基于广域网的农业物联网监测系统研究

赵鑫

[摘 要] 随着农业信息化的建设和发展，物联网技术在农业监测和管理系统中得到了广泛应用。在农业生产中，物联网技术和互联网技术的应用，推动了农业经济的发展，为农业生产提供了重要的技术保障。本文对物联网技术的特点进行介绍，结合农业生产的实际情况，针对农业生产信息数据的采集和处理特点，在广域网的基础上对农业物联网监测系统进行设计和研究。

[关键词] 农业信息化；广域网；物联网技术；智慧农业；农业物联网

[中图分类号] TP391.44；TN92；TP274 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2018）31-127-2

我国虽然是世界农业大国，但是我国的人均耕地面积不足世界人均耕地面积的1/2。农业现代化建设是提高我国农业经济发展的重要途径。先进的科学技术在我国农业生产中应用，有利于提高我国农业的生产效率，加快我国农业经济的发展水平。在互联网技术广泛应用的今天，物联网技术作为一种新兴的计算机技术，可设计农业物联网监测系统，通过无线传感器技术把农业生产和互联网连接在一起，实现农业生产信息数据的交换，促进农业信息化发展。

1 物联网技术特点

物联网技术是基于通信模式的一种新型技术，通过物联网协议在广域网中实现物体信息数据的连接和交换，是在广域网技术基础上对互联网技术的一种延伸[1]。物联网是在互联网基础上发展的新技术，体系结构如图1所示。

在物联网体系结构中，感知层是物联网体系结构中的最底层。感知层由感知元器件等识别模块构成，与感应网络进行数据交换，负责采集外界数据信息，然后通过数据传输接口传输获取的数据信息。感知层技术包括传感器技术和无线组网技术等，传感器节点和无线网关节点是感知层结构的核心。

网络层是物联网体系结构的中间层，主要负责数据信息的传输。网络层作为连接感知层和应用层的重要结构，基于广域网等网络技术实现数据传输。网络层可以把广域网和专用网等网络模式融合在一起，适应物理网对不同网络的需要。在物联网的实际应用中，通过特定的网络实现对数据的传输。物联网在农业生产中受周边复杂环境的影响，数据载量负荷大，对网络层的数据传输提出了更高要求。在物理网体系结构中，对网络层的设计主要是实现对多种网络的融合，进而保证数据信息传输的安全性和稳定性。物联网中，网络层通过网络协议保证感知层和应用层之间数据传输的可靠性。在农业物联网监测系统的设计中，选取适合系统特点的通信协议和通信方式，满足农业物联网监测系统的需要。

应用层在物联网体系结构中为核心部分，负责对数据信息进行处理。应用层主要是对数据信息和多种业务进行分析处理，把接收到的传输数据按照不同的业务进行分析管理。应用层通过计算机的分析和处理功能处理感知层传输的数据，实现对物联网监测系统的管理。在农业物联网监测系统设计中，应用层的逻辑设计非常重要，主要是针对整个系统的业务逻辑服务进行设计，满足农业物联网監测系统业务处理的基本需求。

2 农业物联网监测系统设计与研究

2.1 采用关键技术研究

Zigbee无线网络技术通过无线通信实现数据的交互，安全性、可靠性高，且可以实现自组组网，具有较高的网络结构扩展性[3]。Zigbee技术的传输协议符合广域网协议标准，且具有较高的安全管理性。Zigbee技术可以降低系统运行的功耗，具有完善的休眠唤醒功能。在系统不运行的状态下，可以处于休眠状态。如果启用，可以通过唤醒功能使节点进入工作状态。4G技术作为高速率的移动通信技术，可以支持高速信息数据的传输，支持多媒体等高质量的数据信息传输，在现在移动通信网络中得到了广泛应用。嵌入式技术可以根据不同的应用需要设计不同的硬件模块，建立专业的嵌入式计算机系统。嵌入式系统结构采用分层结构的设计思路进行设计，最底层是硬件层，主要是嵌入式计算机系统的硬件结构组成部分，包括处理器、存储设备等。嵌入式系统结构的中间驱动层负责对硬件进行控制和管理，向上层结构提供硬件支持。嵌入式系统结构的系统层是整个结构的核心，主要通过文件系统等软件实现对计算机系统的控制管理。

2.2 农业物联网监测系统总体结构设计

2.2.1 系统总体结构设计。结合农业生产对信息采集和处理的特点，可更好地实现数据信息的传输和交互。通过物联网传感器节点获取农业生产中环境的温度、光照等数据信息，然后在Zigbee网络中通过传感器节点安全传输采集的数据信息。在系统网络中，Zigbee的协调器负责接收数据，对其进行加密处理后，传输给嵌入式网关控制系统，由系统平台对数据进行统一管理。在农业物联网监测系统中，Zigbee协调器和嵌入式网关构成统一的模块，主要负责数据的采集控制。在4G网络中，系统通过Zigbee协调器和嵌入式网关构成的前置模块对数据进行加密，然后传输到系统的控制平台，并通过接口为用户提供不同的面向服务。客户通过网络接收到前端数据，并通过授权权限对前端模块发送控制指令，完成对前端模块的控制功能。农业物联网监测系统的总体结构设计[4]，如图2所示，

2.2.2 系统模块及功能设计。在农业物联网监测系统中引入无线传感器技术和嵌入式技术等，可以改变农业生产的方法，提高农业生产的现代化水平。在广域网技术上，农业生产与物联网技术的融合，实现了农业物联网监测系统的无线网络传输，为智慧农业的发展提供了重要的技术支持。Zigbee协调器在农业物联网监测系统中，是对每一个节点建立网络连接，并连接设备的关联信息[5]。设备数据转发表的信息维护主要由协调器完成。协调器的建网首先初始化网络设备，并在系统网络中加入节点设备。协调器的组网流程，如图3所示。网关控制系统是整个系统的核心，负责前端设备和网络服务器之间的数据处理和传输。网关控制系统主要是加密数据后传输给服务器，并解析数据后反馈给客户。网关系统可以收集Zigbee协调器的数据，实现对数据的存储，并把数据发送给服务器平台。此外，网关系统可以接收服务器的指令并执行指令。云服务器是系统网络的一个节点，负责数据处理，并为系统中的其他节点提供相应的数据服务。选用服务器时要考虑安全性和稳定性，并为整个系统提供全天候的服务。

3 结语

随着农业信息化的发展，物联网技术在农业生产中得到了广泛应用。本文在广域网基础上，应用物联网技术对农业物联网监测系统进行研究，有效推动了农业物联网监测技术的发展，提高了农业生产效率，为农业生产的信息化提供了重要的技术支持。

参考文献

[1]廉小亲，李康飞，龚永罡，等.基于物联网云平台及STM32F100的壁挂炉远程控制系统研究[J].计算机测量与控制，2015（8）：2719-2722.

[2]柳平增，孟祥伟，田盼，等.基于物联网的精准农业信息感知系统设计[J].计算机工程与科学，2012（3）：137-141.

[3]赵宏才，赵晓杰，张兴波，等.基于专家系统的黄瓜园区无线智能监控系统研究[J].江苏农业科学，2017（17）：215-218.

[4]杨玉霞，汤金金.太阳能农机发动机监测系统设计：基于智慧农业物联网信息采集[J]. 农机化研究，2018（5）：259-263.

[5]马淑芳，赵进创，傅文利，等.基于无线传感器网络能量有效的图像处理方法研究[J].微计算机信息，2009（3）：297-298.