基于物联网架构的智慧农业及其关键技术研究

孙恕

（黑龙江省网络空间研究中心，黑龙江 哈尔滨150090）

1 概述

智慧农业是一个涵盖较为广泛的概念，其由农业生产、农业管理以及农业生活多个领域共同构成。智慧农业的发展，将互联网技术正式引入到了农业领域当中，无论是轻量型安全协议还是以服务为导向的物联网架构，都在很大程度上促进了农业发展水平的提升。但与此同时，智慧农业发展过程中的安全性问题以及服务性问题也越来越受到人们的关注，了解物联网架构下智慧农业发展过程当中所需的关键性技术有着极为突出的理论与现实意义。

2 农业物联网中涉及的几类关键技术

目前物联网的架构体系已经越来越完备，物联网在农业领域当中的应用也越来越广泛。在国外的许多发达国家，健全的物联网网络体系架构已经能够满足大农场的智慧农业发展需求。农业物联网的应用通常需要根据应用领域的变化而随之进行技术方面的调整，具体来说，农业物联网中涉及的关键性技术主要包括以下几种类型。

其一，信息感知技术。互联网技术的飞速发展与感测技术的飞速进步，使得智慧农业监测水平获得了显著的提升。信息感知技术相当于农业物联网的眼睛，承担着感知的作用，通过借助传感器能够随时感测农业信息。目前被应用于农业物联网领域中的传感器种类多样，以微机电传感器应用较为广泛，这类传感器不仅体积较小、质量较轻，且能耗较低、可靠性较高。

其二，射频识别技术。所谓射频识别技术，简单来说就是指通过借助计算机网络技术以及无线信号识别相应的目标，获取有效信息。此类技术具备着速率高、存储量大、安全性突出以及抗污染性能强等多重优势。视频识别技术在应用的过程当中也获得了显著的拓展，定位与导航技术逐渐被纳入其中，更大程度上强化了智慧农业的发展水平。

其三，信息传输技术。在农业互联网和农业物联网当中，多种类型的数据并存，随着数据量的逐步增多，使得数据信息的整合难度明显加大，通过运用信息传输技术不仅能够提高信息的传输效率，同时也能够强化信息的整合质量。针对环境的不同，被应用于农业物联网中的信息传输技术也各不相同。

其四，信息处理技术。农业物联网将万物连接在一起，充分运用互联网的优势实现了各个节点与位置的连接，信息处理技术在农业物联网中的应用能够从数据中甄别出有效的内容，实现对于农业数据的处理，为农业决策提供有力的参考依据。

3 智慧农业中的轻量型安全通信协议

众所周知，物联网是以互联网为基础延伸拓展所得的网络，其中集合了海量的信息，将用户端延伸至了物品中间，强化了信息的交换与通信水平。物联网在农业领域当中的应用通常需要对于一部分信息进行调取和加工，如果数据在节点感测时被截取为不同的频段，那么互联网中所存储的数据就有被他人复制、删除以及篡改的可能，轻则对于数据的分析与利用造成阻碍，重则影响数据的安全性。针对这一方面的问题，我们需要基于三层构架构建起安全通信协议，以保障智慧农业的健康稳定发展。

在物联网当中，有关各个云服务供应商的信息需要在个汇聚点融合，这意味着我们在不同的汇聚节点我获取到的信息是存在着较大差异的。所有的数据在传输至不同区域的过程当中都需要经过中间件的认证和处理，举例来说，农业种植、畜牧养殖、农产品加工等相关的信息需要通过中间件进行基本的认证和处理之后，才能被传输至各个汇聚节点，最终再由各个汇聚节点拓展至对应的区域，这一传输过程形成了智慧农业的拓扑架构。由于这一拓扑架构包含三个层级，我们称之为三层架构，分别为应用层、中间件层以及感知层。感知层需要将所获取到的数据信息通过轻量型安全协议进行加密之后传输给中间件层，中间件层进行认证与加工之后，再将其反馈给应用层，以便确保应用层能够更好地开展互联网络服务。可以说，安全通信协议的构建主要是针对感知层而言的。

常见的安全层协议多为六边形安全层协议，在感知层通过安全层协议能够有效降低计算成本，覆盖于中间件层两端的轻量型安全机制能够使感知层内感测节点身份得到认证。结合智慧农业的应用需求涉及信息安全设备与信息安全模块，强化授权与认证体系，确认连接设备能够访问控制列表，应用解密技术保护系统信息安全。

4 智慧农业中以服务为导向的物联网架构

智慧农业中的物联网数据源依托各类智能物件将相关资料信息上传至云计算平台之上，以便引导其他服务程序的运行。随着物联网发展水平的提高，物联网中的数据内容也越来越丰富，能够供智慧农业的发展所应用的数据大量存储在网络之上，会很大程度上影响应用端的质量。物联网中每个层级所肩负的责任有所不同，其中中继管理层和云管理层发挥着最为重要的作用，因此针对这两个层级，我们应当制定明确的防灾监测物流网作业流程，降低网络传输的负载量，有针对性地提供差别服务。

在智慧农业的领域当中，中继管理层承担着接收数据并处理数据的作用，管理层在感测到数据之后，会随之进行数据的判断、分类、过滤及压缩，最后再将处理完成的数据资料传输至云管理层。中继管理层在接收到数据之后能够第一时间将数据区分为紧急或一般两个类别，紧急的数据将优先获得处理，而一般的数据将被循序处理。

云管理层肩负着存储数据的重要作用，云管理层就如同连接中继管理层与用户层的纽带，影响着两个作业流程。中继管理层需要将经过处理的数据信息统一传输这云管理层当中，如果大批量的数据同时涌入云管理层就极有可能会产生网络拥堵的问题，因此这些数据在进入云管理层之前还需要经过压缩的流程，如果需要调取数据，数据需要经过前置处理作业流程恢复到压缩前的状态，存储于云计算环境当中。

另外，智慧农业体系当中与用户关系最为密切的一个层级就是服务层，和中继管理层一样，服务层也会将用户反馈的需求分为一般任务以及紧急任务两大类别，当任务被判定为紧急服务时，则执行差异化服务，而一般任务则作为周期性执行的任务。如果传输至服务层的任务数量较多，都需要分配到相应的子服务节点之上分别执行，以便充分满足智慧农业系统应用侧需求。

综上所述，智慧农业将互联网、物联网、信息系统与农业发展进行了有机的融合，实现了农业生产有管理模式的更新与转变。本文就基于物联网架构的智慧农业及其关键技术进行了研究，但由于受到文章篇幅的限制仅对于较为重要的安全通讯协议以及服务架构进行了分析。在今后的发展过程当中，我们需要给予智慧农业足够的重视，并从更为全面的角度之上了解智慧农业的发展需求，以此为导向进行技术应用方面的研究。另外在发展智慧农业的过程当中，我们也可以积极的借鉴发达国家的优秀经验，研究开发新的系统，制定清晰明确的农作物和畜牧识别标准，更好地发挥互联网和物联网的优质价值作用，强化农业物联网产品的发展水平，为农业的发展开拓更为广阔的空间。