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　　農業物聯網之溫室監測系統

　　農業物聯網是現代化農業的重要組成部分，建設高效、許多發達國家如美國、英國、日本特別注重對農業生態環境的監測與保護。一方面，加強農業生態立法等政策性保護措施；另一方面，綜合運用高科技手段構建先進的農業生態環境監測網絡，通過先進的傳感器感知技術、信息融合傳輸技術和互聯網技術，將物聯網技術融合其中，建立覆蓋大區域的農業信息化平臺，實現對農業生態環境的自動監測，保證農業生態環境的可持續發展。本文僅以溫室監測系統為例進行分析。

　　1 溫室監測系統組成

　　溫室監測系統由無線傳感器監測網絡和遠程數據中心兩部分組成。

　　無線傳感器監測網絡：由智能傳感器節點組成。實時采集土壤水分、土壤溫度等參數，所有節點數據最終路由到網關節點，由網關節點將全部數據通過移動網絡轉發到遠程數據中心。智能節點為濕度傳感器和溫度傳感器，安裝不同的傳感器可以做到對農業生產環境的多方位監測。遠程數據中心：負責數據的接收、存儲和時空分析。數據中心對數據的處理應用就在物聯網的應用層完成。

　　2 溫室監測系統感知層設計

　　農業物聯網感知層由各種信息感知設備以及信息感知設備網關組成，信息感知設備采集并捕獲各種農業相關信息，信息感知設備網關把信息感知設備與物聯網網絡層進行互聯，從而對收集到的數據進行上傳。信息感知設備包括濕度 /溫度/氣體濃度等各種傳感器、RFID標簽、GPS、攝像頭等感知終端；信息感知設備網關包括傳感器網關、RFID 讀寫器等。

　　感知層包含兩項技術：一是數據采集與感知技術，二是傳感器網絡組網和協同信息處理技術。一般來說，數據采集和網絡接入（組網）即構成傳感器網絡，是數據采集的基礎網絡。數據采集與感知主要用于采集物理世界中發生的物理事件和數據，包括各類物理量、標志、視頻數據。

　　針對農作物生長特點，借鑒國內外已有的先進研究成果，我們把傳感器以及傳感器網關作為物聯網感知層組成要素來進行感知層設計。傳感器感知網由分布在農田中多個智能傳感器節點組成，實時采集土壤水分、土壤溫度等參數。

　　感知網基于 ZigBee 無線通信協議組建網絡，所有節點數據最終路由到網關節點，由網關節點將全部數據通過 3G 無線通信傳輸方式轉發到溫室遠程數據中心，監測網絡中的所有節點均為有源節點，可以采用太陽能供電模式，也可以采用外接蓄電池方式實現供電。遠程數據中心負責數據的接收、存儲和時空分析。

　　部署無線傳感器網絡時，對于傳感器放置位置的選擇應注意如下問題。

　　第一，對于同一塊農田，低功率節點模塊通信覆蓋范圍較小。如果提高節點部署密度，必然增加投入成本，但是能較好地保證環境監測變量的采樣密度。

　　選擇高功率模塊可以較好地保證網絡連通性，較少節點數量，從而降低成本，這樣可能導致所采集的數據失去該農田空間相關性，因此在農田部署傳感器節點時需綜合分析通信和采樣這兩個因素。

　　第二，根據農作物高度來調節節點天線放置的高度。針對農田具體覆蓋作物，設計適宜的節點天線放置高度，這樣有利于減少信號傳輸的路徑損耗。

　　第三，每個節點能與最近兩個節點進行通信，提高傳感網絡的可靠性。在網絡拓撲結構設計中，每個作為終端設備的傳感器節點在有效通信范圍內至少能夠與兩個以上的作為路由器的傳感器節點通信，以保證一條鏈路出現故障時不會影響到整個網絡的正常通信。

　　3 網絡層功能擴展

　　農業物聯網網絡層主要是指用于實現更加廣泛的網絡互聯、信息承載、接入認證、網絡安全防范、用戶鑒權與計費等功能，能夠把感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，需要傳感器網絡與移動通信技術、互聯網技術相融合。經過多年的快速發展，移動通信、互聯網等技術已比較成熟，基本能夠滿足物聯網數據傳輸的需要，但是通信、網絡技術還有較多有待完善的地方。

　　軟件和算法：構建物聯網應用的一大挑戰是缺乏一個通用的軟件構建方法，如何將不同環境中的軟件組合成一個復合功能的系統，以及如何應用大量不相關的軟件模塊來構建我們需要的軟件是要解決的問題。

　　認證、鑒權和計費：運營商網絡需要提供對物聯網感知層的接入鑒權、授權與計賬等功能。網絡發現：物聯網網絡會動態變化和不斷演變，可能隨時添加新的“物體”到網絡中，現有的網絡拓撲結構會不斷變化。在物聯網應用場景下，自動發現機制和映射能力對于整個通信與網絡的管理是至關重要的。