林業(yè)物聯網云網關關鍵技術研究與初步設計.pdf

1、森林環(huán)境監(jiān)測具有重要的生態(tài)意義、社會意義和經濟意義。隨著物聯網、云計算的快速發(fā)展，利用無線傳感器等先進技術快速有效地獲取森林環(huán)境信息，可以實現森林環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測，為森林防火、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及精準林業(yè)提供有效的技術支持及數據決策服務。本文主要對林業(yè)物聯網云網關的關鍵技術進行了研究和對云網關進行了初步設計，其主要工作如下:
　　 1、森林環(huán)境中無線傳感器網絡組網技術研究研究無線傳感器網絡技術、傳感器網絡的部署覆蓋策略及網絡拓撲結構組織

2、，結合具體林地用地類型，提出了有林地、灌木林地及疏林地區(qū)域組建無線傳感器網絡的方案。在有林地區(qū)和疏林地區(qū)，由于地表只有樹干的遮擋，采用菱形的網絡覆蓋策略及分層的網絡拓撲結構，盡量減少節(jié)點之間不必要的無線通信鏈路。針對灌木林地地表植被覆蓋密集的特點，采用正三角形網格部署策略及Mesh網絡結構拓撲組織結構，使節(jié)點間有多條路由路徑，防止單個鏈路被阻斷時的容錯能力，提高魯棒性。通過ZigBee仿真測試，在網絡吞吐量達到0.0037Mbit/s時

3、，有林地網絡丟包率平均0.0567，時延平均0.0233s;灌木林地網絡丟包率平均0.1034，時延平均0.0444s;疏林地網絡丟包率平均0.0524，時延平均0.0234s，滿足林業(yè)森林資源監(jiān)測的需要。
　　 2、林業(yè)物聯網云網關設計根據已搭建的林區(qū)傳感器網絡，結合云服務技術，設計基于ARMll硬件環(huán)境的林業(yè)物聯網云網關。云網關下端連接無線傳感器設備，對網關子網內的傳感器設備進行管理及林業(yè)數據的收割、處理與傳輸。針對林區(qū)環(huán)境

4、的復雜多樣性，云網關設計成支持多種傳感器采集設備接入，屏蔽下層傳感器設備的異構性。本云網關主要支持的傳感器設備包括ZigBee采集設備、藍牙采集設備、WLAN采集設備。同時，本云網關設計成基于統一的時間列表，采用不同的數據收割算法，對不同傳感器網絡結構的數據進行收割。對于有林地和疏林地的分層組網數據，傳感器節(jié)點采用基于分簇的LEACH算法推舉簇頭，簇頭之間根據Prim算法構建樹形路由，以多跳的方式進行數據收割;對于灌木林地Mesh組網數

5、據，傳感器節(jié)點采用基于地理網格的GRID算法進行數據收割。在數據傳輸方面，針對林區(qū)網絡覆蓋情況的不同，云網關設計成支持多種數據傳輸方式，屏蔽對上層云平臺數據傳輸的異構性。本云網關主要支持的數據傳輸方式包括3G傳輸模塊、數傳電臺傳輸模塊及衛(wèi)星傳輸模塊。云網關上端和云平臺連接，通過提供云平臺訪問接口，在云平臺層對云網關進行虛擬化，向用戶提供基于IaaS服務的透明訪問，實現通過瀏覽器等客戶端對云網關、無線傳感器網絡進行管理及林業(yè)數據任務的采集

6、。本云網關提供的訪問方式包括Web Server方式、SSH方式及短消息方式。
　　 3、基于衛(wèi)星通信的云網關數據傳輸方法研究云網關設備通過集成美國迪進國際公司Digi研制的M10衛(wèi)星傳輸模塊，實現了林業(yè)傳感器數據在無地面公共網絡覆蓋情況下的數據傳輸。衛(wèi)星傳輸系統采用主動和被動兩種方式從RS232、以太網口讀取云網關設備采集的林業(yè)數據和圖像數據，并對數據進行分塊、壓縮處理后通過衛(wèi)星發(fā)送到地面控制站。測試結果表明，在衛(wèi)星信號良好時