無線傳感器網絡在西班牙南部精確農業上的應用J.A. Lpez Riquelmea, F. Sotoa, J. Suardaza, P. Sncheza, A. Iborraa, J.A. Veraba Universidad Politcnica de Cartagena, Divisin de Sistemas e Ingeniera Electrnica, Campus Muralla del Mar, s/n, Cartagena E-30202, Spainb Edosoft Factory S.L., Mara Manrique 3, Las Palmas de Gran Canaria E-35011, Spain摘要近年來，許多應用已經涉及到無線傳感器網絡。其中之一是精確農業，無線傳感器網絡能夠在管理灌溉水資源、掌握農作物的最佳收獲時間、估計肥料的需求和準確預測農作物的性能等方面發揮著重要的作用。本文介紹了在半干旱的穆爾西亞區的生態園藝企業里引進和部署一個實驗傳感器網絡。并給出了使用四種類型節點（土壤節點，環境節點，水節點和網關節點）來部署網絡的拓撲結構，其中一些節點連接分布在田地里的不同傳感器。這些傳感器可以測量各種土壤特性，例如溫度、體積含水量和含鹽量。對每個節點，從總體結構、硬件和軟件組件方面進行了描述。該系統還包括一個由放置在農場中央室里的計算機所執行的實時監測應用程序。系統的測試分兩個階段完成：第一階段在實驗室，驗證開發設備的功能要求、網絡解決方案及節點電源管理；第二階段在農場，評估設備的功能性能，如范圍，魯棒性和靈活性。該系統已成功實施到生態大白菜（甘藍）農田里。其結果是一種通過在園藝環境下的分布式區域收集農藝數據的低成本、高可靠性和簡單的基礎設施。關鍵詞：無線傳感器網絡 精確農業 園藝1 導言精確農業的概念已經出現有一段時間了。Blackmore (1994) 將它定義為“一個通過精確調整土壤和作物管理以符合每個農田的特定條件同時保持環境質量，來達到優化農業生產的全面系統設計”。如今，精準農業可以說是（張等人, 2002）一種估算、評估和理解發生在農作物中的變化，以便能夠確定灌溉和肥料的需求、農作物的生長和成熟階段、播種和收獲的最佳時間等，盡可能準確的方法，換句話說，充分預測各個階段中的作物產量。為了實現這一目標，重要的是要收集盡可能多關于水、土壤、植物和環境的信息。精準農業利用大量的技術和基礎設施：數據儀器和收集系統、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）、微電子學、無線技術等等（Chiti et al., 2005; 唐等, 2002）。許多無線技術已經用于不同用途來實現在精準農業的無線傳感器（Wang et al., 2006; Camilli et al., 2007; Vellidis et al., 2008; Siuli Roy and Bandyopadhyays, 2008; Pierce and Elliot, 2008）從簡單的紅外線裝置（IrDAs）的超短程距離到移動電話的遠程系統，如支持GSM / GPRS。在這兩者之間有WPANs（無線個人區域網絡）的短程距離，如藍牙（10米）和ZigBee（70米）和WLAN（無線局域網）的中間距離（100米）。Camilli et al. (2007) 描述了一個能夠提供田地參數給終端用戶的無線傳感器網絡的精準農業模擬應用程序。Pierce and Elliot (2008) 描述了為地區和農場傳感器網絡及其實施在美國華盛頓州的兩個農業應用開發硬件和軟件組件。WSNs（無線傳感器網絡）屬于WPANs范疇(Akyildiz et al., 2002)，是一種由幾十、數百或數千個低速率智能裝置或節點組成的自組織Ad Hoc網絡，一般用電池供電。這些網絡的一些特性特別適用于精確農業： 網絡拓撲不需要固定；節點可任意部署和適應不斷變化的需求。例如，傳感器節點可以放在農田的任何地方、任何安排。傳感器節點可以直接刪除或添加，而不必重新配置所有其他節點。 比其他類型的網絡更容錯，因為當一個節點失敗時，會自動路由其他節點來補償，這歸功于動態網絡重構的內在可能性。例如，如果一個作物正處于成長階段，物理訪問節點是復雜的，取代它不是絕對必要的。 節點能源消耗以這樣一種方式優化，可以完全采用由電池或可再生能源系統（太陽能、風能或液壓）供電(Morais et al., 2008)。這樣，供應能量應能確保節點的整個生命周期至少有一個農業周期。 用于精確農業的傳感器通常必須穩健、準確、高分辨率，因此比較昂貴（每個傳感器300美元以上），但目前的趨勢是將傳感器嵌入節點，可大大降低其成本。節點通常包含處理器、無線通信模塊、電源和一個或多個安裝在節點本身或連接到它的傳感器。處理器控制節點的所有功能（傳感器訪問、通信控制、狀態引擎執行等）。無線通信模塊使用通信標準來傳輸和接收。最適應傳感器網絡開發需求的標準和大部分節點的無線模塊是IEEE 802.15.4 (IEEE, 2006)和ZigBee (Baronti et al., 2007)。為應用而設計的這些標準的傳輸速度不是很快，但它們有可能使網絡節點在不充電下由電池供電工作幾周甚至幾個月。電源的功能是使用高性能功率轉換器的電池來供應能量。最后，在傳感器網絡的一些節點可以通過網關與計算機或其它網絡通信。本文介紹了在園藝農場里引入無線傳感器網絡的實驗。其他工作最近已證明無線傳感器網絡成功地應用到精準農業(Burrell et al., 2004; Pierce and Elliot, 2008)。該農場位于西班牙東南部的穆爾西亞地區的坎波卡塔赫納，是歐洲最重要的園藝區之一。在氣候方面，它是一個年降雨量約400mm的半干旱區。盡管如此，190,000公頃，31的總種植面積，目前正在灌溉；51,000公頃用于種植草本作物，91,000公頃種植木本作物。該農場已實行生態農業試驗，也稱為生物或有機耕作。這是一種尊重自然和正常排除使用化學品（農藥、除草劑等）及轉基因種子（稱為轉基因生物）來種植作物和照料土地的方法。這種耕作方式的主要目的是保護環境、維持或提高土壤的肥力和生產帶有其自然屬性的食物。這家公司有長期有機耕作的經驗，并已率先生產各類園藝產品(Rocket, Iceberg, Romaine, Mixed Salads, etc.)。其最大的市場是英國。該農場是中型（1000公頃）的、有250個農田一個接一個地遍布在離坎波卡塔赫納幾公里之外。作為一個規范的研究項目，考慮使用10個節點監測作物，成星型拓撲連接，使用一個網關節點。此外，網關節點使用一個堆棧來存儲接收消息，并稍后分配一個任務來處理；支持超過10個以星型拓撲方式連接的節點。然后，這方面工作的最終目的是為農場提供所必需的基礎設施，實時確定作物的缺水狀況，并做出適當的決策。研究實例被設計成擁有兩個傳感器網絡，每個網絡監測不同的參數。第一個網絡收集土壤的溫度、濕度和鹽度，而第二個網絡記錄環境的溫度和濕度。此外，一個獨立的無線傳感器被安放在一個池塘里測量作物供給水的鹽度。這些子網和獨立的無線傳感器通過適當的網關節點發送所有數據到設在中央農場辦公室的基站節點，在那里制作關于作物的決策。設計和開發了不同的網絡，低成本的特定節點（不帶傳感器約150$），以及連接網絡和中央辦公室的網關。一個后臺監控應用程序被開發出來控制所有的設備和記錄所收到的信息到一個關系數據庫，以用來制作灌溉策略。在導言之后，第2節將介紹傳感器網絡部署的實驗情況。第3節給出詳細的描述，從硬件和軟件、設備開發到系統實施。第4節概述后臺監控軟件的開發。第5節詳述技術和農藝結果。最后，第6節提出總結和今后繼續開展這項工作的計劃。2 實驗情況 提出農藝問題的解決安排如圖1所示。這包括兩個傳感器網絡和一個獨立的無線傳感器。第一個傳感器網絡由10個土壤節點組成，每個節點連接兩個埋在20或40厘米深的土壤里的Stevens Hydra Probe II傳感器。這些傳感器可以測量各種土壤特性，如溫度、體積含水率、鹽度等。第二個網絡由10個環境節點組成，使用Sensirion SHT71傳感器測量環境溫度和濕度。圖1基于傳感器網絡的園藝作物監測網絡的田地實施插圖除了這些傳感器網絡，一個無線傳感器，稱為水節點，被安放在一個用于灌溉農場的池塘里。無線傳感器的目的是來測量基于水電導率的鹽度和溫度，以便確定用來灌溉作物的水質。該傳感器是Stevens EC 250。適用于傳感器的遠程無線模塊，允許與5.5公里以外的基站直接通信。這些節點的硬件和軟件實現將在下文中詳細說明。表1總結了傳感器的主要特點。 這兩個傳感器網絡分別遠離中心電腦5.2和8.7公里。為了保證系統的無線覆蓋，網關節點使用和在水節點里同樣的技術，使用遠距離無線模塊。每個傳感器網絡的節點通過IEEE 802.15.4互連。為什么使用這一標準，將在下一節詳細說明軟件架構時解釋。當消息通過網關到達中心計算機，中心計算機監控應用程序處理和檢查其來源及其所包含的信息。消息存儲在一個關系數據庫，其中保存了傳感器收集到的數據和各時期的歷史記錄。表2概述已開發和部署在農場的各種不同設備的特點。以下各節將詳細說明每一個已開發的節點、需求和監測應用程序的體系結構。表1總結所使用傳感器的主要特點表2 總結農場已開發的設備3 設備開發在上一節我們看到，選擇用來處理所提出問題的解決方案是使用節點（土壤節點、環境節點和網關節點）布置兩個傳感器網絡，一個測量水質的無線傳感器和在中央辦公室的兩個節點（在屋頂上的中繼節點和連接到監測電腦的基站節點）。本文所描述的設備是在ESNA（European Sensor Network Architecture, 歐洲傳感器網絡體系結構）背景和RIMSI項目下開發的，是為了滿足各種網絡覆蓋范圍的需求（長至10公里），以及是因為沒有節點適合農業工具市場上提供的SDI-12標準 (SDI, 2005)。在設計這些設備時考慮到的主要需求有：（1）魯棒的無線技術；（2）低成本、低功耗的電子設備；（3）長期能源的使用和減少大小（約2700 mAh）；（4）連接不同類型的外置傳感器的輸入/輸出接口的使用 (SDI-12, I2C, 420mA)。下面詳細列出每個節點的硬件架構、使用的傳感器、節點功能和軟件組件的開發。作為ESNA和RIMSI項目的結果，有一個設備開發的在線視頻：http:/www.dsie.upct.es/proyectos/projects.html。3.1 土壤節點 圖2顯示了土壤節點的硬件和軟件實現及其在田地的放置。土壤節點由一個微控制器、一個短程無線電收發器、一個SDI-12接口、兩個DC/DC轉換器和一套電池組成（見圖2a和b）。所有元件放入IP67保護等級的水密箱里。圖2土壤節點和Hydra Probe II傳感器的各種觀察視圖微控制器選擇德州儀器的Msp430F1611，使用TinyOS version 2 編程 (Tiny, 2008) (Hill et al., 2000)。所有其他節點都使用相同的微控制器。短程無線模塊使用CC2420（Chipcon），也來自德州儀器。該模塊與網關節點通過遵循IEEE 802.15.4標準、帶寬為250 Kbps、2.4GHz的無線通信來交換數據。網關節點充當傳感器網絡和辦公室之間的網關。能量由連接到第二個DC/DC轉換器的三個AA NiMH 2700mAh可充電電池供應。這個轉換器提供2.5伏直流電給節點的所有組件。我們將在第5節看到，這些電池持續了7個月左右，對于一個正常的農事季節來說這能保證足夠多的時間。每一個節點通過SDI-12接口連接兩個Stevens Hydra Probe II (HP2)傳感器（見圖2c）。 SDI-12是1200波特率的串行數據接口。這是一個連接電池供電的數據記錄器與基于微處理器的用于環境數據采集的傳感器的接口標準。HP2是一個原位土壤傳感系統，能測量22種不同的土壤參數，同時以數字形式輸出。它即刻計算出土壤水分、電導率/鹽度和溫度。土壤節點從HP2傳感器監測四種參數（土壤溫度、土壤鹽分ClNa的g/l、土壤水分的體積百分比和隨溫度校正的土壤電導率S/m）；用戶可在接收端PC機配置采樣周期，范圍在30分鐘到48小時之內。因為采樣通常是按小時的，決定于每個讀周期發送讀取的數據，因而結合實時數據的可用性，以及合理的能量消耗。該器件還監測電池電壓，當達到臨界水平時發出了一個信號。該節點使用TinyOS 2.0操作系統編程，相關的編程語言為nesC (Gay et al., 2003)，這是專用于無線傳感器網絡領域的。TinyOS是一個設計用來運行在分布式嵌入式無線傳感器網絡的操作環境。nesC被創建為C編程語言的延伸，使用“wired”組件來運行TinyOS上的應用。組件使用接口相互連接。TinyOS為通用抽象提供接口和組件，如數據包通信、路由、傳感、驅動和存儲。TinyOS是一個眾所周知的新無線傳感器網絡應用開發的可選替代，并提供可重復使用的組件，以確保遵循IEEE 802.15.4標準的可靠通信，并支持許多硬件（微控制器、收發器、傳感器）。此外，還有一個用nesC撰寫的ZigBee (Open-ZB) 實現。起先作者不知道多跳路由協議是否可能需要。為此，和其他原因，如：（1）TinyOS是一個開放的源代碼，（2）當需要的時候允許應用軟件直接訪問硬件，（3）支持多種硬件平臺，TinyOS被選擇用來開發節點的應用軟件。3.2 環境節點為了便于閱讀，以下我們不討論其他節點與土壤節點的共同點，只討論新的元件和功能的細節。 環境節點（見圖3）記錄作物的環境溫度和濕度參數。正如我們在圖3a和b中看到的，節點的架構類似于土壤節點，除了與外部傳感器的接口。圖3環境節點的各種觀察視圖每個節點通過I2C接口連接Sensirion SHT71傳感器（見圖3c），放置在一個離地面1米半高的日光保護罩里。這些類型的節點采取引用參數讀數的最高頻率為2個讀數/小時。環境節點放置在網關節點周圍半徑約100米之內的地方。最初安排這個網絡包括10個節點。同樣，該節點也使用TinyOS編程。SensirionSht11C組件用來滿足上文所述的功能。此外， Msp430ADC0C用于采樣微處理器的ADC0模擬/數字轉換器，以確定當電池電壓低于某一閾值時，發出低能量警報。3.3 水節點水節點（見圖4）測量用于灌溉作物的池塘水的溫度和鹽度。在這種情況下，節點通過使用適合戶外8dBi全向性天線的遠程無線模塊(XStream X24-019PKI-RA radio modem)直接與辦公室連接通信。其余結構和前述節點的非常相似（見圖4a和b）。Stevens EC 250傳感器淹沒在池塘里。這兩個傳感器輸出（溫度和鹽度）420mA的信號；當電流回路穿過一個電阻器后，微控制器的ADC0和ADC1轉換器讀取這兩個傳感器。讀取這些參數的最高參數頻率是2讀數/小時。節點由太陽能電池板供電，并封裝在放置池塘邊的水密箱里。其天線安裝在約4米高的桅桿上。圖4 水節點的各種觀察視圖EC250C組件再次使用TinyOS來開發，以滿足上文所述的功能。3.4 網關、基站和中繼節點正如我們在圖1中看到的，設備基礎設施需要兩個傳感器網絡及無線傳感器與辦公室互連：（1）每個傳感器網絡一個網關節點，其中一個網絡基于環境節點，另外一個基于土壤節點；（2）中繼節點位于辦公樓屋頂；（3）基站節點放置在辦公室內，物理連接到監測電腦。圖5a和b詳細顯示了網關節點圖像及其硬件架構框圖。微控制器與作物節點通過短距離無線模塊進行通信，而與在辦公室處的中繼節點通過遠程無線模塊通信。由于采用可充電太陽能電池，能量供應壽命已經足夠。太陽能電池板是Zodiac Solar的TPS 102/5 (12V, 5W) 面板，成30角安裝。在最壞的情況下，在卡塔赫納區的平均太陽輻射在這個角度測試時為4600 Wh/m2。網關能耗為7.8瓦時。因此，面板能給節點能耗提供更多的能量。圖5c顯示節點系在農場的桅桿上。為了確保基站節點有足夠的覆蓋面，主天線架設在高約9米的辦公室屋頂。主天線和基站節點之間的無線連接也是通過中繼節點實現。基站節點收集傳感器網絡所產生的所有信息（在中繼節點的幫助下），并傳輸到開發用來處理網絡的監測應用程序。同樣，軟件應用程序可廣播任何命令給傳感器網絡。該節點由連接3dBi全向天線的遠程無線模塊（2.4 GHz）和一個用于連接中心計算機的RS-232接口組成。中繼節點是一個配置為轉發器模式的商業無線電調制解調器，連接到一個8dBi的全向性天線。在戶外可提供了16公里的視距覆蓋范圍。圖5 網關節點的各種觀察視圖4 監控應用程序監控應用程序由以下集成：（1）圖形用戶界面（GUI）顯示從傳感器讀取到的數據，（2）接收和存儲節點數據的程序。這兩個程序使用Java編程語言、Eclipse環境和MySQL關系數據庫管理系統開發。這些應用程序的基本特點可歸納如下：1 圖形用戶界面，包括使用Google Maps所提供的實用程序定位設備的位置。這樣，我們就能確定每個節點和作物的確切地理位置（見圖6）。2 傳感器讀取的數據定期發送到基站并存儲在數據庫里（程序等待一個事件觸發，表明串口有數據）。GUI將讀取這些數據并實時圖形可視化它們。此外，用戶應用程序可修改采樣周期。3 數據庫詳細存儲部署的節點、其匯聚區域、集成在每一個節點的傳感器、讀取歷史記錄、傳感器類型、傳感器和地區發出警報的歷史記錄（例如電池失效、低于某一閾值等）。頂部的菜單欄提供了如上所述的選項（見圖6）。屏幕右邊的谷歌地圖用來描述部署節點的地理位置。左邊三個表顯示從傳感器讀取的最新數據，而三個網絡顯示在右側。表格之下的圖形按用戶選擇的時間間隔顯示數據，或者提供收集到的最新數據。土壤和環境節點都提供以下服務：改變傳感器的采樣周期和配置設備按每小時電池供電發送數據。當電池充電嚴重不足時，它們觸發警報信號。此外，土壤節點還提供其他服務，如：設定土壤類型、配置測量數據集、設定灌溉水量和建立預熱時間。請注意，所有服務都提供了發送一個特殊的數據組合來設置采樣周期。圖6 監測應用程序的主視圖5 結果實現目標的方法包括兩個階段：第一個階段在實驗室，第二個階段在田地里。在第一階段部署所有的子網（只用四個節點作為土壤節點和環境節點子網的例子）、兩個網關節點、基站和中繼節點。這一階段的主要作用是驗證所提出的硬件和軟件解決方案。驗證沒有使用低能耗技術的硬件與軟件版本。一旦保證正常運轉后，下一步是審查軟件，以便合并低能耗模式到所有節點，除了主要部分的供電（基站和中繼節點）。這樣，我們達到系統的充分自治，以確保節點可以運作整個園藝周期（10周）。第二階段的目標是，在實際農場條件下進行驗證，評估所開發裝置的功能性能，如范圍、魯棒性和靈活性。為了達到所開發系統結果實現的充分評估，從以下觀點進行了分析：（1）從設備開發和技術使用的角度來看；（2）從農業的角度來看。這些方面將在下文討論，并特別強調最重要的點。5.1 看作設備的結果在實驗室的功能驗證后，所開發的裝置重編程為低能耗模式，因該模式最適合運行在田地里。這一運作模式的詳細研究表明有必要確保整個農業周期的自治。下文介紹針對土壤節點進行的研究：這項研究與所有其他節點相同。土壤節點有四個功能狀態：休眠、無線電待機接收消息、傳感器數據記錄、數據傳輸。圖7顯示了節點在每一個狀態的能耗。就其本身而言，表3列出了節點在每一個狀態的能耗和時間。最壞的情況是采用平均能耗，從兩個傳感器每30分鐘采集和傳輸數據。本研究的最終目的是，確定節點的平均能耗是多少，將由此得出的數字直接關聯電池的電能，從而確定該設備的自治時間。節點的平均能耗可以如下確定：表達式（2）表明待機能耗。表達式（3）表示節點在接收模式為每10秒15毫秒脈沖時的平均能耗。表達式（4）和（5）反映類似的計算，僅乘以二，這是許多連接到每個節點的傳感器數目。表達式（1）給出了土壤節點的平均電流消耗，大約0.5035毫安。由于土壤節點的電池是2700mA/H，其估計自治時間為223天，足以保證正常運作整個農業或園藝季節。其他設備的能耗研究與土壤節點一樣遵循同樣的過程。結果總結見表3。節點安置在田地如此消耗后，驗證測試持續了9個星期以上，沒有收到任何設備的低電量警報，這表明太陽能電池板工作正常以及驗證能耗評估。圖7 設備的自治研究表3 不同設備的能耗和自治時間為了覆蓋設備，放在辦公室內的基站節點，使用3dBi全向天線。由于建筑的覆蓋狀況，中繼節點不得不從一開始就放在屋頂上。這提供了中繼節點和配備XStream的節點（網關和水節點）之間達10公里的覆蓋面。所有裝在戶外的8dBi全向性天線，安裝在四米高的桅桿上，以避免任何障礙。一旦傳感器網絡的網關節點定位好，網關節點與土壤節點之間的最大覆蓋范圍是50米，和環境節點的100米。土壤節點放置在園藝作物里。因為作物豐富的根部，傳感器需埋入20或40厘米深的土壤里。和環境節點不同，土壤節點放在地面上，因而覆蓋較差。當土壤節點第一次安裝時，作物的頂部略高于地面，所以節點工作完美。然而，幾個月后它們停止了工作，當作物開始向上長時。這個問題已經解決，將原來天線替換為3dBi全方位版本。5.2 農業成果驗證測試在位于西班牙東南部的坎波卡塔赫納區（374426N, 11338W）占地4公頃的生態作物大白菜(Brassica oleracea L. var. Capitata)里進行。在2008年2月最后一個星期移植幼苗（種植密度為每平方米7株），10個星期后（2008年5月的第二周）作物收獲。在40厘米深的作物土壤特性是：粘壤土質地，總碳酸鹽35.4 p.100，磷（Olsen）78.6ppm，鉀（Ac-NH4）487.0ppm。滴灌系統埋在兩行作物之間和每0.20米安裝1升/小時的發射嘴。使用噴灑化肥給作物施肥。在3月的第一個星期部署節點，這時農場主開始收集無線傳感器網絡的數據。土壤節點的傳感器置于20厘米和40厘米深的作物底下。在此期間，有80mm累積雨量，達65 km/h的中等強風和溫和的溫度（平均15.2）。圖8顯示了10周內收集到的數據（土壤濕度和空氣溫度）。Hydra Probe傳感器提供準確的土壤濕度測量，水容積的單位為體積（wfv或m3m3）。也就是說，土壤里的水的比例以十進制形式顯示。例如，0.20 wfv水含量意味著一公升的土壤樣品含有200毫升的水。充分飽和度（所有土壤孔隙空間裝滿了水）通常發生0.5和0.6 wfv之間，并且相當依賴土壤。節點被驗證能正常運行。這為類似的氣候條件提供了一些魯棒性保證。圖8 10周監測過程的記錄數據在介紹此技術之前，公司用傳統方式監測其作物，即一個人用適當的便攜設備觀察作物和池塘來衡量相關的農藝參數。現在，使用所開發的技術，作物變量可以實時確定，作物的水需求不用派人去觀察它們就可以估算。農場團隊可以實時監測保持白菜生長的最佳條件（鹽度范圍為24 mmhos/cm，溫度在10和24之間，相對濕度在60-90的范圍）。6 總結在這里描述的無線傳感器網絡提供了一個真正監測作物土壤和環境狀況的機會。該系統成功地在所需精度下監測了生態白菜作物的整個生長期。農場團隊現在能夠收集更全面和更準確的空間和時間數據。因此，農業生產系統受益于把高技術融合到通信和信息技術領域。 無線傳感器網絡設備收集在廣泛范圍內的土壤和環境條件測量值的能力是該系統設計的根本要求。無線傳感器網絡技術的明顯優勢是能顯著減少和簡化布線、更快地部署、無限制安裝傳感器的靈活性、以及更好的移動性。盡管這項技術潛力很大，但一些困難已被發現（缺乏有經驗的工作人員解決問題、傳感器成本高、電源供應問題等等）。結果的良好獲得，刺激去適配基礎設施部署到其他情況下，將新的土壤和環境參數結合到不同類型的園藝作物。需要在不同情況下重用基礎設施的主要努力是允許農場辦公室和網關之間的最大距離（達到10公里）。中期報告的目的是建立一個專家系統，以協助灌溉管理，結合氣候（ET）和土壤水分平衡模型來估算作物需水量，優化灌溉編程和遠程操縱灌溉設備的能力。鳴謝 作者要感謝為支持這項工作的西班牙工業部，Edosoft Factory S.L.，RIMSI項目（FIT-330100-2006-173）和ESNA（ITEA 2006），Fundacin Sneca of the Murcia Region (refs. ID-02998/PI/05, 08754/PI/08)和CICYT MEDWSA（ref. TIN1006-15175-C05-02），教育和科學部。作者也感謝反饋寶貴意見的匿名評審們。參考文獻Akyildiz, I.F., Su,W., Sankarasubramaniam, Y., Cayirci, E., 2002. Wireless sensor networks: a survey. Comput. Networks 38, 393422.Baronti, P., Pillai, P., Chook, V.W., Chessa, S., Gotta, A., Fu, Y.F., 2007. Wireless Sensor Networks: a survey on the state of the art and the 802.15.4 and ZigBee standards. Comput. Commun. 30, 16551695.Blackmore, S., 1994. Precision farming: and introduction. Outlook Agr. 23, 275280.Burrell, J., Brooke, T., Beckwith, R., 2004. Vineyard computing: sensor networks in agricultural production. IEEE Pervas. Comput. 3, 3845.Camilli, A., Cugnasca, C.E., Saraiva, A.M., Hirakawa, A.R., Corra, L.P., 2007. From wireless sensor to field mapping: Anatomy of an application for precision agriculture. Comput. Electron. Agr. 58, 2536.Chiti, F., De Cristofaro, A., Fantacci, R., Tarchi, D., Collodo, G., Giorgetti, G., Manes, A., 2005. Energy efficient routing algorithms for application to agro-food wireless sensor networks. In: Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC2005), Seoul, Korea, pp. 30633067.Gay, D., Levis, P., von Behren, R.,Welsh, M., Brewer, E., Culler, D., 2003. The nesC language: a holistic approach to network embedded systems. In: Proceedings of the ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation, San Diego, CA, USA, pp. 111.Hill, J., Szewczyk, R.,Woo, A., Hollar, S., Culler, D., Pister, K., 2000. System architecture directions for networked sensors. ACM SIGPLAN Notices 35, 93104.IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2006. IEEE Standard for Information technology-Telecomunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-RateWireless Personal Area Networks (WPANs). IEEE Standard 802.15.4-2006, Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York. Morais, R., Fernandes, M.A., Matos, S.G., Serodio, C., Ferreira, P.J.S.G., Reis, M.J.C.S., 2008. A ZigBee multi-powered wireless acquisition device for remote sensing applications in precision viticulture. Comput. Elec