基于LEACH的农业物联网数据监测系统分析

范长英

（潍坊科技学院 山东省寿光市 262700）

现代农业生产活动开展期间，各种现代化智能技术层出不穷，无线传感器网络技术被广泛应用于农业生产过程中，以其强大的智能技术为依托，实现对农业生产活动的实时监测，落实精准农业的各个方面，提高我国农业技术建设能力和水平，推动农业由传统以人工为主的农业发展类型向智能化农业发展转变。

1 关于LEACH的概述

LEACH 作为无线传感器网络路由协议，其基本算法称为“LEACH 算法”，在运行期间，将网络能量负载平均分配至不同的传感器节点，在低网络能耗的状态下，提高网络生存时间，因此，以LEACH 算法为基础的农业物联网数据监测系统因运而生，逐渐成为当前农业生产活动的主要发展途径，满足智能化农业生产的实际需求。

2 基于LEACH的农业物联网数据监测系统建设措施

2.1 构建模型

农业物联网数据监测系统的建设是基于物联网模型框架内的，以LEACH 算法为基础，将现代智能技术应用于农业生产环境中的具体操作。农业物联网数据监测系统由信息数据采集中心、无线传感器网络、数据节点控制器网关、控制终端以及客户端组成，其中数据节点控制器网关为系统运行核心，在系统运行期间，起到信号传输及模拟信号发射的作用，应用于具体农业生产环境中，农业生产种植人员通过信息采集中心，收集与农业种植环境相关的土壤温/湿度、空气温/湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据信息，利用数据节点控制器网关进行数据传输，通过GPRS 向系统控制终端发射信号，同时，通过云计算的方式，形成完整的农业生产结构数据图，实现对农业生产环境、生产活动进度以及农业生产实际情况的有效监测。

农业物联网的基本模型框架结构分为感知层、传输层、处理层和应用层，在农业物联网数据监测系统中，感知层作为底层网络技术，承担着数据信息采集工作，利用现代化传感技术或传感设备收集和识别农业生产相关数据，为农业物联网监测系统运行提供具体的数据支持，数据信息传至传输层，通过WSN 等无线网络，完成远距离农业数据传输的工作，信息处理层则是在信息传至系统内部后，利用大数据信息技术，对农业生产数据信进行处理和挖掘，根据相关数据信息形成完整的农业生产活动预测诊断和智能监控报告，实现对大面积农业种植的有效监测，完善和丰富各领域的农业生产种植系统。

2.2 系统设计

基于LEACH 的现代农业物联网数据监测系统建设期间，技术人员要根据不同的农业生产环境对农业监测系统进行整体设计，通过物联网终端设备获取农业生产信息，利用协调器将信息汇聚至物联网网关，同时运用无线网络技术将数据传输至云端服务器，技术人员通过登录客户端获取农业生产相关信息，实现对茶园的总体监控，其系统设计内容主要分为两部分，一是系统结构设计，二是系统组成设计。根据农业生产活动的实际开展状况，技术人员对农业物联网数据监测系统进行结构和软/硬件组成设计，主要设计内容包括以下几方面：

2.2.1 监控设计

农业监控系统运行期间，技术人员利用无线网络对农业信息进行采集与监控，配备视频监控设备，具备历史视频查询、视频监控报警、视频实时监控以及GPS 地图防盗功能，提高对农业生产活动的监测效果。

2.2.2 数据融合设计

农业物联网数据监测系统设计期间，技术人员注重对数据融合系统的设计，根据无线传感器位置和节点信息结构的不同，采用多源异构的方式，将无线通信网络传输而来的数据与云端数据进行适配，构建农业信息融合数据库，便于相关人员查阅数据信息[1]。

2.2.3 无线传感器节点设计

技术人员进行农业物联网数据监测系统设计期间，对传感器节点位置进行接口预留，改变农业数据传输格式，便于信息传输节点将传感器数据传输至信息协调器，保证农业数据信息的无阻传输。技术人员利用无线传感网络技术，根据系统运行中出现的不同工作频段，结合数据电波的存在方式，确定数据的传输速率，其中无线传感器节点在运行期间，负责数据采集系统中的信息传输与管理，通过与网络系统中任意设备的有效连接，数据节点出现集聚效应，在提高数据传输效率的同时减少传感器节点能量的损耗，保证农业数据信息的完整性和真实性。

2.2.4 控制器网关设计

数据节点控制器网关设计期间，技术人员根据农业生产面积及实际情况，确定无线网络数据阶段控制器节点位置和数量，利用无线传感网络技术，完成数据间的转换与自由通信。无线传感网络协调器通过控制系统与网关进行连接，根据控制器发出的指令，向GPRS 系统传输农业数据，农业监测系统终端将相关数据储存至农业信息库中，供管理人员查看和调阅，对农业生产活动起到数据指导作用。

2.2.5 系统数据处理设计

技术人员利用单片机对农业物联网数据监测系统程序进行整体设计，通过单片机向系统协调器发送控制指令，利用通信模块进行农业数据传输，监测系统结合协调器发送的指令，获取无线传感器节点信息及数据，最终发送至农业物联网数据监测系统中，等待系统发出下一步查询或控制指令。

2.3 技术要点

基于LEACH 的农业物联网数据监测系统建设期间，需要以现代智能化技术为依托，将无线传感器与网络数据相结合，提高农业生产相关数据信息的感知、传输与处理能力，实现对农业生产工作的有效监测。

2.3.1 无线感知技术

农业生产数据信息收集期间，主要应用到无线感知技术，在充分利用无线传感器的基础上，将GPS 全球卫星定位、RFID 无线射频识别、RS 无线电传输、条码等技术进行融合，打破时间和空间的限制，完成对农业数据信息的采集。技术人员利用无线感知技术，完成对农业生产要素信息的收集，包括生产环境、影响因素等，保证农业生产活动顺利进行；GPS 技术，利用卫星定位的方式，对农业生产进行精准定位和导航，提高农业监测效果；RFID 技术，利用无线电信号识别功能，对特定农业生产目标进行信息识别和跟踪，提高农业数据信息传输效率；RS 技术，以无线电为主要信号传输介质，通过不同频率和波段，进行远距离农业数据传输，在农业环境监测、病虫害预测防治等方面应用较为广泛；条码技术，将编码、光电、通信等技术类型进行融合，形成现代化自动识别技术，实现对农产品质量的严格控制[2]。

2.3.2 数据传输技术

现代农业监测系统中，数据传输技术作为关键技术，对农业生产活动的顺利进行具有重要的指导性意义，主要通过智能感知设备，实现对农业生产信息的收集和整理，利用有线传输和无线传输两种形式，实现农业数据的转换与通信，将处理后的农业数据传输至农业监测系统的终端设备，完成数据传输的全过程。当前应用最为广泛的属无线数据传输技术，分为远距离和近距离传输，其中远距离传输技术包括CDMA、GPRS、无线网桥、短波通信等技术手段，适用于大规模农业生产活动监测，近距离数据传输技术主要包括ZigBee、红外线、无线蓝牙等，适用于农业生产规模较小的项目，具有较强的灵活性和便捷性。

2.3.3 信息处理技术

农业监测系统中信息处理技术主要指利用相关技术对农业生产信息进行加工和分析，分为信息准备、信息处理和信息输出三个阶段，应用到的关键技术包括农业智能控制技术、智能决策技术、预测报警技术以及视觉处理技术，利用现代化智能技术，处理和分析农业生产状况，实现对农业生产活动的指导和控制。

2.4 算法研究

基于LEACH 协议算法下的农业物联网数据监测系统建设期间，核心思想是利用无限循环的方式，随机选择簇头节点，保证网络系统中各部分节点均匀消耗负载能量，进而形成数据节点聚类协议。

2.4.1 算法设计

LEACH 算法共分为五个阶段，分别是确定簇头节点、接收广播信息、成立簇、建立调度表、传输数据阶段，技术人员在传感器节点中，根据LEACH 算法选择本轮簇头，通过簇头接收器接收广播信息，接着划分簇头归属范围，开启簇头接收器，防止遗漏传感器中非簇头信息，结合簇头信息建立调度表，同时，利用多种智能技术对农业数据信息进行加工处理，最终通过农业监测系统进行数据传输。

2.4.2 仿真研究

技术人员建设农业监测系统过程中，要对LEACH 算法在农业物联网数据监测系统中的实际应用效果进行仿真实验研究，将直接通信协议和最小传输能量协议作为仿真实验对象，通过节点或传输媒介向基站传输数据，完成对农业生产情况的实时监测[3]。

2.5 系统测试

技术人员在系统建设完成阶段对系统整体性能及数据传输效率和质量进行集中测试，用于验证LEACH 算法的准确性与科学性，通过比对系统节点信息以及经典路由协议算法结果发现，基于LEACH 算法下建设的农业物联网数据监测系统较比传统系统运行效率更好，基本满足现代智能化农业生产条件。

3 结束语

综上所述，在农业生产现代化背景下，农业技术人员通过构建系统模型的方式，将LEACH 与农业物联网数据监测系统进行有效结合，旨在发挥无线传感器网络的技术优势，提高对农业生产活动的监测效果，进而优化我国农业生产环境，提高农作物及农产品的产量和质量，加快农业发展现代化的步伐。