基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)及其關(guān)鍵技術(shù)研究

孫恕

（黑龍江省網(wǎng)絡空間研究中心，黑龍江 哈爾濱150090）

1 概述

智慧農(nóng)業(yè)是一個涵蓋較為廣泛的概念，其由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)管理以及農(nóng)業(yè)生活多個領域共同構(gòu)成。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正式引入到了農(nóng)業(yè)領域當中，無論是輕量型安全協(xié)議還是以服務為導向的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，都在很大程度上促進了農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的提升。但與此同時，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的安全性問題以及服務性問題也越來越受到人們的關(guān)注，了解物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程當中所需的關(guān)鍵性技術(shù)有著極為突出的理論與現(xiàn)實意義。

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中涉及的幾類關(guān)鍵技術(shù)

目前物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系已經(jīng)越來越完備，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領域當中的應用也越來越廣泛。在國外的許多發(fā)達國家，健全的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡體系架構(gòu)已經(jīng)能夠滿足大農(nóng)場的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用通常需要根據(jù)應用領域的變化而隨之進行技術(shù)方面的調(diào)整，具體來說，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中涉及的關(guān)鍵性技術(shù)主要包括以下幾種類型。

其一，信息感知技術(shù)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展與感測技術(shù)的飛速進步，使得智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測水平獲得了顯著的提升。信息感知技術(shù)相當于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的眼睛，承擔著感知的作用，通過借助傳感器能夠隨時感測農(nóng)業(yè)信息。目前被應用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域中的傳感器種類多樣，以微機電傳感器應用較為廣泛，這類傳感器不僅體積較小、質(zhì)量較輕，且能耗較低、可靠性較高。

其二，射頻識別技術(shù)。所謂射頻識別技術(shù)，簡單來說就是指通過借助計算機網(wǎng)絡技術(shù)以及無線信號識別相應的目標，獲取有效信息。此類技術(shù)具備著速率高、存儲量大、安全性突出以及抗污染性能強等多重優(yōu)勢。視頻識別技術(shù)在應用的過程當中也獲得了顯著的拓展，定位與導航技術(shù)逐漸被納入其中，更大程度上強化了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平。

其三，信息傳輸技術(shù)。在農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)當中，多種類型的數(shù)據(jù)并存，隨著數(shù)據(jù)量的逐步增多，使得數(shù)據(jù)信息的整合難度明顯加大，通過運用信息傳輸技術(shù)不僅能夠提高信息的傳輸效率，同時也能夠強化信息的整合質(zhì)量。針對環(huán)境的不同，被應用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳輸技術(shù)也各不相同。

其四，信息處理技術(shù)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將萬物連接在一起，充分運用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢實現(xiàn)了各個節(jié)點與位置的連接，信息處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應用能夠從數(shù)據(jù)中甄別出有效的內(nèi)容，實現(xiàn)對于農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的處理，為農(nóng)業(yè)決策提供有力的參考依據(jù)。

3 智慧農(nóng)業(yè)中的輕量型安全通信協(xié)議

眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎延伸拓展所得的網(wǎng)絡，其中集合了海量的信息，將用戶端延伸至了物品中間，強化了信息的交換與通信水平。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領域當中的應用通常需要對于一部分信息進行調(diào)取和加工，如果數(shù)據(jù)在節(jié)點感測時被截取為不同的頻段，那么互聯(lián)網(wǎng)中所存儲的數(shù)據(jù)就有被他人復制、刪除以及篡改的可能，輕則對于數(shù)據(jù)的分析與利用造成阻礙，重則影響數(shù)據(jù)的安全性。針對這一方面的問題，我們需要基于三層構(gòu)架構(gòu)建起安全通信協(xié)議，以保障智慧農(nóng)業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

在物聯(lián)網(wǎng)當中，有關(guān)各個云服務供應商的信息需要在個匯聚點融合，這意味著我們在不同的匯聚節(jié)點我獲取到的信息是存在著較大差異的。所有的數(shù)據(jù)在傳輸至不同區(qū)域的過程當中都需要經(jīng)過中間件的認證和處理，舉例來說，農(nóng)業(yè)種植、畜牧養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工等相關(guān)的信息需要通過中間件進行基本的認證和處理之后，才能被傳輸至各個匯聚節(jié)點，最終再由各個匯聚節(jié)點拓展至對應的區(qū)域，這一傳輸過程形成了智慧農(nóng)業(yè)的拓撲架構(gòu)。由于這一拓撲架構(gòu)包含三個層級，我們稱之為三層架構(gòu)，分別為應用層、中間件層以及感知層。感知層需要將所獲取到的數(shù)據(jù)信息通過輕量型安全協(xié)議進行加密之后傳輸給中間件層，中間件層進行認證與加工之后，再將其反饋給應用層，以便確保應用層能夠更好地開展互聯(lián)網(wǎng)絡服務。可以說，安全通信協(xié)議的構(gòu)建主要是針對感知層而言的。

常見的安全層協(xié)議多為六邊形安全層協(xié)議，在感知層通過安全層協(xié)議能夠有效降低計算成本，覆蓋于中間件層兩端的輕量型安全機制能夠使感知層內(nèi)感測節(jié)點身份得到認證。結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的應用需求涉及信息安全設備與信息安全模塊，強化授權(quán)與認證體系，確認連接設備能夠訪問控制列表，應用解密技術(shù)保護系統(tǒng)信息安全。

4 智慧農(nóng)業(yè)中以服務為導向的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)源依托各類智能物件將相關(guān)資料信息上傳至云計算平臺之上，以便引導其他服務程序的運行。隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平的提高，物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)內(nèi)容也越來越豐富，能夠供智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展所應用的數(shù)據(jù)大量存儲在網(wǎng)絡之上，會很大程度上影響應用端的質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)中每個層級所肩負的責任有所不同，其中中繼管理層和云管理層發(fā)揮著最為重要的作用，因此針對這兩個層級，我們應當制定明確的防災監(jiān)測物流網(wǎng)作業(yè)流程，降低網(wǎng)絡傳輸?shù)呢撦d量，有針對性地提供差別服務。

在智慧農(nóng)業(yè)的領域當中，中繼管理層承擔著接收數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)的作用，管理層在感測到數(shù)據(jù)之后，會隨之進行數(shù)據(jù)的判斷、分類、過濾及壓縮，最后再將處理完成的數(shù)據(jù)資料傳輸至云管理層。中繼管理層在接收到數(shù)據(jù)之后能夠第一時間將數(shù)據(jù)區(qū)分為緊急或一般兩個類別，緊急的數(shù)據(jù)將優(yōu)先獲得處理，而一般的數(shù)據(jù)將被循序處理。

云管理層肩負著存儲數(shù)據(jù)的重要作用，云管理層就如同連接中繼管理層與用戶層的紐帶，影響著兩個作業(yè)流程。中繼管理層需要將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一傳輸這云管理層當中，如果大批量的數(shù)據(jù)同時涌入云管理層就極有可能會產(chǎn)生網(wǎng)絡擁堵的問題，因此這些數(shù)據(jù)在進入云管理層之前還需要經(jīng)過壓縮的流程，如果需要調(diào)取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過前置處理作業(yè)流程恢復到壓縮前的狀態(tài)，存儲于云計算環(huán)境當中。

另外，智慧農(nóng)業(yè)體系當中與用戶關(guān)系最為密切的一個層級就是服務層，和中繼管理層一樣，服務層也會將用戶反饋的需求分為一般任務以及緊急任務兩大類別，當任務被判定為緊急服務時，則執(zhí)行差異化服務，而一般任務則作為周期性執(zhí)行的任務。如果傳輸至服務層的任務數(shù)量較多，都需要分配到相應的子服務節(jié)點之上分別執(zhí)行，以便充分滿足智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)應用側(cè)需求。

綜上所述，智慧農(nóng)業(yè)將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、信息系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)發(fā)展進行了有機的融合，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有管理模式的更新與轉(zhuǎn)變。本文就基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)及其關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，但由于受到文章篇幅的限制僅對于較為重要的安全通訊協(xié)議以及服務架構(gòu)進行了分析。在今后的發(fā)展過程當中，我們需要給予智慧農(nóng)業(yè)足夠的重視，并從更為全面的角度之上了解智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，以此為導向進行技術(shù)應用方面的研究。另外在發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的過程當中，我們也可以積極的借鑒發(fā)達國家的優(yōu)秀經(jīng)驗，研究開發(fā)新的系統(tǒng)，制定清晰明確的農(nóng)作物和畜牧識別標準，更好地發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)價值作用，強化農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的發(fā)展水平，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展開拓更為廣闊的空間。