一、立项背景

    目前，应用于农业现场的无线传输技术主要是ZigBee技术。该技术本身存在可靠性低、网络规模小等缺陷。单一使用该技术已经无法胜任大面积农场的现代化生产工作。但是，ZigBee技术仍具有自身优势，多年的应用实践已经证明其在农业物联网领域中具有高契合度、强适用性以及低功耗、低成本等特点。因此，我们立足于研发一种网络传输功能更强大且可以和ZigBee技术相结合的无线网络解决方案。

    ISA100.11a是目前业内最新的一种工业级无线传感器网络协议标准。该标准具备无线传感器网络灵活、敏捷、智能等传统特点，还提供了跳信道抗干扰、隧道透传等其他技术所不具备的优势，使之成为最具发展潜力和前景的无线传感器网络解决方案。基于该标准的无线网络普遍具有高性能动态自组网功能、可抗干扰的高稳定性、大吞吐量的数百节点网络规模等性能优点，而且其提供的隧道透传技术可以兼容众多其他协议标准的数据包；但是，ISA100.11a的高功耗、高成本的特点使得单一的ISA100.11a网络不适用于农业物联网场景。因此，ISA100.11a非常适于与ZigBee相结合，以满足目前大面积农场的农作物生产环境监测与控制需求。

    二、技术原理及性能指标

    该系统采用ZigBee技术组建小规模采集网络，同时使用ISA100.11a组建主体的大范围多跳网络。这样既充分发挥了ZigBee网络在小规模网络低功耗、低成本以及与农业环境契合度高的优势，又结合了ISA100.11a技术的网络覆盖面积大、传输稳定性高、抗干扰能力强等特点，综合提升了无线传感网的性能和实用性，实现了整个系统的可靠与稳定运行。

    2.1 无线组网技术

系统采用了ZigBee与ISA100.11a两种协议结合的无线传输方案，其优势在于：充分发挥了ZigBee协议在小规模低功耗组网以及与农业环境契合度高等优势；同时借助ISA100.11a协议在网络规模与健壮性等方面的特点，组建多跳的大范围主体网络，保障了整个网络的稳定性与可靠性。

    2.2 ISA100.11a多跳动态路由技术

    动态路由技术指两个方面，一是新设备上电后可以自动入网达到自组网的效果，具体为响应路由设备的广播并向路由发送入网请求，网关和系统管理器分配资源后即可完成入网，无需任何人为操作；二是网络内的无线节点之间会根据信号强度和干扰的变化自动选择最佳路由路线，从而使整个网络拓扑一直维持着一种动态调整状态，最大限度维护网络稳定。

    2.3 性能指标

    该项目委托相关单位进行了产品功能与性能的测试。

    测试结果为：

    单跳无线通信距离为1.01公里；感知模块功耗64.3mWh/2小时。ISA100.11a无线传感网系统各个设备进行的入网测试正常，可同时带动超过50个节点设备。外接PA的射频板的输出功率最大时可达14dbm~15dbm。

    三、技术的创造性与先进性

    该项目产生以下科技成果：5项发明专利（已受理），2项实用新型专利（已授权），1项外观专利（已授权），3项软件著作权（已登记），4篇论文，1项物联网国家标准提案。

    该项目有以下技术创新点：

    3.1基于ISA100.11a标准的多骨干路由器组网技术

目前，国际上主流无线传感网科技公司推出的符合ISA100.11a标准的系统均为将网关、系统管理器和骨干路由装置运行在一个处理器模块上，即一体机模式，并未实现多骨干路由器的组网。基于这样的背景，该项目研发的一种符合ISA100.11a协议要求的骨干路由器装置，可以最大限度发挥该标准中骨干网的优势，从而带来网络易扩展、终端设备传输效率高等优势，更好地发挥无线传感网系统在生产现场的应用。

    3.2基于ISA100.11a标准的隧道透传多协议兼容技术

    该项目基于ISA100.11a标准提出的隧道透传概念并结合实际需求，实现了隧道透传技术；同时，灵活采用缓存机制和多线程技术实现了隧道管理软件模块，解决了ZigBee协议通过ISA100.11a网络向网关设备传输数据的问题。该创新点是该项目中结合ZigBee与ISA100.11a的核心技术，达到了适用于农业墒情监控的ZigBee网络与高可靠、大范围的ISA100.11a网络二者灵活搭配使用的效果，满足了现代农业生产现场对无线传感网的发展需求。

    该项目组织的技术鉴定会，专家认为该项目总体技术处于国内领先水平。

    四 应用推广情况

    系统已在多个农业示范园区进行了示范应用，用户反映系统运行可靠稳定，为农作物生产提供了科学依据，对提高农作物产量和质量具有重要的指导意义。

    本项目的实施与推广将大幅度提高设施农业和特色农业的生产技术水平，并实现远程的信息实时服务，指导农业决策和农业生产。通过项目的持续性实施，将逐步提高标准化种植技术，显著提高优势农产品的质量和市场竞争力。此外，随着新技术在系统中的不断应用，将有效提升农业产业的高技术应用水平，并可进一步形成新的商业模式，带来新的经济增长点。