基于廣域網的農業物聯網監測系統研究

趙鑫

[摘 要] 隨著農業信息化的建設和發展，物聯網技術在農業監測和管理系統中得到了廣泛應用。在農業生產中，物聯網技術和互聯網技術的應用，推動了農業經濟的發展，為農業生產提供了重要的技術保障。本文對物聯網技術的特點進行介紹，結合農業生產的實際情況，針對農業生產信息數據的采集和處理特點，在廣域網的基礎上對農業物聯網監測系統進行設計和研究。

[關鍵詞] 農業信息化；廣域網；物聯網技術；智慧農業；農業物聯網

[中圖分類號] TP391.44；TN92；TP274 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2018）31-127-2

我國雖然是世界農業大國，但是我國的人均耕地面積不足世界人均耕地面積的1/2。農業現代化建設是提高我國農業經濟發展的重要途徑。先進的科學技術在我國農業生產中應用，有利于提高我國農業的生產效率，加快我國農業經濟的發展水平。在互聯網技術廣泛應用的今天，物聯網技術作為一種新興的計算機技術，可設計農業物聯網監測系統，通過無線傳感器技術把農業生產和互聯網連接在一起，實現農業生產信息數據的交換，促進農業信息化發展。

1 物聯網技術特點

物聯網技術是基于通信模式的一種新型技術，通過物聯網協議在廣域網中實現物體信息數據的連接和交換，是在廣域網技術基礎上對互聯網技術的一種延伸[1]。物聯網是在互聯網基礎上發展的新技術，體系結構如圖1所示。

在物聯網體系結構中，感知層是物聯網體系結構中的最底層。感知層由感知元器件等識別模塊構成，與感應網絡進行數據交換，負責采集外界數據信息，然后通過數據傳輸接口傳輸獲取的數據信息。感知層技術包括傳感器技術和無線組網技術等，傳感器節點和無線網關節點是感知層結構的核心。

網絡層是物聯網體系結構的中間層，主要負責數據信息的傳輸。網絡層作為連接感知層和應用層的重要結構，基于廣域網等網絡技術實現數據傳輸。網絡層可以把廣域網和專用網等網絡模式融合在一起，適應物理網對不同網絡的需要。在物聯網的實際應用中，通過特定的網絡實現對數據的傳輸。物聯網在農業生產中受周邊復雜環境的影響，數據載量負荷大，對網絡層的數據傳輸提出了更高要求。在物理網體系結構中，對網絡層的設計主要是實現對多種網絡的融合，進而保證數據信息傳輸的安全性和穩定性。物聯網中，網絡層通過網絡協議保證感知層和應用層之間數據傳輸的可靠性。在農業物聯網監測系統的設計中，選取適合系統特點的通信協議和通信方式，滿足農業物聯網監測系統的需要。

應用層在物聯網體系結構中為核心部分，負責對數據信息進行處理。應用層主要是對數據信息和多種業務進行分析處理，把接收到的傳輸數據按照不同的業務進行分析管理。應用層通過計算機的分析和處理功能處理感知層傳輸的數據，實現對物聯網監測系統的管理。在農業物聯網監測系統設計中，應用層的邏輯設計非常重要，主要是針對整個系統的業務邏輯服務進行設計，滿足農業物聯網監測系統業務處理的基本需求。

2 農業物聯網監測系統設計與研究

2.1 采用關鍵技術研究

Zigbee無線網絡技術通過無線通信實現數據的交互，安全性、可靠性高，且可以實現自組組網，具有較高的網絡結構擴展性[3]。Zigbee技術的傳輸協議符合廣域網協議標準，且具有較高的安全管理性。Zigbee技術可以降低系統運行的功耗，具有完善的休眠喚醒功能。在系統不運行的狀態下，可以處于休眠狀態。如果啟用，可以通過喚醒功能使節點進入工作狀態。4G技術作為高速率的移動通信技術，可以支持高速信息數據的傳輸，支持多媒體等高質量的數據信息傳輸，在現在移動通信網絡中得到了廣泛應用。嵌入式技術可以根據不同的應用需要設計不同的硬件模塊，建立專業的嵌入式計算機系統。嵌入式系統結構采用分層結構的設計思路進行設計，最底層是硬件層，主要是嵌入式計算機系統的硬件結構組成部分，包括處理器、存儲設備等。嵌入式系統結構的中間驅動層負責對硬件進行控制和管理，向上層結構提供硬件支持。嵌入式系統結構的系統層是整個結構的核心，主要通過文件系統等軟件實現對計算機系統的控制管理。

2.2 農業物聯網監測系統總體結構設計

2.2.1 系統總體結構設計。結合農業生產對信息采集和處理的特點，可更好地實現數據信息的傳輸和交互。通過物聯網傳感器節點獲取農業生產中環境的溫度、光照等數據信息，然后在Zigbee網絡中通過傳感器節點安全傳輸采集的數據信息。在系統網絡中，Zigbee的協調器負責接收數據，對其進行加密處理后，傳輸給嵌入式網關控制系統，由系統平臺對數據進行統一管理。在農業物聯網監測系統中，Zigbee協調器和嵌入式網關構成統一的模塊，主要負責數據的采集控制。在4G網絡中，系統通過Zigbee協調器和嵌入式網關構成的前置模塊對數據進行加密，然后傳輸到系統的控制平臺，并通過接口為用戶提供不同的面向服務。客戶通過網絡接收到前端數據，并通過授權權限對前端模塊發送控制指令，完成對前端模塊的控制功能。農業物聯網監測系統的總體結構設計[4]，如圖2所示，

2.2.2 系統模塊及功能設計。在農業物聯網監測系統中引入無線傳感器技術和嵌入式技術等，可以改變農業生產的方法，提高農業生產的現代化水平。在廣域網技術上，農業生產與物聯網技術的融合，實現了農業物聯網監測系統的無線網絡傳輸，為智慧農業的發展提供了重要的技術支持。Zigbee協調器在農業物聯網監測系統中，是對每一個節點建立網絡連接，并連接設備的關聯信息[5]。設備數據轉發表的信息維護主要由協調器完成。協調器的建網首先初始化網絡設備，并在系統網絡中加入節點設備。協調器的組網流程，如圖3所示。網關控制系統是整個系統的核心，負責前端設備和網絡服務器之間的數據處理和傳輸。網關控制系統主要是加密數據后傳輸給服務器，并解析數據后反饋給客戶。網關系統可以收集Zigbee協調器的數據，實現對數據的存儲，并把數據發送給服務器平臺。此外，網關系統可以接收服務器的指令并執行指令。云服務器是系統網絡的一個節點，負責數據處理，并為系統中的其他節點提供相應的數據服務。選用服務器時要考慮安全性和穩定性，并為整個系統提供全天候的服務。

3 結語

隨著農業信息化的發展，物聯網技術在農業生產中得到了廣泛應用。本文在廣域網基礎上，應用物聯網技術對農業物聯網監測系統進行研究，有效推動了農業物聯網監測技術的發展，提高了農業生產效率，為農業生產的信息化提供了重要的技術支持。

參考文獻

[1]廉小親，李康飛，龔永罡，等.基于物聯網云平臺及STM32F100的壁掛爐遠程控制系統研究[J].計算機測量與控制，2015（8）：2719-2722.

[2]柳平增，孟祥偉，田盼，等.基于物聯網的精準農業信息感知系統設計[J].計算機工程與科學，2012（3）：137-141.

[3]趙宏才，趙曉杰，張興波，等.基于專家系統的黃瓜園區無線智能監控系統研究[J].江蘇農業科學，2017（17）：215-218.

[4]楊玉霞，湯金金.太陽能農機發動機監測系統設計：基于智慧農業物聯網信息采集[J]. 農機化研究，2018（5）：259-263.

[5]馬淑芳，趙進創，傅文利，等.基于無線傳感器網絡能量有效的圖像處理方法研究[J].微計算機信息，2009（3）：297-298.