3 系統軟件部分設計

　　為了滿足大面積覆蓋的需求，本系統采用MESH型與星型相結合的混合型網絡拓撲結構，即底層采用星型網絡，上層采用MESH型網絡，兩者在管理上是相互獨立的。

　　在底層，傳輸基站定時T s，以廣播的形式向其管轄區域內的數據采集站發送傳輸基站數據請求幀；數據采集站收到請求幀后，會將采集到的數據通過采集站數據幀將數據上傳給傳輸基站；傳輸基站收到數據后，將采集上來的數據進行濾波和數據融合，并對長時間沒有響應的數據采集站的ID進行記錄；在收到數據處理中心發出的數據中心數據請求幀后，傳輸基站將處理好的數據上傳給數據處理中心。

　　數據處理中心與傳輸基站的數據傳輸采用的是輪詢方式，它會根據需要，在一定的時間內以單點廣播的方式，對網絡中的傳輸基站發送數據處理中心數據請求幀，傳輸基站收到針對自己的數據請求幀后，按照一定的路由方式上傳數據。當需要修改數據傳輸參數時(如定時發送時間間隔)，可通過控制幀進行設定，傳輸基站收到后會將修改的值發送給數據處理中心進行確認。圖5和圖6分別表示傳輸基站模型和網絡拓撲結構。

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圖5 傳輸基站模型

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圖6 網絡拓撲結構

　　對于無線通信網絡來說，通信協議不僅可以保證網絡的可靠通信，還可以大大提高網絡的通信效率，節省能耗。由于智能節水灌溉系統所監測的參數具有緩慢變化的特性，因此本系統的通信協議采用“詢問-應答”方式，采用這種方式不僅可以避免數據并發所造成的通信阻塞，還可以很好地對應答節點進行有效的監控，及時發現故障節點并進行維修。圖7為系統的通信協議框架。

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圖7 通信協議框架

　　本系統在頂層采用的是節點分布比較規則的MESH型網絡拓撲，其中數據處理中心相當于sink節點，目標傳輸基站相當于source節點，且節點的位置是已知的。可以將MESH網絡分割成若干個簇，每個簇擁有一個簇頭節點與sink節點直接相鄰，當sink節點廣播Interest時，簇頭節點根據目標source節點的簇頭信息，有選擇性地進行廣播，這樣就可以避免一個Interest在全網段廣播造成的能量浪費。

　　4 系統測試與結論

　　經過實際的測試，完全可以滿足系統在功能方面的需求，在對ZigBee模塊的無線收發與網絡傳輸可靠性的測試中取得了比較理想的結果。

　　(1)通過使用TI公司的SmartRFStudio信號測試軟件，CC2430在最強發射功率條件下，在室外晴朗的環境下測得收發距離在50 m以上，如圖8所示。

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圖8 接收信號強度與距離曲線

　　(2)使用Linux下的Hping指令對數據處理中心的網絡部分進行測試，連續7天無故障運行，同時在使用Hping-flood，即網絡最大數據流量對其進行測試時，仍可正常工作。

　　整個系統設計還需要在ARM處理器上進行應用級數據融合算法設計，另外需要對上位機遠程監測界面進行設計以及在農田現場進行調試工作。

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