基于物联网架构的智慧农业及其关键技术研究

发布时间：2020-07-09 17:13

【摘要】：智慧农业近几年受到广泛关注,究其技术,是以物联网为代表的信息技术融合到农业领域中,通过硬件搭建、软件设计,实现智能感测与控制、人-机-物全面连通。不过,智慧农业的发展处于初级节点,一些技术问题尚待解决,如:物联网中设备繁多,尤其是感测设备,设备之间的接口可能存在较大差异,涉及多种通信协议,也使得应用程序开发存在困难。智慧农业研究需要将物联网、信息系统或平台与农业应用有机结合起来,因此,加强对基于物联网架构的智慧农业研究,对促进农业领域的智能管理、农业信息化推进等具有重要的理论与现实意义。本文在对智慧农业相关研究系统评述的基础上,进行基于分簇的无线可充电传感器网络路由算法研究、面向智慧农业的轻量型安全通信协议研究及以服务为导向的防灾监测物联网构建研究。总结本文的研究工作,所研究主要内容集中于以下4个方面:(1)以智慧农业相关研究为线索,主要对农业物联网研究现状加以系统述评。首先从农业物联网的发展入手,归纳提炼其系统架构,进而对几种典型的关键技术进行细致讨论,而后介绍了农业物联网在若干具有代表性领域中的应用情况,最后,对农业物联网的特征及其存在问题深入的分析,并展望未来研究重点与发展趋势。(2)基于一种无线可充电传感器网络的研究现状,综合考虑传感器节点能量获取效率差异与节点电池容量的限制,尝试针对面向智慧农业的WRSNs提出一种新的基于分簇路由算法(NCBRA),构建WRSNs和能量消耗模型,设计NCBRA路由算法,体现为簇建立、数据传输两个阶段,仿真表明,NCBRA在簇首节点质量、每轮能量增加及丢包率上是有效的。(3)在感知层通过安全层协议降低计算成本,在中间件层与感知层之间以“数字签名”概念提出轻量型安全机制,经由中间件层使感知层内感测节点身份能够得到认证;设计信息安全设备与信息安全模块,实现双向授权和认证,以确认联机设备可被允许的访问控制列表,并结合解密技术保护信息通信。(4)探讨防灾监测物联网中大量数据所带来的网络传输负担的问题,以降低物联网中网络负载问题。通过以防灾监测为例构建以服务为导向的架构和作业流程,提升了防灾监测物联网相关应用的服务品质。在研究中,考虑了农业环境中可能的紧急情况,在云环境中提出一个有效的作业流程,以提升服务质量。
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.44;TN929.5;S126
【图文】：

体系架构,农业

Fig. 2.1 Architecture of the Intnert of Things in agriculture业物联网的关键技术实践上，农业物联网采用的技术一般是面向特定应用领域（大田、设施随需而变，归纳获得其关键技术，主要包括信息感知、射频识别、信息等四个方面，具体如图 2.2 所示。信息感知技术过感测技术获得农业信息，农业物联网中的感知环节，就是部署大量传包括用于农业生产环境、动植物生命及质量安全与追溯等的各式各样传物联网中应用较为广泛的传感器有 3 类：物性型传感器、生物传感器及其中，微机电传感器具有一些适用于农业物联网的明显优势，如体积小、高可靠性等[28]。随着感测技术的进步，一些元器件出现了集成，如气件的集成等。传感器的光学感知机理主要有荧光淬灭效应、分光光度法验、叶绿素含量测定等，具有较大的应用潜力[29]；根据应用原理，电学多的种类，如电容式、电阻式、电感式、电涡流式等，在农业物联网中[30]

农业,技术,射频识别

图 2.2 农业物联网的关键技术Fig. 2.2 Key technologies for the Intnert of Things in agriculture.2 射频识别技术射频识别（RFID）是利用无线信号识别与感知特定目标，并读写相关信息，污染、扫描速度快、可重用性好、数据存储容量高、安全性高等特点。与传统的条卡相比，射频识别的效率更高、传输的信息量更大，能够很好地满足农业物联网化识别需求[35]。从 RFID 技术衍生的产品大致可以分为有源 RFID、无源 RFID源 RFID，其中，有源 RFID 是依靠节点本身供电，可以实现远距离自动识别，用于农业物联网，实现对农业相关对象的实时监测[36]。在农业生产中，RFID 的用领域是农产品质量安全与追溯，特别是食品安全领域[37]。在国外，RFID 技术品监督领域的应用已相当成熟，如对禽畜实现了全程监测（从成长到屠宰，再到零售）；在国内，RFID 的农业应用也已非常广泛，主要包括农产品流通、农作物生畜养殖及肉食品供应等[38]。基于 RFID 进行标识的研究一直在拓展中，定位、导应用的热门领域，体现着 RFID 的研究在走向与 ZigBee、GPS 及无线传感器网络中的位置信息融合[39]。RFID 信号在不同相对高度下具有特定的信号衰减规律，

能量图,轮数,能量

Fig. 3.2 Comparison of energy increase per cycle of HC in NCBRA and CRA91011121314151617包率（丢%）CRASNCBRA

【参考文献】