基于SDH光通信中MSTP接入技术在农业物联网网络层应用分析

曾辉 卓辉

摘要：在网络通信中利用光通信网络能够提供更高带宽，进而可以实现农业信息与资源超远距离传输，并使得农业物联网应用得到延伸。此外，在网络传输层中运用SDH技术，能满足承载当前庞大农业数据资源的构建，在整合了各种农业信息、海量农业资源数据和MSTP接入传输基础上形成了大型的多业务平台传递农业物联网，即农业信息传输要求不再受时间和空间约束，这将对加速农业物联网的发展起到重要促进作用。

关键词：农业物联网;SDH技术;多业务传送平台;MSTP接入

中图分类号： TN29 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）04-0402-04

收稿日期：2014-06-08

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划（编号：2012BAD35B05）;湖南省科技厅“十二五”重点计划（编号：2012BAD35B00）;湖南省教育厅科学研究重点项目（编号：12A062）;湖南省科技计划（编号：2013GK3106）。

作者简介：曾 辉（1989—），男，湖南衡阳人，硕士研究生，主要从事光网络传输在农业工程方面的研究。E-mail：zh660818@163.com。

通信作者：卓 辉，副教授，博士，硕士生导师，主要从事光通信在农业物联网上应用方面的研究。E-mail：zhuohuitxh@163.com。

1 农业物联网国内外发展现状

近年来随着信息网络技术的快速发展，物联网在农业各个领域也得到了广泛应用，其中在农业资源信息利用[1-4]、农业精准作业[5-7]、农产品安全溯源与实时监管等方面应用已取得了突破性进展和阶段性成果，并且带动了与农业事务、农产品有关的服务产业和新兴农产品龙头企业的快速发展。例如，在农业资源信息利用层面上，欧美等农业发达国家利用全球地理定位系统对当前土地资源利用状况进行智能分析、系统决策及有效整合，做到了对农业土地有针对性地规划和开发[8-9]。与此同时，在我国也利用3S技术，对大面积农业数据资源进行有效采集和分析，有力地推动了农业物联网的发展。此外，在对精准农业生产与管理上，澳大利亚、欧美等发达国家在针对大面积农作物生产上实现点到点精准作业，实现了对农作物气候环境及时监测、农药施肥灌溉剂量与比例上进行合理分配与控制[10]，而我国在田间环境土壤信息获取[11-12]、农田作物产量空间差异分布图决策分析等方面[13-14]也取得了有效成果。最后，在农产品安全溯源领域，日本等发达国家对农产品产前、产中、产后信息溯源开发（如苹果的营养成分、甜度等进行等级划分价格以此实现农产品的利润最大化），同时我国也在加强农产品安全为目标的溯源系统建设与开发（例如蔬菜追溯体系[15-17]，猪肉质量安全溯源体系[18-19]，茶叶追溯编码体系[20-21]），进而保障农产品需求用户的消费权益[22]。

2 SDH技术在农业物联网网络层应用

自20世纪80年代以来，以同步数字传输为标志的SDH技术诞生以來，经过了一系列网络信息技术革新与变革。SDH技术现已成为数字传输主流方式，图1为SDH基本复用映射流程;通过图1可知，它对农业物联网（图2）形成有效的传输模块，有效解决了传统PDH技术在连接方式、标准接口规范、技术参数等难题。首先，主要体现在SDH技术在农业信息传输结构上，采用同步复用连接方式与兼容、灵活的映射结构、高低速信号在网络传输共存，使得农业产品与农业信息资源上下交易更简单。同时，简化同步数字交叉连接流程，可根据与农产品相关用户的个人需求对网络进行动态组合和新业务承载。其次，在农业信息传输方式上，SDH技术效率与帧结构上可与北美发达国家、日本和欧洲准同步数字系列兼容，引导PDH技术向SDH技术过渡，从而形成与全球其他农业发达国家在农业信息资源、农业机械化生产、农业安全生产、农业信息服务、农业精准技术实现资源共享，提供可靠的农业安全网络机制，保证农业数据源的真实性，大大改善当前农业物联网效率。再次，采用分插复用、交叉连接、指针处理等技术，可使得大容量存贮性能与农业物联网中业务无关的事务进行灵活重组。通过不同指针处理模块对农业物联网中农作物实时检测、农产品即时追踪和农产品市场信息进行信息准确、安全分离、减少农业数据冗余，从而有效提高对农业物联网中各个区域管理效率、降低农产品交易风险、对农作物生长态势精准检测等等。最后，在同步复用映射结构上，能够同时嵌入多种不同与农业信息相关的数据信号，并且能对这些信号进行精准识别与分离，实现了对多种网络拓扑的智能管理和资源整合。最后，在对农业数据网络监控与信息维护方面，SDH技术能方便农业网络业务中数据资源的恢复，从而保障农业网络数据与信息传递准确，安全到达需求用户界面。因此，SDH技术无论在农业物联网网络传输层中传输结构，还是在传输方式上以及网管功能均优于传统PDH技术，可实现农业物联网智能化、自动化、信息化的管理，加速了我国“智慧农业”发展步伐。

3 SDH中MSTP接入技术在农业物联网网络层

虽然SDH技术在农业物联网中农业数据大量存储、标准接口等对农业物联网在数据采集、筛选、分析，管理等过程起到重要作用，但是有效利用SDH中MSTP接入技术对多业务平台农业数据传送成为解决海量数据在农业物联网网络传输层研究热点。由于近年来3S技术在农业事务应用权重不断上升，导致农业物联网产生一次新的变革。同时MSTP技术由原来支持固定封装单一农业数据业务向兼容多元化业务自动交换管理（ASON）网络发展（图3）。ASON传输面对日常监测农业信息设备性能进行实时分析与管理，同时又在传统网管基础上进行了功能扩充。ASON控制面通过标准接口

（用户网络接口/ASON控制节点接口）与信令链路相结合方式实现对农业物联网分布式控制，增加了许多智能管理模块，如农作物采集数据自动统计、动态特性变化、保护农业物联网恢复等，进而大大缩短了农业物联网业务的时间，保证能够实时地提供满足动态的多元化、多等级农产品。已有SDH设备只是针对不同信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等业务进行传输的，但是由于SDH设备中交换级总的数据交换能力有限，因而无法满足处理超大型容量农业数据业务。而在SDH中引进MSTP技术可突破随着海量数据增加对背板带宽的限制，这种兼容且灵活的系统架构，对适应未来农业物联网海量数据的增加起到了非常重要的作用，尤其在大容量农业事务数据与信息业务的发展方面。最后，SDH中MSTP技术除继承了原有SDH技术中的数据可靠性、高性能网络监管、灵活组网等优点外，最突出的优点在于具有支持多业务承载能力、可兼容最新业务的承载。主要体现在：

第一，MSTP技术突破了当前农业物联网在小范围、短距离数据传输的弱点，可同时满足TDM、ATM、以太网等农业数据业务的业务接入、处理、传送，为农业物联网中多信息、多等级、多成分农产品的识别与管理提高了统一的多个节点。

第二，MSTP技术实现了农业物联网中农产品大宗交易市场与农产品生产基地信息即时且无缝对接。随着农产品种类、价格、质量等数据多元化出现，农产品需求客户不再满足简单的供应商到终端的服务，此时MSTP技术使得农产品交易市场-基地、终端客户-基地、农产品供应商-供应商等对农产品价格、质量等需求更加透明。在农户-客户中，根据不同客户对网络带宽的需求提供不同的带宽，为其农产品在传输过程中提供了安全、可靠、共享、智能网管等各种需求。

第三，基于VLAN的方案已无法满足当前农业物联网中农产品终端-基地、基地-基地对于数据安全可靠性、带宽传送等需求，而SDH中MSTP技术提供了一个组建农业数据专网的解决方案。根据客户的带宽需求，提供不同的虚拟专用网（VPN），而有了每一个VPN带宽的保证。对不同农业物联网中不同用户提供不同带宽，实现带宽共享，提高了带宽利用率，实现了农业物联网中多级农业数据业务调度与接入。

因此，SDH中MSTP技术接入可以根据农产品业务种类、农产品供应商、客户需求，分配不同带宽，为不同种类农产品在安全流通、信息决策支持、农产品信息推送、农产品溯源等方面提供了多级业务传送与可靠保障。

4 结束语

本研究分析了SDH的MSTP接入技术对农业物联网网络层多业务传递构建，旨在SDH技术基础上对海量农业资源数据进行大容量存储、高速传输，减少庞大农业数据冗余，提高农业物联网中数据真实性、可靠性、安全性。进一步引入MSTP技术接入实现农业物联网中多级业务实现高效率管理与智能分析、科学决策;从而完成农业从数据到信息，再到知识、智慧的演化，进而加速现代农业向智慧农业升级的步伐，这对提高农业生产力水平、促进人类可持续发展起到了至关重要的作用。

参考文献：

[1]祝利莉. 基于WebGIS的浙江省农业资源信息系统的设计与实现[D]. 杭州：浙江大学，2007.

[2]Cox P G. Some issues in the design of agricultural decision support systems[J]. Agricultural Systems，1996，52（2/3）：355-381.

[3]Mccown R L. Locating agricultural decision support systems in the troubled past and socio-technical complexity of models for management[J]. Agricultural Systems，2002，74（1）：11-25.

[4]史 斌，诸叶平，赵春江，等. 基于本体的农业资源地理信息服务技术研究[J]. 农机化研究，2013（6）：233-237，241.

[5]Mcbratney A，Whelan B，Ancev T，et al. Future directions of precision agriculture[J]. Precision Agriculture，2005，6（1）：7-23.

[6]张 伟. 面向精细农业的无线传感器网络关键技术研究[D]. 杭州：浙江大学，2013.

[7]罗锡文，臧 英，周志艳. 精细农业中农情信息采集技术的研究进展[J]. 农业工程学报，2006，22（1）：167-173.

[8]王宏志，朱俊林. 我国利用遥感数据提取土地利用现状信息的技术进展[J]. 国土资源遥感，2000，3（3）：1-6.

[9]谭淑豪，黄贤金，谭仲春. 土地资源利用现状的区域差异及可持续利用研究——以南京市为例[J]. 南京农业大学学报，1997，20（1）：87-92.

[10]郑丽萍. 基于ARM的农田土壤信息获取系统研究与开发[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2008.

[11]牛 磊. 基于农业物联网的田间环境监控系统的设計与实现[D]. 武汉：中南民族大学，2012.

[12]郭 燕. 农田多源信息获取与空间变异表征研究[D]. 杭州：浙江大学，2013.

[13]葛晓锋. 基于GPS和GIS的农田信息快速采集与管理系统的研究[D]. 杭州：浙江大学，2003.

[14]李 辉，傅泽田，付 骁，等. 基于Web的蔬菜可追溯系统的设计与实现[J]. 江苏农业学报，2008，24（5）：716-719.

[15]林 凌，周德翼，黄启琚. 基于互联网的食品质量安全可追踪系统设计[J]. 合肥工业大学学报：自然科学版，2005，28（5）：546-549.

[16]付 骁，傅泽田，张领先. 基于Web的蔬菜质量安全可追溯系统[J]. 计算机工程与设计，2009，30（1）：85-87，128.

[17]Spiessl-Mayr E，Wendl G，Zahner M，et al. Electronic identification （RFID technology） for improvement of traceability of pigs and meat[C]//ECPLF Proceedings：2nd European Conference on Precision Livestock Farming. Wageningen：Wageningen Academic Publishers，2005：339-345.

[18]任守纲，徐焕良，黎 安，等. 基于RFID/GIS物联网的肉品跟踪及追溯系统设计与实现[J]. 农业工程学报，2010，26（10）：229-235.

[19]史海霞，杨 毅. 肉用猪质量安全追溯系统[J]. 农机化研究，2009（12）：61-64.

[20]陈志雄. 茶叶质量安全追溯体系的建立及应用[D]. 福州：福建农林大学，2011.

[21]Sembiring H，Raun W R，Johnson G V，et al. Detection of nitrogen and phosphorus nutrient status in winter wheat using spectral radiance[J]. Journal of Plant Nutrition，1998，21（6）：1207-1233.

[22]白红武，孙爱东，陈 军，等. 基于物联网的农产品质量安全溯源系统[J]. 江苏农业学报，2013，29（2）：415-420.