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　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)之溫室監(jiān)測系統(tǒng)

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要組成部分，建設高效、許多發(fā)達國家如美國、英國、日本特別注重對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與保護。一方面，加強農(nóng)業(yè)生態(tài)立法等政策性保護措施；另一方面，綜合運用高科技手段構建先進的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡，通過先進的傳感器感知技術、信息融合傳輸技術和互聯(lián)網(wǎng)技術，將物聯(lián)網(wǎng)技術融合其中，建立覆蓋大區(qū)域的農(nóng)業(yè)信息化平臺，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的自動監(jiān)測，保證農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本文僅以溫室監(jiān)測系統(tǒng)為例進行分析。

　　1 溫室監(jiān)測系統(tǒng)組成

　　溫室監(jiān)測系統(tǒng)由無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡和遠程數(shù)據(jù)中心兩部分組成。

　　無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡：由智能傳感器節(jié)點組成。實時采集土壤水分、土壤溫度等參數(shù)，所有節(jié)點數(shù)據(jù)最終路由到網(wǎng)關節(jié)點，由網(wǎng)關節(jié)點將全部數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到遠程數(shù)據(jù)中心。智能節(jié)點為濕度傳感器和溫度傳感器，安裝不同的傳感器可以做到對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的多方位監(jiān)測。遠程數(shù)據(jù)中心：負責數(shù)據(jù)的接收、存儲和時空分析。數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)的處理應用就在物聯(lián)網(wǎng)的應用層完成。

　　2 溫室監(jiān)測系統(tǒng)感知層設計

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知層由各種信息感知設備以及信息感知設備網(wǎng)關組成，信息感知設備采集并捕獲各種農(nóng)業(yè)相關信息，信息感知設備網(wǎng)關把信息感知設備與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層進行互聯(lián)，從而對收集到的數(shù)據(jù)進行上傳。信息感知設備包括濕度 /溫度/氣體濃度等各種傳感器、RFID標簽、GPS、攝像頭等感知終端；信息感知設備網(wǎng)關包括傳感器網(wǎng)關、RFID 讀寫器等。

　　感知層包含兩項技術：一是數(shù)據(jù)采集與感知技術，二是傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)和協(xié)同信息處理技術。一般來說，數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡接入（組網(wǎng)）即構成傳感器網(wǎng)絡，是數(shù)據(jù)采集的基礎網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標志、視頻數(shù)據(jù)。

　　針對農(nóng)作物生長特點，借鑒國內(nèi)外已有的先進研究成果，我們把傳感器以及傳感器網(wǎng)關作為物聯(lián)網(wǎng)感知層組成要素來進行感知層設計。傳感器感知網(wǎng)由分布在農(nóng)田中多個智能傳感器節(jié)點組成，實時采集土壤水分、土壤溫度等參數(shù)。

　　感知網(wǎng)基于 ZigBee 無線通信協(xié)議組建網(wǎng)絡，所有節(jié)點數(shù)據(jù)最終路由到網(wǎng)關節(jié)點，由網(wǎng)關節(jié)點將全部數(shù)據(jù)通過 3G 無線通信傳輸方式轉(zhuǎn)發(fā)到溫室遠程數(shù)據(jù)中心，監(jiān)測網(wǎng)絡中的所有節(jié)點均為有源節(jié)點，可以采用太陽能供電模式，也可以采用外接蓄電池方式實現(xiàn)供電。遠程數(shù)據(jù)中心負責數(shù)據(jù)的接收、存儲和時空分析。

　　部署無線傳感器網(wǎng)絡時，對于傳感器放置位置的選擇應注意如下問題。

　　第一，對于同一塊農(nóng)田，低功率節(jié)點模塊通信覆蓋范圍較小。如果提高節(jié)點部署密度，必然增加投入成本，但是能較好地保證環(huán)境監(jiān)測變量的采樣密度。

　　選擇高功率模塊可以較好地保證網(wǎng)絡連通性，較少節(jié)點數(shù)量，從而降低成本，這樣可能導致所采集的數(shù)據(jù)失去該農(nóng)田空間相關性，因此在農(nóng)田部署傳感器節(jié)點時需綜合分析通信和采樣這兩個因素。

　　第二，根據(jù)農(nóng)作物高度來調(diào)節(jié)節(jié)點天線放置的高度。針對農(nóng)田具體覆蓋作物，設計適宜的節(jié)點天線放置高度，這樣有利于減少信號傳輸?shù)穆窂綋p耗。

　　第三，每個節(jié)點能與最近兩個節(jié)點進行通信，提高傳感網(wǎng)絡的可靠性。在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構設計中，每個作為終端設備的傳感器節(jié)點在有效通信范圍內(nèi)至少能夠與兩個以上的作為路由器的傳感器節(jié)點通信，以保證一條鏈路出現(xiàn)故障時不會影響到整個網(wǎng)絡的正常通信。

　　3 網(wǎng)絡層功能擴展

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層主要是指用于實現(xiàn)更加廣泛的網(wǎng)絡互聯(lián)、信息承載、接入認證、網(wǎng)絡安全防范、用戶鑒權與計費等功能，能夠把感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，需要傳感器網(wǎng)絡與移動通信技術、互聯(lián)網(wǎng)技術相融合。經(jīng)過多年的快速發(fā)展，移動通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，但是通信、網(wǎng)絡技術還有較多有待完善的地方。

　　軟件和算法：構建物聯(lián)網(wǎng)應用的一大挑戰(zhàn)是缺乏一個通用的軟件構建方法，如何將不同環(huán)境中的軟件組合成一個復合功能的系統(tǒng)，以及如何應用大量不相關的軟件模塊來構建我們需要的軟件是要解決的問題。

　　認證、鑒權和計費：運營商網(wǎng)絡需要提供對物聯(lián)網(wǎng)感知層的接入鑒權、授權與計賬等功能。網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡會動態(tài)變化和不斷演變，可能隨時添加新的“物體”到網(wǎng)絡中，現(xiàn)有的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構會不斷變化。在物聯(lián)網(wǎng)應用場景下，自動發(fā)現(xiàn)機制和映射能力對于整個通信與網(wǎng)絡的管理是至關重要的。