基于ＳＤＨ/ＭＳＴＰ技術(shù)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運用研究

劉磊 高加瓊 韓文智

摘要：為滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)的高效傳輸要求，進一步拓展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的運用效果，利用MSTP技術(shù)和SDH技術(shù)構(gòu)建起大型的多業(yè)務(wù)平臺傳遞農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。結(jié)果表明，SDH/MSTP技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層運用，實現(xiàn)了對大量的農(nóng)業(yè)資源信息進行存儲和高效傳輸，同時減少了大量農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)的冗余，確保了數(shù)據(jù)的安全、可靠、真實。

關(guān)鍵詞：SDH/MSTP技術(shù);農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)層

中圖分類號：TN29? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）21-0134-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.21.035? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Research on the Application of Agricultural Internet of Things

Based on SDH/MSTP Technology

LIU Lei1，GAO Jia-qiong2，HAN Wen-zhi2

（1.Chengdu College of University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731，China;

2.Sichuan Vocational and Technical College，Suining 629000，Sichuan，China）

Abstract： Aiming to meet the requirements of efficient transmission of modern agricultural resources data，and further expand the application effect of Agricultural Internet of things， a large multi service platform to transfer agricultural Internet of things was built by MSTP technology and SDH technology. The results showed that the application of SDH/MSTP technology in the agricultural Internet of Things network layer realizes the storage and efficient transmission of a large number of agricultural resources information，and reduces the redundancy of a large number of agricultural information data，which ensures the safety，reliability and authenticity of data.

Key words： SDH/MSTP technology; Agricultural Internet of things; the network layer

農(nóng)業(yè)是維持一個國家國民經(jīng)濟建設(shè)與發(fā)展的根本性產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展的好壞直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的進程，而中國本身就是一個農(nóng)業(yè)大國，歷來對農(nóng)業(yè)極其重視。隨著大數(shù)據(jù)、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，不同類型的農(nóng)業(yè)信息匯集，超大量的農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)以及寬帶接入傳輸，以此構(gòu)建起了綜合性的物聯(lián)網(wǎng)，這就意味著農(nóng)業(yè)信息傳輸要求不再受時間與空間限制。大數(shù)據(jù)時代下，基于SDH技術(shù)構(gòu)建的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，在感知層與傳輸層中，所承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都是短距離的信息通信，難以達到對超大量的農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)高效傳輸?shù)目煽啃砸螅瑹o法滿足市場的需求。為了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)的傳輸要求，進一步拓展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的運用，可利用MSTP技術(shù)，以SDH技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建起大型的多業(yè)務(wù)平臺傳遞農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

1? 當前新型農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀

作為一種具有通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的現(xiàn)代化科技產(chǎn)物，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使農(nóng)業(yè)變得更加智能化、信息化與高效化，能讓人更好地管理和控制農(nóng)業(yè)事務(wù)，提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率。當前，中國新型農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是基于SDH技術(shù)構(gòu)建的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，其中農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層，具體見圖1。

其中感知層主要是由傳感器、傳感器網(wǎng)關(guān)、二氧化碳濃度傳感器、條碼/RFID、濕度傳感器、攝像頭、定位技術(shù)等組成的數(shù)據(jù)采集端，其作用在于識別農(nóng)產(chǎn)品，并進行數(shù)據(jù)采集，以獲得海量的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層主要是由互聯(lián)網(wǎng)、藍牙、私有網(wǎng)絡(luò)、ZigBee、有線通信網(wǎng)、NB-IoT、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)與云計算平臺等共同組成，主要負責傳遞與處理感知層獲取的信息，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)信息資源的傳輸。應(yīng)用層主要是由各種公共運用支撐子層技術(shù)與農(nóng)業(yè)應(yīng)用平臺組成，對大量數(shù)據(jù)分析、處理、存儲，并在此基礎(chǔ)上完成農(nóng)業(yè)具體應(yīng)用的指令控制，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全面融合，包括了農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)信息推送、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)機械化與設(shè)施、農(nóng)業(yè)物流監(jiān)管、農(nóng)產(chǎn)品流通、農(nóng)業(yè)決策管理等方面。

基于SDH技術(shù)構(gòu)建的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)很好地解決了傳統(tǒng)PDH技術(shù)在連接措施、標準接口規(guī)范、數(shù)字通道設(shè)備利用率、技術(shù)參數(shù)等方面的有關(guān)難題，使得在農(nóng)產(chǎn)品與農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)資源的上下交易更加便捷，對農(nóng)作物生長態(tài)勢有了更加精準的檢測，對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與信息維護方面更加方便快捷，可以說不管是在網(wǎng)絡(luò)傳輸層的傳輸結(jié)構(gòu)上、還是傳輸方式、網(wǎng)絡(luò)管理功能上都要優(yōu)于PDH技術(shù)。但是隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展以及人民生活水平的提高，更多的農(nóng)產(chǎn)品消費者和農(nóng)產(chǎn)品交易平臺對農(nóng)產(chǎn)品的信息要求更全面，包括對各種農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)地、產(chǎn)量、質(zhì)量、價格、營養(yǎng)成分、農(nóng)藥的殘留量等信息要求追根溯源，然而現(xiàn)有的PDH、PCH、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、以太網(wǎng)接入機技術(shù)已經(jīng)無法滿足需要，尤其是被大家看好的SDH技術(shù)也存在著一些不足，在感知層與傳輸層中，所承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都是短距離的信息通信，不能達到對超大量的農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)高效傳輸?shù)目煽啃砸?。因此需要采取一種新的技術(shù)來彌補這些不足，以保障中國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)更加健康有序地發(fā)展。

2? SDH/MSTP技術(shù)分析

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）中文名是同步數(shù)字體系，是隨著通信、數(shù)字通信和計算機技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)的一類把復(fù)接、線路傳輸和交換功能相互融合成一體，然后通過統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作而構(gòu)建成的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)[1]。該體制跟準同步數(shù)字傳輸體制（PDH，Plesiochronous Digital Hierarchy）相同，對數(shù)字信號的幀結(jié)構(gòu)、傳輸速率等級、復(fù)用方式和接口碼型等特點進行了規(guī)范[2]。當前SDH已成為一種非常成熟標準的技術(shù)，在骨干網(wǎng)絡(luò)中得到了全面利用。

MSTP技術(shù)則是基于SDH技術(shù)的多業(yè)務(wù)傳送平臺，是通過SDH平臺，達到TDM、ATM、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入處理與傳送，并在統(tǒng)一網(wǎng)管下提供的多業(yè)務(wù)節(jié)點。MSTP技術(shù)具有標準SDH傳送節(jié)點，可以說是在SDH技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)實需要進行的繼承和發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)對TDM業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入、點到點的透明傳送、帶寬統(tǒng)計復(fù)用作用;還有能將ATM業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)映射到SDH虛容器的指配上的效果。MSTP技術(shù)在傳統(tǒng)SDH技術(shù)的基礎(chǔ)上增添了數(shù)據(jù)工作單板，通過VC通道，達到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送，具有非常好的向前兼容性，這使得MSTP技術(shù)可以充分利用SDH網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的接入與綜合傳送，達到對數(shù)據(jù)分組的高效傳輸問題處理，完成對數(shù)據(jù)網(wǎng)的深入優(yōu)化補充[3]，而且還能按照業(yè)務(wù)的需要情況代替接入層的一些數(shù)據(jù)路由設(shè)備，以此更好地滿足不斷增加的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。MSTP設(shè)備能夠在任何已經(jīng)存在的SDH網(wǎng)絡(luò)中傳輸，同時MSTP還可以有效梳理分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括沒有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的新運單位以及鋪設(shè)好了全面的SDH網(wǎng)絡(luò)的運營企業(yè)，甚至是一個企業(yè)的用戶駐地，MSTP都可以幫助它們完成從電路交換網(wǎng)朝分組網(wǎng)的轉(zhuǎn)變[4]。MSTP的關(guān)鍵技術(shù)是IP/ATM OVER SDH，而Ethernet映射入SDH詳細分成HDLC、ML-PPP、LAPS和GFP等。圖2為MSTP的主要技術(shù)。

從圖2可以發(fā)現(xiàn)MSTP技術(shù)的一些特點。一是在全雙工、半雙工以及自適應(yīng)方式下具有MAC地址自學習功能。二是根據(jù)業(yè)務(wù)不同，可以選擇各種方式，如：端口組方式和VLAN方式，VLAN方式又包含了接入模式與干線模式。三是業(yè)務(wù)帶寬實現(xiàn)靈活配置，MSTP為了實現(xiàn)各種各樣用戶的多樣化需要，采用了VC捆綁的形式。四是對每個客戶單獨運行生成樹協(xié)議。五是QOS具有對限制端口的發(fā)送，不同種類級別的業(yè)務(wù)發(fā)送是按照QOS的配置與某一算法實現(xiàn)的。

3? SDH/MSTP技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層運用

在SDH中加入MSTP接入技術(shù)，能根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品業(yè)務(wù)種類的差異分配不同的寬帶，實現(xiàn)對多業(yè)務(wù)平臺農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的傳輸，不再受到RPR技術(shù)組網(wǎng)限制，增加了業(yè)務(wù)安全系數(shù)[5]，降低了TDM業(yè)務(wù)的承載成本，提升了效率。改變了IP QOS低的現(xiàn)象。而利用多業(yè)務(wù)光纖復(fù)用器FOM能夠有效解決不同廠家設(shè)備的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理，F(xiàn)OM多業(yè)務(wù)光纖復(fù)用器提可以提供12個E1的信息傳輸通道，同時還提供1條以太網(wǎng)通道與1路RS232低速異步通道，使用者可以使用FOM多業(yè)務(wù)光纖復(fù)用器提供的不同業(yè)務(wù)接口模塊，輕松達到E1數(shù)據(jù)、RS232數(shù)據(jù)、RS485數(shù)據(jù)、Eth以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)、V35數(shù)據(jù)和E/M等各種各樣業(yè)務(wù)的同時傳輸使用。

SDH/MSTP技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層運用的具體體現(xiàn)，首先是在MSTP技術(shù)下數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)朝著多元化業(yè)務(wù)自動交換管理（ASON）網(wǎng)絡(luò)方向變化。圖3為ASON網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)層中結(jié)構(gòu)圖。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有多層次、多區(qū)域性和信息復(fù)雜等諸多特性，基于SDH技術(shù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)無法滿足目前農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)管理需要，在MSTP技術(shù)下，不但要數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)多業(yè)務(wù)傳送平臺，還要讓多元化業(yè)務(wù)能自動交換管理（ASON），因此還需要在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中傳輸層中引入ASON網(wǎng)絡(luò)管理。ASON與傳統(tǒng)OTN（光傳送網(wǎng)絡(luò)）不一樣，它是一種動態(tài)的光網(wǎng)絡(luò)，其工作原理是把IP的便捷與高效、SDH/SONET的保障作用和DWDM的容量利用分布式網(wǎng)管系統(tǒng)相結(jié)合起來，建立起以軟件為主的可以感知網(wǎng)絡(luò)與使用者的服務(wù)需求，而且還可以根據(jù)需要直接從光層供給服務(wù)。ASON在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，ASON傳輸面能夠?qū)崿F(xiàn)對測控農(nóng)業(yè)信息的設(shè)備性能采取實時分析管理。ASON控制面利用用戶網(wǎng)絡(luò)接口/ASON控制節(jié)點接口與信令鏈路結(jié)合在一起，達到對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分布式控制目的;ASON控制面可以增加農(nóng)作物采集數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計和保護農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)恢復(fù)等智能管理模塊，各個模塊的應(yīng)用可以有效減少農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的時長，可以有效提供實時動態(tài)的多元化農(nóng)產(chǎn)品信息。

但是ASON只是一種動態(tài)的光網(wǎng)絡(luò)，如果在基于SDH的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中只引入ASON網(wǎng)絡(luò)管理，只能完成網(wǎng)絡(luò)智能的控制與管理，還欠缺處理多業(yè)務(wù)的能力。對于已有的SDH設(shè)備而言，交換器總的數(shù)據(jù)交換能力是非常有限的，只能在一個通信網(wǎng)絡(luò)媒體上實現(xiàn)多個信息化數(shù)據(jù)、語音與視頻信號等相關(guān)業(yè)務(wù)傳送，或者是在不同類型信道或者時隙完成交叉位脈沖，但是都達不到處理海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力，因此，還需要引入提供下層物理傳送通道的MSTP技術(shù)，MSTP作為ASON的一種傳送面技術(shù)，可以改變不斷增長的海量數(shù)據(jù)對背板帶寬的制約，實現(xiàn)對系統(tǒng)的靈活架構(gòu)。

其次，SDH/MSTP技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層運用，具有數(shù)據(jù)可靠性、支持多業(yè)務(wù)承載能力、高性能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管、可兼容最新業(yè)務(wù)的承載和靈活組網(wǎng)等優(yōu)點。例如，在數(shù)據(jù)的傳輸上，SDH技術(shù)只能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)網(wǎng)在數(shù)據(jù)上小范圍、短距離的傳輸，而采用SDH/MSTP技術(shù)，可以實現(xiàn)TDM業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)等相關(guān)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入、處理和傳輸，這讓農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的多信息、多等級和多成分農(nóng)產(chǎn)品的管理識別提升到了一個統(tǒng)一的多個節(jié)點中。又如，能夠提供組建一個農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)專網(wǎng)的方案，以往基于VLAN采取的方案不能滿足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中農(nóng)產(chǎn)品終端到基地、基地到基地的數(shù)據(jù)安全性、可靠性、帶寬傳輸?shù)囊蟆２捎肧DH/MSTP技術(shù)，能夠按照客戶的帶寬傳輸要求組建不同的虛擬專用網(wǎng)（VPN），并確保每個虛擬專用網(wǎng)（VPN）帶寬的需要，同時整個網(wǎng)絡(luò)中帶寬都是共享的，增加了帶寬使用效率，達到了對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)里面多級農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入、調(diào)整。再如，實現(xiàn)了信息的實時無縫對接。隨著中國市場經(jīng)濟的深入發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的種類變得更多，價格和質(zhì)量等變得更加多元化，農(nóng)產(chǎn)品需求客戶對農(nóng)產(chǎn)品的各種信息需要更多了解，不再簡單滿足于供應(yīng)商所提供的單一性終端服務(wù)。使用MSTP技術(shù)可以讓農(nóng)產(chǎn)品需求客戶對農(nóng)產(chǎn)品交易市場到基地，終端客戶到基地，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)商到供應(yīng)商等過程的農(nóng)產(chǎn)品的價格、種類、質(zhì)量、數(shù)量等信息更清楚。在網(wǎng)絡(luò)帶寬的提供方面也變得更加精準，根據(jù)農(nóng)戶到客戶間，按照不同的客戶需求提供不同的帶寬。這樣能很好地為農(nóng)產(chǎn)品在傳輸過程中給予安全、可靠和共享等各類信息需要。

4? 小結(jié)

SDH/MSTP技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層運用，實現(xiàn)了對大量的農(nóng)業(yè)資源信息進行存儲，高效傳送，降低了大量農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)的冗余，具有數(shù)據(jù)可靠性、高性能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管、支持多業(yè)務(wù)承載能力、可兼容最新業(yè)務(wù)的承載和靈活組網(wǎng)等優(yōu)點。能夠根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的種類、農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量、農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)商、農(nóng)產(chǎn)品客戶需要等設(shè)定不同的帶寬，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品在安全流通、信息推送、農(nóng)產(chǎn)品追蹤等方面的多級業(yè)務(wù)傳送，確保了數(shù)據(jù)的安全、可靠、真實。

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