基于WSN路由算法優化的溫室智能監控系統研究

秦 芹

(保定學院，河北 保定 071000)

0 引言

對于溫室智能監控系統的研究，國外起步較早。20世紀60年代，國外就開始對智能溫室監控的相關技術進行研究，發展至今，技術已經相對成熟。目前，一些發達國家的溫室系統基本實現了自動化和智能化監控。我國的智能溫室監控系統起步較晚，20世紀90年代末開始研究，目前很多應用還處于研究階段，沒有實現大范圍的普及。在智能溫室監控系統中，在智能溫室的實際量化投入使用過程中，無線傳感網絡的合理應用也是重要的環節，而無線傳感網絡(Wireless Sensor Network，WSN)中的節點能量損耗問題一直是研究的關鍵問題[1]。路由協議的設計與優化是影響WSN能耗的關鍵因素之一[2]。因此，通過對路由協議進行合理優化，能夠有效降低節點和無線網絡能量損耗，為WSN投入實際應用提供理論依據。

1 智能溫室系統的整體結構

1.1 智能溫室系統的整體架構

智能溫室系統主要通過在現場布置大量傳感器，對溫室的環境信息進行采集。首先，將采集信息通過傳入匯聚節點。其次，匯聚節點將數據傳送至網關。最后，網關將接收到數據進行分析和處理，根據信息的變化，啟動聯動裝置或將信息傳至前端，具體如圖1所示。

圖1 整體架構

1.2 WSN的能量消耗

WSN中，如何降低節點能耗是無線傳感網絡[3]投入使用的瓶頸，影響能耗的因素有很多，如發送/接收功率、發送/接收數據頻率等[4]。在整個網絡系統中，存在能耗不均問題，如匯聚節點由于承擔著局部數據交換功能，因此匯聚節點的能耗往往最高[5]。具體的單個能耗的計算公式如公式1所示：

Ea=PTX*ttx+PRX*trx+Pctc

(公式1)

其中，Ea代表系統總體能量；PTX代表發送功率；ttx代表發送數據時間；PRX代表接收功率；trx代表接收數據時間；Pc代表狀態切換功率；tc代表狀態切換時間。

針對上述問題，本系統針對目前無線傳感網中中間節點能量損耗大、節點能量損耗不均衡問題，對當前的異構路由分簇算法-SEP進行研究分析，并做了相應改進。

2 研究的主要內容

本課題針對目前WSN中中間節點能量損耗大、節點能量損耗不均衡問題，對當前常見的WSN路由協議進行研究分析，從以下兩個方面對異構路由分簇算法-SEP進行改進。

(1)對簇頭選舉方式進行改進，提出了最低能量輪換選舉算法。第一輪節點分組按照相對距離進行分組，當組內能量最高節點的能量低于要求的下限值時，才會放棄簇頭，再次進行就近結組，從而保證了因頻繁更換簇頭而造成能量的浪費。

(2)提出移動匯聚節點的選擇，通過信息采集量的多少計算局部匯聚節點的位置，從而改進了匯聚節點不變，導致能量損耗過大的問題，從而達到減少路由中能量損耗目的。

3 改進算法仿真

通過對路由協議進行合理優化，能夠有效降低節點和無線網絡能量損耗，為無線傳感網投入實際應用提供理論依據。改進之后的SEP算法仿真結果如圖2—3所示。改進之后的能量消耗對比如圖4所示。

4 結語

本文對異構路由分簇算法-SEP進行分析和研究，并提出了改進方法。通過Matlab仿真結果可以看出，系統能耗得到了有效地降低。在今后的工作中將進一步研究相關算法，使智能溫室控制系統能夠滿足我國實際應用的需要。

圖2 隨機分布節點

圖3 簇頭選舉結果

圖4 能量消耗對比