基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)及其關(guān)鍵技術(shù)研究

孫恕

（黑龍江省網(wǎng)絡(luò)空間研究中心，黑龍江 哈爾濱150090）

1 概述

智慧農(nóng)業(yè)是一個(gè)涵蓋較為廣泛的概念，其由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)管理以及農(nóng)業(yè)生活多個(gè)領(lǐng)域共同構(gòu)成。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正式引入到了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，無論是輕量型安全協(xié)議還是以服務(wù)為導(dǎo)向的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，都在很大程度上促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的提升。但與此同時(shí)，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的安全性問題以及服務(wù)性問題也越來越受到人們的關(guān)注，了解物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中所需的關(guān)鍵性技術(shù)有著極為突出的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中涉及的幾類關(guān)鍵技術(shù)

目前物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系已經(jīng)越來越完備，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。在國(guó)外的許多發(fā)達(dá)國(guó)家，健全的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)已經(jīng)能夠滿足大農(nóng)場(chǎng)的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用通常需要根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的變化而隨之進(jìn)行技術(shù)方面的調(diào)整，具體來說，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中涉及的關(guān)鍵性技術(shù)主要包括以下幾種類型。

其一，信息感知技術(shù)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展與感測(cè)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使得智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)水平獲得了顯著的提升。信息感知技術(shù)相當(dāng)于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的眼睛，承擔(dān)著感知的作用，通過借助傳感器能夠隨時(shí)感測(cè)農(nóng)業(yè)信息。目前被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的傳感器種類多樣，以微機(jī)電傳感器應(yīng)用較為廣泛，這類傳感器不僅體積較小、質(zhì)量較輕，且能耗較低、可靠性較高。

其二，射頻識(shí)別技術(shù)。所謂射頻識(shí)別技術(shù)，簡(jiǎn)單來說就是指通過借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無線信號(hào)識(shí)別相應(yīng)的目標(biāo)，獲取有效信息。此類技術(shù)具備著速率高、存儲(chǔ)量大、安全性突出以及抗污染性能強(qiáng)等多重優(yōu)勢(shì)。視頻識(shí)別技術(shù)在應(yīng)用的過程當(dāng)中也獲得了顯著的拓展，定位與導(dǎo)航技術(shù)逐漸被納入其中，更大程度上強(qiáng)化了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平。

其三，信息傳輸技術(shù)。在農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，多種類型的數(shù)據(jù)并存，隨著數(shù)據(jù)量的逐步增多，使得數(shù)據(jù)信息的整合難度明顯加大，通過運(yùn)用信息傳輸技術(shù)不僅能夠提高信息的傳輸效率，同時(shí)也能夠強(qiáng)化信息的整合質(zhì)量。針對(duì)環(huán)境的不同，被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳輸技術(shù)也各不相同。

其四，信息處理技術(shù)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將萬物連接在一起，充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)節(jié)點(diǎn)與位置的連接，信息處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用能夠從數(shù)據(jù)中甄別出有效的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)于農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的處理，為農(nóng)業(yè)決策提供有力的參考依據(jù)。

3 智慧農(nóng)業(yè)中的輕量型安全通信協(xié)議

眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)延伸拓展所得的網(wǎng)絡(luò)，其中集合了海量的信息，將用戶端延伸至了物品中間，強(qiáng)化了信息的交換與通信水平。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用通常需要對(duì)于一部分信息進(jìn)行調(diào)取和加工，如果數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)感測(cè)時(shí)被截取為不同的頻段，那么互聯(lián)網(wǎng)中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就有被他人復(fù)制、刪除以及篡改的可能，輕則對(duì)于數(shù)據(jù)的分析與利用造成阻礙，重則影響數(shù)據(jù)的安全性。針對(duì)這一方面的問題，我們需要基于三層構(gòu)架構(gòu)建起安全通信協(xié)議，以保障智慧農(nóng)業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，有關(guān)各個(gè)云服務(wù)供應(yīng)商的信息需要在個(gè)匯聚點(diǎn)融合，這意味著我們?cè)诓煌膮R聚節(jié)點(diǎn)我獲取到的信息是存在著較大差異的。所有的數(shù)據(jù)在傳輸至不同區(qū)域的過程當(dāng)中都需要經(jīng)過中間件的認(rèn)證和處理，舉例來說，農(nóng)業(yè)種植、畜牧養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工等相關(guān)的信息需要通過中間件進(jìn)行基本的認(rèn)證和處理之后，才能被傳輸至各個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，最終再由各個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)拓展至對(duì)應(yīng)的區(qū)域，這一傳輸過程形成了智慧農(nóng)業(yè)的拓?fù)浼軜?gòu)。由于這一拓?fù)浼軜?gòu)包含三個(gè)層級(jí)，我們稱之為三層架構(gòu)，分別為應(yīng)用層、中間件層以及感知層。感知層需要將所獲取到的數(shù)據(jù)信息通過輕量型安全協(xié)議進(jìn)行加密之后傳輸給中間件層，中間件層進(jìn)行認(rèn)證與加工之后，再將其反饋給應(yīng)用層，以便確保應(yīng)用層能夠更好地開展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。可以說，安全通信協(xié)議的構(gòu)建主要是針對(duì)感知層而言的。

常見的安全層協(xié)議多為六邊形安全層協(xié)議，在感知層通過安全層協(xié)議能夠有效降低計(jì)算成本，覆蓋于中間件層兩端的輕量型安全機(jī)制能夠使感知層內(nèi)感測(cè)節(jié)點(diǎn)身份得到認(rèn)證。結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用需求涉及信息安全設(shè)備與信息安全模塊，強(qiáng)化授權(quán)與認(rèn)證體系，確認(rèn)連接設(shè)備能夠訪問控制列表，應(yīng)用解密技術(shù)保護(hù)系統(tǒng)信息安全。

4 智慧農(nóng)業(yè)中以服務(wù)為導(dǎo)向的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)源依托各類智能物件將相關(guān)資料信息上傳至云計(jì)算平臺(tái)之上，以便引導(dǎo)其他服務(wù)程序的運(yùn)行。隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平的提高，物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)內(nèi)容也越來越豐富，能夠供智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展所應(yīng)用的數(shù)據(jù)大量存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)之上，會(huì)很大程度上影響應(yīng)用端的質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)中每個(gè)層級(jí)所肩負(fù)的責(zé)任有所不同，其中中繼管理層和云管理層發(fā)揮著最為重要的作用，因此針對(duì)這兩個(gè)層級(jí)，我們應(yīng)當(dāng)制定明確的防災(zāi)監(jiān)測(cè)物流網(wǎng)作業(yè)流程，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)載量，有針對(duì)性地提供差別服務(wù)。

在智慧農(nóng)業(yè)的領(lǐng)域當(dāng)中，中繼管理層承擔(dān)著接收數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)的作用，管理層在感測(cè)到數(shù)據(jù)之后，會(huì)隨之進(jìn)行數(shù)據(jù)的判斷、分類、過濾及壓縮，最后再將處理完成的數(shù)據(jù)資料傳輸至云管理層。中繼管理層在接收到數(shù)據(jù)之后能夠第一時(shí)間將數(shù)據(jù)區(qū)分為緊急或一般兩個(gè)類別，緊急的數(shù)據(jù)將優(yōu)先獲得處理，而一般的數(shù)據(jù)將被循序處理。

云管理層肩負(fù)著存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的重要作用，云管理層就如同連接中繼管理層與用戶層的紐帶，影響著兩個(gè)作業(yè)流程。中繼管理層需要將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一傳輸這云管理層當(dāng)中，如果大批量的數(shù)據(jù)同時(shí)涌入云管理層就極有可能會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁堵的問題，因此這些數(shù)據(jù)在進(jìn)入云管理層之前還需要經(jīng)過壓縮的流程，如果需要調(diào)取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過前置處理作業(yè)流程恢復(fù)到壓縮前的狀態(tài)，存儲(chǔ)于云計(jì)算環(huán)境當(dāng)中。

另外，智慧農(nóng)業(yè)體系當(dāng)中與用戶關(guān)系最為密切的一個(gè)層級(jí)就是服務(wù)層，和中繼管理層一樣，服務(wù)層也會(huì)將用戶反饋的需求分為一般任務(wù)以及緊急任務(wù)兩大類別，當(dāng)任務(wù)被判定為緊急服務(wù)時(shí)，則執(zhí)行差異化服務(wù)，而一般任務(wù)則作為周期性執(zhí)行的任務(wù)。如果傳輸至服務(wù)層的任務(wù)數(shù)量較多，都需要分配到相應(yīng)的子服務(wù)節(jié)點(diǎn)之上分別執(zhí)行，以便充分滿足智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用側(cè)需求。

綜上所述，智慧農(nóng)業(yè)將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、信息系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了有機(jī)的融合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有管理模式的更新與轉(zhuǎn)變。本文就基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，但由于受到文章篇幅的限制僅對(duì)于較為重要的安全通訊協(xié)議以及服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行了分析。在今后的發(fā)展過程當(dāng)中，我們需要給予智慧農(nóng)業(yè)足夠的重視，并從更為全面的角度之上了解智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，以此為導(dǎo)向進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用方面的研究。另外在發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的過程當(dāng)中，我們也可以積極的借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，研究開發(fā)新的系統(tǒng)，制定清晰明確的農(nóng)作物和畜牧識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，更好地發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)價(jià)值作用，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的發(fā)展水平，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展開拓更為廣闊的空間。