基于分簇路由算法的养猪场无线传感器网络监控系统

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进入21世纪,我国畜禽养殖业发展迅速,尤其是生猪养殖业。但落后的养殖技术和设备已经满足不了其生产要求,将先进的技术引入到生猪养殖中变得尤为重要。本文在总结国内外相关研究的基础上,设计了一套基于分簇路由算法的养猪场无线传感器网络监控系统。本系统旨在对养猪场中温度、湿度、光照、声音、H2S及CO2等环境因素进行实时监测,另外通过控制养猪场设备对养猪场环境进行智能而精细地调节。  根据养猪场环境复杂、节点众多及布线困难等特点,选择ZigBee技术将养猪场中传感器和设备组建为一个无线传感器网络,并采用网状拓扑方式进行组网。在养猪场ZigBee无线传感器网络中,传感器节点用于采集环境信息,设备节点用于控制养猪场设备开关。选择以S3C6410为核心处理器的mini6410开发板作为养猪场嵌入式现场控制器,在mini6410上构建嵌入式Linux系统,作为系统软件开发平台。移植嵌入式SQLite数据库,用于养猪场环境数据以及设备状态信息的存储。通过在现场控制器中移植Boa服务器,设计系统的B/S管理模式,实现信息的远程动态交互功能。编写CGI程序,可以远程控制养猪场设备的运作。为了实现视频监控功能,配置USB驱动内核支持、设计V4L2视频数据采集程序及搭建视频服务器。采用WIFI无线通信技术,实现mini6410的网络连接。  无线传感节点一般由电池供电且不易更换,导致能量成为其发展的瓶颈。针对养猪场无线传感器网络网状拓扑结构特性,本文提出一种基于节点剩余能量的分簇路由算法,该算法结合了LEACH协议和AODV路由协议的思想,将网络运行过程分成簇生成阶段和数据传输阶段。在簇建立阶段又分为簇头选择和簇形成两个过程,簇头选择时,为每个节点分配一个权值,根据权值的大小来选择簇头,从而由簇头来建立簇。数据传输阶段以AODV路由协议算法为基础,在数据传输过程中判断簇头的能量是否消耗过快来更改簇头的角色,以此来均衡节点能量消耗。  系统测试表明,该系统具有很好的稳定性和可靠性,实现了养猪场环境信息的采集和养猪场设备的控制,实现了管理人员对养猪场的远程监控。能量优化算法的使用,节省了节点能量,延长了养猪场无线传感网络的使用寿命,提升了整个系统的运行效率,降低了系统成本,实现了节约化的生猪养殖。
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