農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用體系結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著無線通信技術(shù)、傳感技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)各行業(yè)得到廣泛應用，形成了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(Agricultural Internet of Things，AIoT)。但總體而言，農(nóng)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(nóng)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(gòu)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(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用體系結(jié)構(gòu)，并重點研究了其中的關(guān)鍵技術(shù)。主要工作及研究結(jié)論如下:
　　(1)提出五層農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用體系結(jié)構(gòu)。針對傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)無法滿足農(nóng)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(nèi)外的研究機構(gòu)和研究人員提出的各種不同形式的體系結(jié)構(gòu)，論文給出了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)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(guān)系，確定通用框架和功能結(jié)構(gòu)模型，提出了基于分層及協(xié)議配套的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)可用于引導系統(tǒng)開發(fā)人員遵循層次結(jié)構(gòu)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(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡統(tǒng)一接入系統(tǒng)。由于現(xiàn)階段農(nóng)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(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。不同廠家生產(chǎn)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(nóng)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(zhuǎn)換的通用網(wǎng)關(guān)，設計了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對各功能部件進行了詳細介紹，最后搭建相關(guān)軟硬件平臺進行了測試，實驗結(jié)果表明所設計的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入層網(wǎng)關(guān)穩(wěn)定可靠。通過接入網(wǎng)關(guān)的使用，農(nóng)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(guān)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(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享架構(gòu)。當前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務平臺存在異構(gòu)化、垂直化和碎片化等問題，導致企業(yè)之間及企業(yè)內(nèi)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(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享架構(gòu)，并對該架構(gòu)的各層功能進行了詳細分析，以食用菌全程質(zhì)量安全追溯為例，分析了食用菌產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)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(nóng)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(qū)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境過