行采集，實現實時監測[1-3]。本研究在現有的無線傳感網絡的基礎上，提出了基于OLSR路由協議[4]的無線傳感網能夠實現農業檢測與管理的智能化，對加快農業發展方式的轉變、促使傳統農業的轉型、提高農業的種植和管理效率具有重要意義。

目前溫室大棚主要是日光溫室，結構簡單并且環境基本不可控制，導致溫室生產效率低下，農產品質量安全也得不到保障。智能溫室大棚是以物聯網為技術支撐手段，可以實現全面感知和智能處理蔬菜大棚中的各個環境參數，真正使溫室大棚達到自動化、智能化、最優化管理。

1OLSR路由協議

OLSR是Ad Hoc網絡一種典型的主動路由協議，網絡中的每個節點通過定期的廣播TC分組數據和Hello分組數據來探知整個網絡的拓撲結構[6]。網絡中的每個節點既是通信的主機，也是路由器，節點與節點之間通過多跳轉發的方式通信，無需特定的網關和路由器。采用OLSR路由協議的無線傳感網，網絡中傳感器節點、實施節點、控制節點都處于同一個網絡層中，以自組織方式組成網絡，具有移動靈活、組網快速、路由時延短、多路徑通達等許多優良特性。在溫室大棚生產過程中，可以任意移動、添加、拆除網絡中的節點而不影響網絡的正常工作。

采用OLSR路由協議的傳感網絡可以利用多點中繼方式（MPR：Multiple Relay）傳播數據[7]，有效提高了數據的效率，降低了數據的路由時延。

MPR集：節點的MPR集是由網絡中的節點從自身臨節點中按照一定的規律進行選擇，只有在轉發分組消息時能夠覆蓋所有二跳節點的節點才能被選為MPR集，如圖1所示。MPR節點通過周期性地發送分組消息向網絡中的其他節點宣布，通過它可以到達MPR Select節點。

2系統框架設計

智能農業監控系統可以實時采集大棚內的溫度、空氣濕度、光照、二氧化碳濃度等環境參數，利用自動化技術以直觀的形式向用戶反映數據，也可以提供各種聲光報警信息。如圖2所示，基于無線傳感網的農業智能監控系統由4個部分組成：感應層、網絡傳輸層、控制決策層、實施層。

網絡運輸層是由具有無線收發模塊且運行OLSR路由協

議的裝置組成。智能農業大棚中，含有此種裝置的所有感應節點、實施節點、控制決策中心共同組成一個小型Ad Hoc網絡，實現智能農業系統中所有設備間的相互通信。

感應層是由溫濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、光照傳感器、土壤傳感器等組成，可以有效監測空氣中的溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強度、土壤中的有機物、PH值等。

控制決策層一般是一臺計算機，將感應層收集到的數據跟計算機中專家數據庫進行比較并作出控制決策。

實施層是由嵌入式控制的環境調控裝置組成，根據決策層的指令控制噴頭、抽風機、二氧化碳噴罐的開關等。

3OLSR協議在智能溫室大棚中的應用探討

3.1傳統智能溫室大棚的結構

如圖3所示的智能蔬菜大棚，由控制室和溫室大棚共同組成。控制室里是運行著專家數據庫的計算機，專家數據庫中保存著植物生長最佳的物理環境數據。每個溫室大棚中都安放著各種感應節點和實施節點，不同的感應節點可以監測不同的物理環境變量。智能溫室大棚的控制過程，以二氧化碳控制為例，二氧化碳濃度傳感器每隔一段時間檢測一次大棚內的二氧化碳濃度，并將數據通過其他節點傳遞到控制中心。控制中心在收到數據后，對比專家數據庫，若二氧化碳濃度偏低，則計算機將對應大棚內二氧化碳管道的開關打開，增加二氧化碳的濃度，達到智能管理的目的；若二氧化碳濃度偏高，則計算機將打開對應大棚內的抽風機，降低二氧化碳的濃度，達到智能管理的目的。

3.2基于OLSR協議的結構設計

該系統的硬件組成由系統控制終端和各個物理傳感器設備構成；軟件包括控制終端GU界面、物理傳感器處理軟件控制終端和傳感器的通信協議軟件。本研究主要論述控制終端的通信處理能力。系統結構如圖4所示：

在實際應用中，由于存在大量的物理傳感器設備需要與人工控制終端進行可靠性通信，所以必須要保證人工控制終端有序進行處理傳感器所傳輸的數據信息，在大量研究文獻后，選擇OSLR路由協議處理多傳感器傳輸到控制終端的數據信息。選擇OSLR的優勢是能夠正確處理多路傳感器數據。

系統硬件平臺如圖5所示。物理傳感器一般傳輸的信號是模式信號，需要硬件的AD模數轉換器轉換為數字信號，然后通過處理器處理傳輸到上位機進行信息讀取顯示。endprint

3.3OLSR協議在大棚中的應用優勢分析

傳統的采用ZigBee技術的無線傳感網，需要布置專用的數據匯聚節點、網關節點。匯聚節點將傳感網絡中所有感應節點監測的數據匯總，通過網關節點發送給控制中心，數據傳輸的路徑單一，數據匯聚節點若發生故障將導致全網的癱瘓。

采用OLSR協議時，每個節點都是路由器，不存在因個別節點導致網絡癱瘓的問題。智能溫室大棚中的所有設施相當于Ad Hoc網絡中的節點，當感應器節點上傳物理環境數據時，控制中心則為目標節點，其他感應器節點或實施節點都充當著路由器，以多跳方式為源節點轉發數據分組。控制中心發送控制指令時，目標節點則是各個大棚中的實施節點。因此，當需要增加溫室大棚時，只需按照要求在新的溫室大棚中添加新的傳感器節點和控制節點，節點會自動接入已有的溫室大棚的無線傳感網絡中。當需要拆除溫室大棚時，直接拆除各個設施即可，不會影響現有網絡的傳輸要求。

4結論與展望

農作物的生長受到物理環境中的水分、有機物含量、酸堿度、光照度、溫度和濕度等各種因素的影響，將無線傳感網運用于農業生產領域，對加快農業發展方式的轉變、促使傳統農業的轉型具有重要意義。

無線傳感網具有感知、通信能力，是連接物理、虛擬世界和人類社會的橋梁。運行OLSR路由協議的無線傳感網，具有良好的網絡傳輸能力、自組織能力，可以讓更多的高科技農業生產工具加入其中，使農業溫室大棚實現真正的無人值守、智能管控功能。

參考文獻：

[1]吳新生. 基于3G和ZigBee的蔬菜大棚遠程無線監控系統的設計[J]. 計算機與現代化，2013（5）：124-126.

[2]鄭娟毅，石明衛. 基于ZigBee技術的無線傳感器網絡樹形路由的研究[J]. 西安郵電學院學報，2010，15（1）：23-26.

[3]蔡鑌，畢慶生，李福超，等. 基于ZigBee無線傳感器網絡的農業環境監測系統研究與設計[J]. 江西農業學報，2010，22（11）：153-156.

[4]鄭偉明. OLSR路由協議研究及仿真[D]. 成都：電子科技大學，2011.

[5]劉淵，王瑞智，楊澤林. 農業物聯網應用發展研究[J]. 廣東農業科學，2013，40（23）：174-179.

[6]周懿. Ad Hoc網中多信道OLSR路由協議研究[D]. 成都：電子科技大學，2005.

[7]張信明，曾依靈，干國政，等. 用遺傳算法尋找OLSR協議的最小MPR集[J]. 軟件學報，2006，17（4）：932-938.endprint