農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要包括三個(gè)層次：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。

　　第一層是感知層，包括RFID條形碼、傳感器等設(shè)備在內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知、快速識(shí)別和信息采集，感知層主要采集內(nèi)容包括農(nóng)田環(huán)境信息、土壤信息、植物養(yǎng)分及生理信息等；

　　第二層是傳輸層，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線傳輸來自物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)信息，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)上主要反映為大規(guī)模農(nóng)田信息的采集與傳輸；

　　第三層是應(yīng)用層，該系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)處理及智能化管理、控制來提供農(nóng)業(yè)智能化管理，結(jié)合農(nóng)業(yè)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化與信息化管理，達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境、提高產(chǎn)品品質(zhì)及產(chǎn)量的目的。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次分別賦予了物聯(lián)網(wǎng)能全面感知信息、可靠傳輸數(shù)據(jù)、有效優(yōu)化系統(tǒng)及智能處理信息等特征。

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

　　物聯(lián)網(wǎng)無線自組織網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用非常廣泛，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)通信協(xié)議研究也隨之成為研究熱點(diǎn)。但物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境不一樣，往往導(dǎo)致它的通信協(xié)議并不一定完全兼容于其他場(chǎng)合，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)場(chǎng)機(jī)械、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥、病蟲害控制、溫室監(jiān)控、大田果園監(jiān)控、精準(zhǔn)畜牧等。不同的應(yīng)用環(huán)境需要不同的組網(wǎng)方式。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)包括移動(dòng)通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)等，這些網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)都是針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸或多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)傳輸方式。然而物聯(lián)網(wǎng)的功能不僅是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，在通信方面有更高的目標(biāo)和措施。

　　20世紀(jì)末以來，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和歐洲都相繼啟動(dòng)了許多關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究計(jì)劃，比較著名的計(jì)劃有SensorIT、WINS、SmartDust、SeaWeb、Hourglass、SensorWebs、 IrisNet、NEST。之后，美國(guó)國(guó)防部、航空航天局等多渠道投入巨資支持物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)的研究與發(fā)展。然而，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所處物理環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)自身狀況與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有本質(zhì)區(qū)別。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)如下。

　　1、大規(guī)模農(nóng)田物聯(lián)網(wǎng)采集設(shè)備布置稀疏

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備成本低、節(jié)點(diǎn)稀疏，布置面積大，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)間的距離較遠(yuǎn)。對(duì)于實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，目前普通農(nóng)作物收益并不高，農(nóng)田面積大、投入成本有限，大規(guī)模農(nóng)田在物聯(lián)網(wǎng)信息投入方面決定了大面積農(nóng)田很難密集布置傳感節(jié)點(diǎn)。另外，大面積地在農(nóng)田里鋪設(shè)傳感節(jié)點(diǎn)不僅給農(nóng)業(yè)作業(yè)帶來許多干擾，特別對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)形成較大的阻礙，也會(huì)給傳感節(jié)點(diǎn)的維護(hù)帶來諸多不便，導(dǎo)致傳感網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本過高等。在大規(guī)模農(nóng)田里，農(nóng)業(yè)大田環(huán)境可以根據(jù)實(shí)際情況劃分成若干個(gè)小規(guī)模的區(qū)域，每個(gè)小區(qū)里可以近似地認(rèn)為環(huán)境相同、土質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量基本相同。因此，在每一個(gè)小區(qū)里鋪設(shè)一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)基本可以滿足實(shí)際應(yīng)用需要。

　　2、農(nóng)業(yè)傳感節(jié)點(diǎn)要求傳輸距離遠(yuǎn)、功耗低

　　對(duì)于較大規(guī)模的農(nóng)田，物聯(lián)網(wǎng)信息采集節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的距離往往會(huì)比較大。由于布置在農(nóng)田中，節(jié)點(diǎn)一般無人維護(hù)，也無市電供電。因此，節(jié)點(diǎn)不僅要求傳輸距離遠(yuǎn)，還要求功耗小，在低成本太陽能供電情況下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期不斷電的工作要求。因此，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)必須要求低功耗通信和遠(yuǎn)距離傳輸。

　　3、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備面臨的環(huán)境惡劣

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備基本布置在野外，在高溫、高濕、低溫、雨水等環(huán)境下連續(xù)不間斷運(yùn)行，而且作物的生長(zhǎng)會(huì)影響信息的無線傳輸，因此要求對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)。同時(shí)，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員文化素質(zhì)不高，缺乏設(shè)備維護(hù)能力，因此，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須穩(wěn)定可靠，而且具有自維護(hù)、自診斷的能力。

　　4、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備位置不會(huì)經(jīng)常大范圍變動(dòng)

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息采集設(shè)備一旦安裝好后，不會(huì)經(jīng)常大范圍調(diào)整位置。特殊需要時(shí)也只需小范圍調(diào)整某些節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)分布圖內(nèi)不會(huì)有太大的變化。

　　綜上所述，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)及環(huán)境與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有明顯區(qū)別。工業(yè)組網(wǎng)規(guī)則不一定能滿足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸需求。