基于ＳＤＨ/ＭＳＴＰ技术的农业物联网运用研究

刘磊 高加琼 韩文智

摘要：为满足现代农业资源数据的高效传输要求，进一步拓展农业物联网的运用效果，利用MSTP技术和SDH技术构建起大型的多业务平台传递农业物联网。结果表明，SDH/MSTP技术在农业物联网网络层运用，实现了对大量的农业资源信息进行存储和高效传输，同时减少了大量农业信息数据的冗余，确保了数据的安全、可靠、真实。

关键词：SDH/MSTP技术;农业物联网;网络层

中图分类号：TN29         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）21-0134-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.21.035           开放科学（资源服务）标识码（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

农业是维持一个国家国民经济建设与发展的根本性产业，其发展的好坏直接关系到国民经济的进程，而中国本身就是一个农业大国，历来对农业极其重视。随着大数据、现代通信网络技术、分布式计算技术和传感器技术的快速发展，不同类型的农业信息汇集，超大量的农业资源数据以及宽带接入传输，以此构建起了综合性的物联网，这就意味着农业信息传输要求不再受时间与空间限制。大数据时代下，基于SDH技术构建的农业物联网，在感知层与传输层中，所承载业务数据都是短距离的信息通信，难以达到对超大量的农业资源数据高效传输的可靠性要求，无法满足市场的需求。为了现代农业资源数据的传输要求，进一步拓展农业物联网的运用，可利用MSTP技术，以SDH技术为基础，构建起大型的多业务平台传递农业物联网。

1  当前新型农业物联网的现状

作为一种具有通信技术、网络技术、控制技术和计算机技术相结合的现代化科技产物，农业物联网使农业变得更加智能化、信息化与高效化，能让人更好地管理和控制农业事务，提高农业的生产效率。当前，中国新型农业物联网是基于SDH技术构建的农业物联网，其中农业物联网的架构分为感知层、网络层与应用层，具体见图1。

其中感知层主要是由传感器、传感器网关、二氧化碳浓度传感器、条码/RFID、湿度传感器、摄像头、定位技术等组成的数据采集端，其作用在于识别农产品，并进行数据采集，以获得海量的数据。网络层主要是由互联网、蓝牙、私有网络、ZigBee、有线通信网、NB-IoT、网络管理系统与云计算平台等共同组成，主要负责传递与处理感知层获取的信息，实现对农业信息资源的传输。应用层主要是由各种公共运用支撑子层技术与农业应用平台组成，对大量数据分析、处理、存储，并在此基础上完成农业具体应用的指令控制，实现了农业与网络技术的全面融合，包括了农业安全生产、农业信息推送、农业环境监测、农业机械化与设施、农业物流监管、农产品流通、农业决策管理等方面。

基于SDH技术构建的农业物联网很好地解决了传统PDH技术在连接措施、标准接口规范、数字通道设备利用率、技术参数等方面的有关难题，使得在农产品与农业信息數据资源的上下交易更加便捷，对农作物生长态势有了更加精准的检测，对农业数据网络监控与信息维护方面更加方便快捷，可以说不管是在网络传输层的传输结构上、还是传输方式、网络管理功能上都要优于PDH技术。但是随着科技和经济的发展以及人民生活水平的提高，更多的农产品消费者和农产品交易平台对农产品的信息要求更全面，包括对各种农产品的生产地、产量、质量、价格、营养成分、农药的残留量等信息要求追根溯源，然而现有的PDH、PCH、协议转换器、以太网接入机技术已经无法满足需要，尤其是被大家看好的SDH技术也存在着一些不足，在感知层与传输层中，所承载业务数据都是短距离的信息通信，不能达到对超大量的农业资源数据高效传输的可靠性要求。因此需要采取一种新的技术来弥补这些不足，以保障中国农业物联网更加健康有序地发展。

2  SDH/MSTP技术分析

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）中文名是同步数字体系，是随着通信、数字通信和计算机技术的发展出现的一类把复接、线路传输和交换功能相互融合成一体，然后通过统一网管系统操作而构建成的综合信息传送网络[1]。该体制跟准同步数字传输体制（PDH，Plesiochronous Digital Hierarchy）相同，对数字信号的帧结构、传输速率等级、复用方式和接口码型等特点进行了规范[2]。当前SDH已成为一种非常成熟标准的技术，在骨干网络中得到了全面利用。

MSTP技术则是基于SDH技术的多业务传送平台，是通过SDH平台，达到TDM、ATM、以太网业务的接入处理与传送，并在统一网管下提供的多业务节点。MSTP技术具有标准SDH传送节点，可以说是在SDH技术的基础上结合现实需要进行的继承和发展，能够实现对TDM业务、ATM业务和以太网业务的接入、点到点的透明传送、带宽统计复用作用;还有能将ATM业务和以太网业务映射到SDH虚容器的指配上的效果。MSTP技术在传统SDH技术的基础上增添了数据工作单板，通过VC通道，达到数据业务的传送，具有非常好的向前兼容性，这使得MSTP技术可以充分利用SDH网络资源，实现多种业务的接入与综合传送，达到对数据分组的高效传输问题处理，完成对数据网的深入优化补充[3]，而且还能按照业务的需要情况代替接入层的一些数据路由设备，以此更好地满足不断增加的数据业务的需求。MSTP设备能够在任何已经存在的SDH网络中传输，同时MSTP还可以有效梳理分组数据业务，包括没有网络基础设施的新运单位以及铺设好了全面的SDH网络的运营企业，甚至是一个企业的用户驻地，MSTP都可以帮助它们完成从电路交换网朝分组网的转变[4]。MSTP的关键技术是IP/ATM OVER SDH，而Ethernet映射入SDH详细分成HDLC、ML-PPP、LAPS和GFP等。图2为MSTP的主要技术。

从图2可以发现MSTP技术的一些特点。一是在全双工、半双工以及自适应方式下具有MAC地址自学习功能。二是根据业务不同，可以选择各种方式，如：端口组方式和VLAN方式，VLAN方式又包含了接入模式与干线模式。三是业务带宽实现灵活配置，MSTP为了实现各种各样用户的多样化需要，采用了VC捆绑的形式。四是对每个客户单独运行生成树协议。五是QOS具有对限制端口的发送，不同种类级别的业务发送是按照QOS的配置与某一算法实现的。

3  SDH/MSTP技术在农业物联网网络层运用

在SDH中加入MSTP接入技术，能根据农产品业务种类的差异分配不同的宽带，实现对多业务平台农业数据的传输，不再受到RPR技术组网限制，增加了业务安全系数[5]，降低了TDM业务的承载成本，提升了效率。改变了IP QOS低的现象。而利用多业务光纤复用器FOM能够有效解决不同厂家设备的统一网络管理，FOM多业务光纤复用器提可以提供12个E1的信息传输通道，同时还提供1条以太网通道与1路RS232低速异步通道，使用者可以使用FOM多业务光纤复用器提供的不同业务接口模块，轻松达到E1数据、RS232数据、RS485数据、Eth以太网数据、语音数据、V35数据和E/M等各种各样业务的同时传输使用。

SDH/MSTP技术在农业物联网网络层运用的具体体现，首先是在MSTP技术下数据业务朝着多元化业务自动交换管理（ASON）网络方向变化。图3为ASON网络管理应用用于农业物联网中的网络层中结构图。

农业物联网系统数据具有多层次、多区域性和信息复杂等诸多特性，基于SDH技术的传输网络无法满足目前农业信息网络管理需要，在MSTP技术下，不但要数据业务多业务传送平台，还要让多元化业务能自动交换管理（ASON），因此还需要在农业物联网中传输层中引入ASON网络管理。ASON与传统OTN（光传送网络）不一样，它是一种动态的光网络，其工作原理是把IP的便捷与高效、SDH/SONET的保障作用和DWDM的容量利用分布式网管系统相结合起来，建立起以软件为主的可以感知网络与使用者的服务需求，而且还可以根据需要直接从光层供给服务。ASON在农业物联网系统的应用，ASON传输面能够实现对测控农业信息的设备性能采取实时分析管理。ASON控制面利用用户网络接口/ASON控制节点接口与信令链路结合在一起，达到对农业物联网分布式控制目的;ASON控制面可以增加农作物采集数据自动统计和保护农业物联网恢复等智能管理模块，各个模块的应用可以有效减少农业物联网业务的时长，可以有效提供实时动态的多元化农产品信息。

但是ASON只是一种动态的光网络，如果在基于SDH的农业物联网中只引入ASON网络管理，只能完成网络智能的控制与管理，还欠缺处理多业务的能力。对于已有的SDH设备而言，交换器总的数据交换能力是非常有限的，只能在一个通信网络媒体上实现多个信息化数据、语音与视频信号等相关业务传送，或者是在不同类型信道或者时隙完成交叉位脉冲，但是都达不到处理海量农业数据业务的能力，因此，还需要引入提供下层物理传送通道的MSTP技术，MSTP作为ASON的一种传送面技术，可以改变不断增长的海量数据对背板带宽的制约，实现对系统的灵活架构。

其次，SDH/MSTP技术在农业物联网网络层运用，具有数据可靠性、支持多业务承载能力、高性能网络监管、可兼容最新业务的承载和灵活组网等优点。例如，在数据的传输上，SDH技术只能实现农业网在数据上小范围、短距离的传输，而采用SDH/MSTP技术，可以实现TDM业务、ATM业务和以太网等相关农业数据业务的接入、处理和传输，这让农业物联网中的多信息、多等级和多成分农产品的管理识别提升到了一个统一的多个节点中。又如，能够提供组建一个农业数据专网的方案，以往基于VLAN采取的方案不能满足农业物联网中农产品终端到基地、基地到基地的数据安全性、可靠性、带宽传输的要求。采用SDH/MSTP技术，能够按照客户的带宽传输要求组建不同的虚拟专用网（VPN），并确保每个虚拟专用网（VPN）带宽的需要，同时整个网络中带宽都是共享的，增加了带宽使用效率，达到了对农业物联网里面多级农业数据业务的接入、调整。再如，实现了信息的实时无缝对接。随着中国市场经济的深入发展，农产品的种类变得更多，价格和质量等变得更加多元化，农产品需求客户对农产品的各种信息需要更多了解，不再简单满足于供应商所提供的单一性终端服务。使用MSTP技术可以让农产品需求客户对农产品交易市场到基地，终端客户到基地，农产品供应商到供应商等过程的农产品的价格、种类、质量、数量等信息更清楚。在网络带宽的提供方面也变得更加精准，根据农户到客户间，按照不同的客户需求提供不同的带宽。这样能很好地为农产品在传输过程中给予安全、可靠和共享等各类信息需要。

4  小结

SDH/MSTP技术在农业物联网网络层运用，实现了对大量的农业资源信息进行存储，高效传送，降低了大量农业信息数据的冗余，具有数据可靠性、高性能网络监管、支持多业务承载能力、可兼容最新业務的承载和灵活组网等优点。能够根据农产品的种类、农产品的质量、农产品的数量、农产品的供应商、农产品客户需要等设定不同的带宽，实现了农产品在安全流通、信息推送、农产品追踪等方面的多级业务传送，确保了数据的安全、可靠、真实。

参考文献：

[1] 梁魁培.SDH技术在电力通信传输网中的应用[J].电子测试，2016（10）：53，26.

[2] 秦兴龙.解析SDH传输技术在广电传输网中的应用[J].数字技术与应用，2017（3）：36，38.

[3] 叶新雷.MSTP技术推动城域网优化建设研究[J].通信电源技术，2016，33（4）：185-186.

[4] 张文川.使用MSTP提高生成树的弹性[J].电脑知识与技术，2016，12（15）：68-69.

[5] 徐结海.浅析基于SDH的多业务平台（MSTP）技术及应用[J].科技创新与应用，2016（34）：81.