基于ＳＤＨ/ＭＳＴＰ技術的農業物聯網運用研究

劉磊 高加瓊 韓文智

摘要：為滿足現代農業資源數據的高效傳輸要求，進一步拓展農業物聯網的運用效果，利用MSTP技術和SDH技術構建起大型的多業務平臺傳遞農業物聯網。結果表明，SDH/MSTP技術在農業物聯網網絡層運用，實現了對大量的農業資源信息進行存儲和高效傳輸，同時減少了大量農業信息數據的冗余，確保了數據的安全、可靠、真實。

關鍵詞：SDH/MSTP技術;農業物聯網;網絡層

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）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

農業是維持一個國家國民經濟建設與發展的根本性產業，其發展的好壞直接關系到國民經濟的進程，而中國本身就是一個農業大國，歷來對農業極其重視。隨著大數據、現代通信網絡技術、分布式計算技術和傳感器技術的快速發展，不同類型的農業信息匯集，超大量的農業資源數據以及寬帶接入傳輸，以此構建起了綜合性的物聯網，這就意味著農業信息傳輸要求不再受時間與空間限制。大數據時代下，基于SDH技術構建的農業物聯網，在感知層與傳輸層中，所承載業務數據都是短距離的信息通信，難以達到對超大量的農業資源數據高效傳輸的可靠性要求，無法滿足市場的需求。為了現代農業資源數據的傳輸要求，進一步拓展農業物聯網的運用，可利用MSTP技術，以SDH技術為基礎，構建起大型的多業務平臺傳遞農業物聯網。

1? 當前新型農業物聯網的現狀

作為一種具有通信技術、網絡技術、控制技術和計算機技術相結合的現代化科技產物，農業物聯網使農業變得更加智能化、信息化與高效化，能讓人更好地管理和控制農業事務，提高農業的生產效率。當前，中國新型農業物聯網是基于SDH技術構建的農業物聯網，其中農業物聯網的架構分為感知層、網絡層與應用層，具體見圖1。

其中感知層主要是由傳感器、傳感器網關、二氧化碳濃度傳感器、條碼/RFID、濕度傳感器、攝像頭、定位技術等組成的數據采集端，其作用在于識別農產品，并進行數據采集，以獲得海量的數據。網絡層主要是由互聯網、藍牙、私有網絡、ZigBee、有線通信網、NB-IoT、網絡管理系統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，實現對農業信息資源的傳輸。應用層主要是由各種公共運用支撐子層技術與農業應用平臺組成，對大量數據分析、處理、存儲，并在此基礎上完成農業具體應用的指令控制，實現了農業與網絡技術的全面融合，包括了農業安全生產、農業信息推送、農業環境監測、農業機械化與設施、農業物流監管、農產品流通、農業決策管理等方面。

基于SDH技術構建的農業物聯網很好地解決了傳統PDH技術在連接措施、標準接口規范、數字通道設備利用率、技術參數等方面的有關難題，使得在農產品與農業信息數據資源的上下交易更加便捷，對農作物生長態勢有了更加精準的檢測，對農業數據網絡監控與信息維護方面更加方便快捷，可以說不管是在網絡傳輸層的傳輸結構上、還是傳輸方式、網絡管理功能上都要優于PDH技術。但是隨著科技和經濟的發展以及人民生活水平的提高，更多的農產品消費者和農產品交易平臺對農產品的信息要求更全面，包括對各種農產品的生產地、產量、質量、價格、營養成分、農藥的殘留量等信息要求追根溯源，然而現有的PDH、PCH、協議轉換器、以太網接入機技術已經無法滿足需要，尤其是被大家看好的SDH技術也存在著一些不足，在感知層與傳輸層中，所承載業務數據都是短距離的信息通信，不能達到對超大量的農業資源數據高效傳輸的可靠性要求。因此需要采取一種新的技術來彌補這些不足，以保障中國農業物聯網更加健康有序地發展。

2? SDH/MSTP技術分析

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）中文名是同步數字體系，是隨著通信、數字通信和計算機技術的發展出現的一類把復接、線路傳輸和交換功能相互融合成一體，然后通過統一網管系統操作而構建成的綜合信息傳送網絡[1]。該體制跟準同步數字傳輸體制（PDH，Plesiochronous Digital Hierarchy）相同，對數字信號的幀結構、傳輸速率等級、復用方式和接口碼型等特點進行了規范[2]。當前SDH已成為一種非常成熟標準的技術，在骨干網絡中得到了全面利用。

MSTP技術則是基于SDH技術的多業務傳送平臺，是通過SDH平臺，達到TDM、ATM、以太網業務的接入處理與傳送，并在統一網管下提供的多業務節點。MSTP技術具有標準SDH傳送節點，可以說是在SDH技術的基礎上結合現實需要進行的繼承和發展，能夠實現對TDM業務、ATM業務和以太網業務的接入、點到點的透明傳送、帶寬統計復用作用;還有能將ATM業務和以太網業務映射到SDH虛容器的指配上的效果。MSTP技術在傳統SDH技術的基礎上增添了數據工作單板，通過VC通道，達到數據業務的傳送，具有非常好的向前兼容性，這使得MSTP技術可以充分利用SDH網絡資源，實現多種業務的接入與綜合傳送，達到對數據分組的高效傳輸問題處理，完成對數據網的深入優化補充[3]，而且還能按照業務的需要情況代替接入層的一些數據路由設備，以此更好地滿足不斷增加的數據業務的需求。MSTP設備能夠在任何已經存在的SDH網絡中傳輸，同時MSTP還可以有效梳理分組數據業務，包括沒有網絡基礎設施的新運單位以及鋪設好了全面的SDH網絡的運營企業，甚至是一個企業的用戶駐地，MSTP都可以幫助它們完成從電路交換網朝分組網的轉變[4]。MSTP的關鍵技術是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。

從圖2可以發現MSTP技術的一些特點。一是在全雙工、半雙工以及自適應方式下具有MAC地址自學習功能。二是根據業務不同，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。三是業務帶寬實現靈活配置，MSTP為了實現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議。五是QOS具有對限制端口的發送，不同種類級別的業務發送是按照QOS的配置與某一算法實現的。

3? SDH/MSTP技術在農業物聯網網絡層運用

在SDH中加入MSTP接入技術，能根據農產品業務種類的差異分配不同的寬帶，實現對多業務平臺農業數據的傳輸，不再受到RPR技術組網限制，增加了業務安全系數[5]，降低了TDM業務的承載成本，提升了效率。改變了IP QOS低的現象。而利用多業務光纖復用器FOM能夠有效解決不同廠家設備的統一網絡管理，FOM多業務光纖復用器提可以提供12個E1的信息傳輸通道，同時還提供1條以太網通道與1路RS232低速異步通道，使用者可以使用FOM多業務光纖復用器提供的不同業務接口模塊，輕松達到E1數據、RS232數據、RS485數據、Eth以太網數據、語音數據、V35數據和E/M等各種各樣業務的同時傳輸使用。

SDH/MSTP技術在農業物聯網網絡層運用的具體體現，首先是在MSTP技術下數據業務朝著多元化業務自動交換管理（ASON）網絡方向變化。圖3為ASON網絡管理應用用于農業物聯網中的網絡層中結構圖。

農業物聯網系統數據具有多層次、多區域性和信息復雜等諸多特性，基于SDH技術的傳輸網絡無法滿足目前農業信息網絡管理需要，在MSTP技術下，不但要數據業務多業務傳送平臺，還要讓多元化業務能自動交換管理（ASON），因此還需要在農業物聯網中傳輸層中引入ASON網絡管理。ASON與傳統OTN（光傳送網絡）不一樣，它是一種動態的光網絡，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管系統相結合起來，建立起以軟件為主的可以感知網絡與使用者的服務需求，而且還可以根據需要直接從光層供給服務。ASON在農業物聯網系統的應用，ASON傳輸面能夠實現對測控農業信息的設備性能采取實時分析管理。ASON控制面利用用戶網絡接口/ASON控制節點接口與信令鏈路結合在一起，達到對農業物聯網分布式控制目的;ASON控制面可以增加農作物采集數據自動統計和保護農業物聯網恢復等智能管理模塊，各個模塊的應用可以有效減少農業物聯網業務的時長，可以有效提供實時動態的多元化農產品信息。

但是ASON只是一種動態的光網絡，如果在基于SDH的農業物聯網中只引入ASON網絡管理，只能完成網絡智能的控制與管理，還欠缺處理多業務的能力。對于已有的SDH設備而言，交換器總的數據交換能力是非常有限的，只能在一個通信網絡媒體上實現多個信息化數據、語音與視頻信號等相關業務傳送，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業數據業務的能力，因此，還需要引入提供下層物理傳送通道的MSTP技術，MSTP作為ASON的一種傳送面技術，可以改變不斷增長的海量數據對背板帶寬的制約，實現對系統的靈活架構。

其次，SDH/MSTP技術在農業物聯網網絡層運用，具有數據可靠性、支持多業務承載能力、高性能網絡監管、可兼容最新業務的承載和靈活組網等優點。例如，在數據的傳輸上，SDH技術只能實現農業網在數據上小范圍、短距離的傳輸，而采用SDH/MSTP技術，可以實現TDM業務、ATM業務和以太網等相關農業數據業務的接入、處理和傳輸，這讓農業物聯網中的多信息、多等級和多成分農產品的管理識別提升到了一個統一的多個節點中。又如，能夠提供組建一個農業數據專網的方案，以往基于VLAN采取的方案不能滿足農業物聯網中農產品終端到基地、基地到基地的數據安全性、可靠性、帶寬傳輸的要求。采用SDH/MSTP技術，能夠按照客戶的帶寬傳輸要求組建不同的虛擬專用網（VPN），并確保每個虛擬專用網（VPN）帶寬的需要，同時整個網絡中帶寬都是共享的，增加了帶寬使用效率，達到了對農業物聯網里面多級農業數據業務的接入、調整。再如，實現了信息的實時無縫對接。隨著中國市場經濟的深入發展，農產品的種類變得更多，價格和質量等變得更加多元化，農產品需求客戶對農產品的各種信息需要更多了解，不再簡單滿足于供應商所提供的單一性終端服務。使用MSTP技術可以讓農產品需求客戶對農產品交易市場到基地，終端客戶到基地，農產品供應商到供應商等過程的農產品的價格、種類、質量、數量等信息更清楚。在網絡帶寬的提供方面也變得更加精準，根據農戶到客戶間，按照不同的客戶需求提供不同的帶寬。這樣能很好地為農產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

SDH/MSTP技術在農業物聯網網絡層運用，實現了對大量的農業資源信息進行存儲，高效傳送，降低了大量農業信息數據的冗余，具有數據可靠性、高性能網絡監管、支持多業務承載能力、可兼容最新業務的承載和靈活組網等優點。能夠根據農產品的種類、農產品的質量、農產品的數量、農產品的供應商、農產品客戶需要等設定不同的帶寬，實現了農產品在安全流通、信息推送、農產品追蹤等方面的多級業務傳送，確保了數據的安全、可靠、真實。

參考文獻：

[1] 梁魁培.SDH技術在電力通信傳輸網中的應用[J].電子測試，2016（10）：53，26.

[2] 秦興龍.解析SDH傳輸技術在廣電傳輸網中的應用[J].數字技術與應用，2017（3）：36，38.

[3] 葉新雷.MSTP技術推動城域網優化建設研究[J].通信電源技術，2016，33（4）：185-186.

[4] 張文川.使用MSTP提高生成樹的彈性[J].電腦知識與技術，2016，12（15）：68-69.

[5] 徐結海.淺析基于SDH的多業務平臺（MSTP）技術及應用[J].科技創新與應用，2016（34）：81.