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物联网体系结构知多少?

2019-8-15 15:25| 发布者: JimmyScall| 查看: 109| 评论: 0

摘要: 作者:济遇农业点击“蓝字”关注我们物联网? 体系?前研究意义在介绍物联网的结构之前,首先应该搞清以下两个问题1.为什么要谈物联网的体系结构?现行农业物联网主要集中于单体的应用,其特点是闭环于一个具体的应用 ...
作者:济遇农业


点击“蓝字”关注我们



物联网?  体系?




研究意义

在介绍物联网的结构之前,首先应该搞清以下两个问题


1.为什么要谈物联网的体系结构?

    现行农业物联网主要集中于单体的应用,其特点是闭环于一个具体的应用,导致整个系统的可伸缩性、可扩展性、模块化和互操作性不能满足农业物联网日益发展的需求。在此情况下,如何从各种应用需求中统一抽取出系统的各组成部件、厘清它们之间的组织关系,进而指导农业物联网体系结构的建立与实现是目前农业物联网研究领域亟待解决的问题之一。




2.物联网体系结构是基于何种原则构建的?


    1)可扩展性

    可扩展性是指农业物联网系统自由接入、断开终端的能力。举例来说,要向一个物联网体系添加一个新的传感器,靠的就是其可扩展性。具体来讲,随着各种终端设备接入、退出系统,或在物联网中的位置移动,引起网络拓扑结构发生变化,这就要求系统能够自动进行网络运行环境配置,对系统中新增加的数据采集节点,在不会导致其他节点或者服务端的应用改变的情况下能够快速的建立数据采集程序而不影响整个系统的运行。这就要求构建物联网时充分考虑其日后使用的可扩展性。



    2)可复用性

    复用性简单来说就是物联网中的各种数据可以被反复使用。农业物联网是个复杂的系统工程,不同的农业物联网应用,使用的智能设备不尽相同,不同智能设备需要的采集程序也不一样,因此需要对采集层获取的数据资源进行转换等操作,实现资源的高度聚合与共享,这样能够大大缩短工程的开发周期和减少开发成本。



    3)安全性和可靠性

    安全和可靠是对系统的基本要求,也是农业物联网体系结构设计所追求的主要目标之一。由于农业生产环境复杂多变,如在大田环境之下传感器难以固定。特别是信息感知和传输环节,要充分考虑系统的可靠性:一方面要选用稳定、可靠、集成度高的感知和传输设备;另一方面应从体系结构上通过增加任务调度、权限管理等方式进一步保障系统的可靠性和安全性。



体系结构



    目前,根据不同的划分标准,不同的研究者对物联网的体系结构有着不同的划分。本文将介绍最为简单易于理解的三层结构,即感知层、传输层、应用层。


感知层

    感知层主要由各类传感器终端及RFID组成,在农业物联网中即实现对农业生产信息的收集。这就涉及到看了两种关键技术:传感器技术和射频识别(RFID)技术。

(1)传感器技术

    传感器技术是农业物联网感知层中最基本的技术之一,尤其是在农业生产环境监控物联网和动植物生命信息监控物联网中,传感器起着重要的作用。下面大致介绍两种传感器技术的发展状况:

温度传感器

    温度是检测的重要参数,不仅会影响作物的生长状况,而且对某些病虫害的预测也有很大的意义。尤其对于大棚作物,温度检测尤为重要。而在大棚环境之下,不需要温度传感器拥有很大的量程,所以提高温度测量的精度更具应用前景。目前的温度增敏装置已经可以在保证一定量程的前提下将精度提高到小于±0.1℃。





光传感器

光是植物进行光合作用的前提,现阶段在光传感器方面的研究,主要是集中在电子行业中感光设备上的应用。目前具有代表性的公司和产品有美国TOAS公司推出的12bit环境光传感器芯片TSL2550和TSL2581等。这些芯片的特点即功耗相对较低,精度也较高,能够一定程度上满足大田的需要。



    目前,在农业物联网感知层的传感器技术上,光、温、湿、气、热等常规环境传感器已非常成熟,但在植物生理生态参数感知和土壤参数感知等较为复杂的方向,缺乏有效的传感器,这些传感器将会是今后突破的方向。




(2)射频识别(RFID)技术

    射频识别(RFID)技术即通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。目前此技术在零售、物流和交通领域有广泛的应用。农业物联网在农产品溯源上也有很好的应用前景。但在多个带有标签的物品放在一起时,容易相互干扰影响识别率,如何解决这方面的问题,即防冲突问题是目前研究的方向之一。


传输层

    感知层的传感器分布密集,如果各个传感器直接把采集到的数据传输给应用层,会导致应用层的接收效率低下。一般是把各个传感器采集的数据通过短距离无线传输,传输到一点,即形成组网,再通过远距离传输网络集中发送给应用层,实现此功能的即物联网中的传输层。而在上一篇文章中已经说明,目前的传输方式一般采用无线传输。









常用的无线传输方式

应用层

    物联网农业的应用层主要是对传感器节点采集,并对通过网络传输得到的数据进行计算、处理和识别挖掘,从而达到对前端控制端口的实时控制、精确管理和科学决策。


决策?



    在最新的物联网体系结构之中,有些研究者认为应用层中可以分出数据共享层,以解决目前物联网设备通常由不同的设备制造商提供,并且基于这些设备的应用和服务都是独立开发,使得数据格式兼容性较差,信息在各系统之间无法融合而彼此形成信息孤岛,使得企业之间的数据分享和服务协同变得异常困难的问题。


趋势!



    但同时农业物联网感知层将产生数以万计的海量信息,如果将这些海量的原始数据直接经传输层发送给上层应用,势必导致上层应用系统计算处理量的急剧增加,甚至引起系统崩溃。因此,在农业物联网应用层之前构建农业物联网数据共享层对海量传感信息进行过滤和分析处理,进而为上层应用程序的开发提供更为直接和有效的支撑,这是应用层一个发展趋势。


文案、图片:王睿琛

排版:李至霖





济遇农业

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