基于OLSR的无线传感网在智能温室大棚中的应用

徐琳君+程彬彬+逯连静+杨娟

摘要：为了推广智能农业的发展，针对目前的温室大棚检测、管理难的问题，设计了一种基于无线传感网络的智能温室大棚管理系统。首次引入了OLSR路由协议，使系统中的感应节点、实施节点、控制节点共同处于一个网络层，无需网关便可实现节点与节点、节点与控制中心的实时通信。感应节点收集物理环境数据通过中间节点传送给控制节点，控制节点查询专家数据库后决定解决方案，交由实施节点实施。与传统温室大棚检测系统相比，该系统具有布置简单、智能调控等特点。

关键词：无线传感网；OLSR路由协议；温室大棚；智能管理

中图分类号： S126文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）12-0160-03

通信作者：程彬彬，硕士，助理研究员，主要从事信息分析加工、农业信息化研究。E-mail：chengbinbin@saas.sh.cn。我国是传统的农业、人口大国，粮食是人民生活的基本保障。根据海关数据显示，2016年间，我国粮食的总进口量超过7 000万t，提高我国农业产品产出是解决中西部贫困地区温饱问题的关键。目前我国农业已基本实现科学生产，但在农业高科技领域与发达国家相比还有一定的差距。物联网技术在农业中的应用，可以有效提高我国农业的生产率，带动农村经济的发展，改善农民的生活水平。现有的基于ZigBee技术或者RFID技术的无线传感网研究资料表明，将感应节点布控于农业温室大棚中，可以对大棚中的各个环境参数进行采集，实现实时监测[1-3]。本研究在现有的无线传感网络的基础上，提出了基于OLSR路由协议[4]的无线传感网能够实现农业检测与管理的智能化，对加快农业发展方式的转变、促使传统农业的转型、提高农业的种植和管理效率具有重要意义。

目前温室大棚主要是日光温室，结构简单并且环境基本不可控制，导致温室生产效率低下，农产品质量安全也得不到保障。智能温室大棚是以物联网为技术支撑手段，可以实现全面感知和智能处理蔬菜大棚中的各个环境参数，真正使温室大棚达到自动化、智能化、最优化管理。

1OLSR路由协议

OLSR是Ad Hoc网络一种典型的主动路由协议，网络中的每个节点通过定期的广播TC分组数据和Hello分组数据来探知整个网络的拓扑结构[6]。网络中的每个节点既是通信的主机，也是路由器，节点与节点之间通过多跳转发的方式通信，无需特定的网关和路由器。采用OLSR路由协议的无线传感网，网络中传感器节点、实施节点、控制节点都处于同一个网络层中，以自组织方式组成网络，具有移动灵活、组网快速、路由时延短、多路径通达等许多优良特性。在温室大棚生产过程中，可以任意移动、添加、拆除網络中的节点而不影响网络的正常工作。

采用OLSR路由协议的传感网络可以利用多点中继方式（MPR：Multiple Relay）传播数据[7]，有效提高了数据的效率，降低了数据的路由时延。

MPR集：节点的MPR集是由网络中的节点从自身临节点中按照一定的规律进行选择，只有在转发分组消息时能够覆盖所有二跳节点的节点才能被选为MPR集，如图1所示。MPR节点通过周期性地发送分组消息向网络中的其他节点宣布，通过它可以到达MPR Select节点。

2系统框架设计

智能农业监控系统可以实时采集大棚内的温度、空气湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数，利用自动化技术以直观的形式向用户反映数据，也可以提供各种声光报警信息。如图2所示，基于无线传感网的农业智能监控系统由4个部分组成：感应层、网络传输层、控制决策层、实施层。

网络运输层是由具有无线收发模块且运行OLSR路由协

议的装置组成。智能农业大棚中，含有此种装置的所有感应节点、实施节点、控制决策中心共同组成一个小型Ad Hoc网络，实现智能农业系统中所有设备间的相互通信。

感应层是由温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、光照传感器、土壤传感器等组成，可以有效监测空气中的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤中的有机物、PH值等。

控制决策层一般是一台计算机，将感应层收集到的数据跟计算机中专家数据库进行比较并作出控制决策。

实施层是由嵌入式控制的环境调控装置组成，根据决策层的指令控制喷头、抽风机、二氧化碳喷罐的开关等。

3OLSR协议在智能温室大棚中的应用探讨

3.1传统智能温室大棚的结构

如图3所示的智能蔬菜大棚，由控制室和温室大棚共同组成。控制室里是运行着专家数据库的计算机，专家数据库中保存着植物生长最佳的物理环境数据。每个温室大棚中都安放着各种感应节点和实施节点，不同的感应节点可以监测不同的物理环境变量。智能温室大棚的控制过程，以二氧化碳控制为例，二氧化碳浓度传感器每隔一段时间检测一次大棚内的二氧化碳浓度，并将数据通过其他节点传递到控制中心。控制中心在收到数据后，对比专家数据库，若二氧化碳浓度偏低，则计算机将对应大棚内二氧化碳管道的开关打开，增加二氧化碳的浓度，达到智能管理的目的；若二氧化碳浓度偏高，则计算机将打开对应大棚内的抽风机，降低二氧化碳的浓度，达到智能管理的目的。

3.2基于OLSR协议的结构设计

该系统的硬件组成由系统控制终端和各个物理传感器设备构成；软件包括控制终端GU界面、物理传感器处理软件控制终端和传感器的通信协议软件。本研究主要论述控制终端的通信处理能力。系统结构如图4所示：

在实际应用中，由于存在大量的物理传感器设备需要与人工控制终端进行可靠性通信，所以必须要保证人工控制终端有序进行处理传感器所传输的数据信息，在大量研究文献后，选择OSLR路由协议处理多传感器传输到控制终端的数据信息。选择OSLR的优势是能够正确处理多路传感器数据。

系统硬件平台如图5所示。物理传感器一般传输的信号是模式信号，需要硬件的AD模数转换器转换为数字信号，然后通过处理器处理传输到上位机进行信息读取显示。endprint

3.3OLSR协议在大棚中的应用优势分析

传统的采用ZigBee技术的无线传感网，需要布置专用的数据汇聚节点、网关节点。汇聚节点将传感网络中所有感应节点监测的数据汇总，通过网关节点发送给控制中心，数据传输的路径单一，数据汇聚节点若发生故障将导致全网的瘫痪。

采用OLSR协议时，每个节点都是路由器，不存在因个别节点导致网络瘫痪的问题。智能温室大棚中的所有设施相当于Ad Hoc网络中的节点，当感应器节点上传物理环境数据时，控制中心则为目标节点，其他感应器节点或实施节点都充当着路由器，以多跳方式为源节点转发数据分组。控制中心发送控制指令时，目标节点则是各个大棚中的实施节点。因此，当需要增加温室大棚时，只需按照要求在新的温室大棚中添加新的传感器节点和控制节点，节点会自动接入已有的温室大棚的无线传感网络中。当需要拆除温室大棚时，直接拆除各个设施即可，不会影响现有网络的传输要求。

4结论与展望

农作物的生长受到物理环境中的水分、有机物含量、酸碱度、光照度、温度和湿度等各种因素的影响，将无线传感网运用于农业生产领域，对加快农业发展方式的转变、促使传统农业的转型具有重要意义。

无线传感网具有感知、通信能力，是连接物理、虚拟世界和人类社会的桥梁。运行OLSR路由协议的无线传感网，具有良好的网络传输能力、自组织能力，可以让更多的高科技农业生产工具加入其中，使农业温室大棚实现真正的无人值守、智能管控功能。

参考文献：

[1]吴新生. 基于3G和ZigBee的蔬菜大棚远程无线监控系統的设计[J]. 计算机与现代化，2013（5）：124-126.

[2]郑娟毅，石明卫. 基于ZigBee技术的无线传感器网络树形路由的研究[J]. 西安邮电学院学报，2010，15（1）：23-26.

[3]蔡镔，毕庆生，李福超，等. 基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统研究与设计[J]. 江西农业学报，2010，22（11）：153-156.

[4]郑伟明. OLSR路由协议研究及仿真[D]. 成都：电子科技大学，2011.

[5]刘渊，王瑞智，杨泽林. 农业物联网应用发展研究[J]. 广东农业科学，2013，40（23）：174-179.

[6]周懿. Ad Hoc网中多信道OLSR路由协议研究[D]. 成都：电子科技大学，2005.

[7]张信明，曾依灵，干国政，等. 用遗传算法寻找OLSR协议的最小MPR集[J]. 软件学报，2006，17（4）：932-938.endprint