基于廣域網(wǎng)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)研究

趙鑫

[摘 要] 隨著農(nóng)業(yè)信息化的建設(shè)和發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)監(jiān)測和管理系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保障。本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行介紹，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的采集和處理特點(diǎn)，在廣域網(wǎng)的基礎(chǔ)上對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。

[關(guān)鍵詞] 農(nóng)業(yè)信息化；廣域網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智慧農(nóng)業(yè)；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

[中圖分類號(hào)] TP391.44；TN92；TP274 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2018）31-127-2

我國雖然是世界農(nóng)業(yè)大國，但是我國的人均耕地面積不足世界人均耕地面積的1/2。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)是提高我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，有利于提高我國農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，加快我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)，可設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，通過無線傳感器技術(shù)把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的交換，促進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于通信模式的一種新型技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在廣域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)物體信息數(shù)據(jù)的連接和交換，是在廣域網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種延伸[1]。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展的新技術(shù)，體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，感知層是物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的最底層。感知層由感知元器件等識(shí)別模塊構(gòu)成，與感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，負(fù)責(zé)采集外界數(shù)據(jù)信息，然后通過數(shù)據(jù)傳輸接口傳輸獲取的數(shù)據(jù)信息。感知層技術(shù)包括傳感器技術(shù)和無線組網(wǎng)技術(shù)等，傳感器節(jié)點(diǎn)和無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是感知層結(jié)構(gòu)的核心。

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的中間層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的傳輸。網(wǎng)絡(luò)層作為連接感知層和應(yīng)用層的重要結(jié)構(gòu)，基于廣域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層可以把廣域網(wǎng)和專用網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)模式融合在一起，適應(yīng)物理網(wǎng)對不同網(wǎng)絡(luò)的需要。在物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用中，通過特定的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中受周邊復(fù)雜環(huán)境的影響，數(shù)據(jù)載量負(fù)荷大，對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸提出了更高要求。在物理網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，對網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)對多種網(wǎng)絡(luò)的融合，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議保證感知層和應(yīng)用層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選取適合系統(tǒng)特點(diǎn)的通信協(xié)議和通信方式，滿足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的需要。

應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中為核心部分，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。應(yīng)用層主要是對數(shù)據(jù)信息和多種業(yè)務(wù)進(jìn)行分析處理，把接收到的傳輸數(shù)據(jù)按照不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行分析管理。應(yīng)用層通過計(jì)算機(jī)的分析和處理功能處理感知層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的管理。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用層的邏輯設(shè)計(jì)非常重要，主要是針對整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理的基本需求。

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

2.1 采用關(guān)鍵技術(shù)研究

Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過無線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，安全性、可靠性高，且可以實(shí)現(xiàn)自組組網(wǎng)，具有較高的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展性[3]。Zigbee技術(shù)的傳輸協(xié)議符合廣域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，且具有較高的安全管理性。Zigbee技術(shù)可以降低系統(tǒng)運(yùn)行的功耗，具有完善的休眠喚醒功能。在系統(tǒng)不運(yùn)行的狀態(tài)下，可以處于休眠狀態(tài)。如果啟用，可以通過喚醒功能使節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)。4G技術(shù)作為高速率的移動(dòng)通信技術(shù)，可以支持高速信息數(shù)據(jù)的傳輸，支持多媒體等高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息傳輸，在現(xiàn)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用。嵌入式技術(shù)可以根據(jù)不同的應(yīng)用需要設(shè)計(jì)不同的硬件模塊，建立專業(yè)的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，最底層是硬件層，主要是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成部分，包括處理器、存儲(chǔ)設(shè)備等。嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中間驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)對硬件進(jìn)行控制和管理，向上層結(jié)構(gòu)提供硬件支持。嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)層是整個(gè)結(jié)構(gòu)的核心，主要通過文件系統(tǒng)等軟件實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制管理。

2.2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對信息采集和處理的特點(diǎn)，可更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸和交互。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中環(huán)境的溫度、光照等數(shù)據(jù)信息，然后在Zigbee網(wǎng)絡(luò)中通過傳感器節(jié)點(diǎn)安全傳輸采集的數(shù)據(jù)信息。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，Zigbee的協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行加密處理后，傳輸給嵌入式網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)平臺(tái)對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中，Zigbee協(xié)調(diào)器和嵌入式網(wǎng)關(guān)構(gòu)成統(tǒng)一的模塊，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集控制。在4G網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)通過Zigbee協(xié)調(diào)器和嵌入式網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的前置模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，然后傳輸?shù)较到y(tǒng)的控制平臺(tái)，并通過接口為用戶提供不同的面向服務(wù)。客戶通過網(wǎng)絡(luò)接收到前端數(shù)據(jù)，并通過授權(quán)權(quán)限對前端模塊發(fā)送控制指令，完成對前端模塊的控制功能。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[4]，如圖2所示，

2.2.2 系統(tǒng)模塊及功能設(shè)計(jì)。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中引入無線傳感器技術(shù)和嵌入式技術(shù)等，可以改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方法，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平。在廣域網(wǎng)技術(shù)上，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。Zigbee協(xié)調(diào)器在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中，是對每一個(gè)節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)連接，并連接設(shè)備的關(guān)聯(lián)信息[5]。設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表的信息維護(hù)主要由協(xié)調(diào)器完成。協(xié)調(diào)器的建網(wǎng)首先初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中加入節(jié)點(diǎn)設(shè)備。協(xié)調(diào)器的組網(wǎng)流程，如圖3所示。網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)前端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)處理和傳輸。網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)主要是加密數(shù)據(jù)后傳輸給服務(wù)器，并解析數(shù)據(jù)后反饋給客戶。網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)可以收集Zigbee協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器平臺(tái)。此外，網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)可以接收服務(wù)器的指令并執(zhí)行指令。云服務(wù)器是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，并為系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。選用服務(wù)器時(shí)要考慮安全性和穩(wěn)定性，并為整個(gè)系統(tǒng)提供全天候的服務(wù)。

3 結(jié)語

隨著農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。本文在廣域網(wǎng)基礎(chǔ)上，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究，有效推動(dòng)了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化提供了重要的技術(shù)支持。

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