農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用體系結構與關鍵技術研究.pdf

1、近年來，隨著無線通信技術、傳感技術的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術在農業(yè)各行業(yè)得到廣泛應用，形成了農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(Agricultural Internet of Things，AIoT)。但總體而言，農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)尚處在起步階段，一方面是底層感知設備多種多樣，接口各異，通信協(xié)議種類繁多，加大了上層應用程序開發(fā)的難度和復雜度;另一方面是當前農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺主要以垂直行業(yè)研發(fā)為主，平臺架構存在封閉化、耦合度高和擴展性差等問題，使得企業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享和服務

2、協(xié)同變得異常困難，形成了諸多“信息孤島”。針對以上背景和問題，論文提出了五層農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用體系結構，并重點研究了其中的關鍵技術。主要工作及研究結論如下:
　　(1)提出五層農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用體系結構。針對傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)三層結構無法滿足農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對可伸縮性、可擴展性、模塊化和互操作性的發(fā)展需求，通過對比國內外的研究機構和研究人員提出的各種不同形式的體系結構，論文給出了農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系結構構建原則，進一步精確地定義了系統(tǒng)的各組成部分及其之間的

3、關系，確定通用框架和功能結構模型，提出了基于分層及協(xié)議配套的農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系結構。該體系結構可用于引導系統(tǒng)開發(fā)人員遵循層次結構原則來實現(xiàn)系統(tǒng)，使得最終建立的系統(tǒng)符合預期的需求。
　　(2)設計并實現(xiàn)了農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)異構網(wǎng)絡統(tǒng)一接入系統(tǒng)。由于現(xiàn)階段農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)尚處在起步階段，市場上有著多種不同通信協(xié)議的農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。不同廠家生產的設備種類繁多，通信接口各異，通信協(xié)議互不兼容，導致底層感知設備接入上層農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)困難重重。針對這些問題

4、研究了支持多協(xié)議、多標識轉換的通用網(wǎng)關，設計了農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入層系統(tǒng)結構，并對各功能部件進行了詳細介紹，最后搭建相關軟硬件平臺進行了測試，實驗結果表明所設計的農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入層網(wǎng)關穩(wěn)定可靠。通過接入網(wǎng)關的使用，農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員將有更多精力專注業(yè)務邏輯，而不必過多關注底層硬件設備的接入整合問題。
　　(3)設計實現(xiàn)了面向服務的農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享架構。當前農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務平臺存在異構化、垂直化和碎片化等問題，導致企業(yè)之間及企業(yè)內部新舊系統(tǒng)

5、之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享變得非常困難，形成了諸多“信息孤島”。為此論文提出了面向服務的農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享架構，并對該架構的各層功能進行了詳細分析，以食用菌全程質量安全追溯為例，分析了食用菌產前、產中、產后各環(huán)節(jié)業(yè)務流程和業(yè)務類型，最后設計并實現(xiàn)了不同粒度的服務，通過不同粒度服務的組合和復用，提高了農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享程度。
　　(4)提出一種改進的基于事件驅動的能量高效分簇路由算法(EDEEC)。針對無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測農業(yè)生產環(huán)境過