曾輝 卓輝

摘要：在網(wǎng)絡通信中利用光通信網(wǎng)絡能夠提供更高帶寬，進而可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息與資源超遠距離傳輸，并使得農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用得到延伸。此外，在網(wǎng)絡傳輸層中運用SDH技術，能滿足承載當前龐大農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源的構建，在整合了各種農(nóng)業(yè)信息、海量農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)和MSTP接入傳輸基礎上形成了大型的多業(yè)務平臺傳遞農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，即農(nóng)業(yè)信息傳輸要求不再受時間和空間約束，這將對加速農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到重要促進作用。

關鍵詞：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng);SDH技術;多業(yè)務傳送平臺;MSTP接入

中圖分類號： TN29 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0402-04

收稿日期：2014-06-08

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃（編號：2012BAD35B05）;湖南省科技廳“十二五”重點計劃（編號：2012BAD35B00）;湖南省教育廳科學研究重點項目（編號：12A062）;湖南省科技計劃（編號：2013GK3106）。

作者簡介：曾 輝（1989—），男，湖南衡陽人，碩士研究生，主要從事光網(wǎng)絡傳輸在農(nóng)業(yè)工程方面的研究。E-mail：zh660818@163.com。

通信作者：卓 輝，副教授，博士，碩士生導師，主要從事光通信在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)上應用方面的研究。E-mail：zhuohuitxh@163.com。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

近年來隨著信息網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)各個領域也得到了廣泛應用，其中在農(nóng)業(yè)資源信息利用[1-4]、農(nóng)業(yè)精準作業(yè)[5-7]、農(nóng)產(chǎn)品安全溯源與實時監(jiān)管等方面應用已取得了突破性進展和階段性成果，并且?guī)恿伺c農(nóng)業(yè)事務、農(nóng)產(chǎn)品有關的服務產(chǎn)業(yè)和新興農(nóng)產(chǎn)品龍頭企業(yè)的快速發(fā)展。例如，在農(nóng)業(yè)資源信息利用層面上，歐美等農(nóng)業(yè)發(fā)達國家利用全球地理定位系統(tǒng)對當前土地資源利用狀況進行智能分析、系統(tǒng)決策及有效整合，做到了對農(nóng)業(yè)土地有針對性地規(guī)劃和開發(fā)[8-9]。與此同時，在我國也利用3S技術，對大面積農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源進行有效采集和分析，有力地推動了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。此外，在對精準農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理上，澳大利亞、歐美等發(fā)達國家在針對大面積農(nóng)作物生產(chǎn)上實現(xiàn)點到點精準作業(yè)，實現(xiàn)了對農(nóng)作物氣候環(huán)境及時監(jiān)測、農(nóng)藥施肥灌溉劑量與比例上進行合理分配與控制[10]，而我國在田間環(huán)境土壤信息獲取[11-12]、農(nóng)田作物產(chǎn)量空間差異分布圖決策分析等方面[13-14]也取得了有效成果。最后，在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領域，日本等發(fā)達國家對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后信息溯源開發(fā)（如蘋果的營養(yǎng)成分、甜度等進行等級劃分價格以此實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的利潤最大化），同時我國也在加強農(nóng)產(chǎn)品安全為目標的溯源系統(tǒng)建設與開發(fā)（例如蔬菜追溯體系[15-17]，豬肉質(zhì)量安全溯源體系[18-19]，茶葉追溯編碼體系[20-21]），進而保障農(nóng)產(chǎn)品需求用戶的消費權益[22]。

2 SDH技術在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層應用

自20世紀80年代以來，以同步數(shù)字傳輸為標志的SDH技術誕生以來，經(jīng)過了一系列網(wǎng)絡信息技術革新與變革。SDH技術現(xiàn)已成為數(shù)字傳輸主流方式，圖1為SDH基本復用映射流程;通過圖1可知，它對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（圖2）形成有效的傳輸模塊，有效解決了傳統(tǒng)PDH技術在連接方式、標準接口規(guī)范、技術參數(shù)等難題。首先，主要體現(xiàn)在SDH技術在農(nóng)業(yè)信息傳輸結構上，采用同步復用連接方式與兼容、靈活的映射結構、高低速信號在網(wǎng)絡傳輸共存，使得農(nóng)業(yè)產(chǎn)品與農(nóng)業(yè)信息資源上下交易更簡單。同時，簡化同步數(shù)字交叉連接流程，可根據(jù)與農(nóng)產(chǎn)品相關用戶的個人需求對網(wǎng)絡進行動態(tài)組合和新業(yè)務承載。其次，在農(nóng)業(yè)信息傳輸方式上，SDH技術效率與幀結構上可與北美發(fā)達國家、日本和歐洲準同步數(shù)字系列兼容，引導PDH技術向SDH技術過渡，從而形成與全球其他農(nóng)業(yè)發(fā)達國家在農(nóng)業(yè)信息資源、農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)信息服務、農(nóng)業(yè)精準技術實現(xiàn)資源共享，提供可靠的農(nóng)業(yè)安全網(wǎng)絡機制，保證農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)源的真實性，大大改善當前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)效率。再次，采用分插復用、交叉連接、指針處理等技術，可使得大容量存貯性能與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務無關的事務進行靈活重組。通過不同指針處理模塊對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中農(nóng)作物實時檢測、農(nóng)產(chǎn)品即時追蹤和農(nóng)產(chǎn)品市場信息進行信息準確、安全分離、減少農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)冗余，從而有效提高對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中各個區(qū)域管理效率、降低農(nóng)產(chǎn)品交易風險、對農(nóng)作物生長態(tài)勢精準檢測等等。最后，在同步復用映射結構上，能夠同時嵌入多種不同與農(nóng)業(yè)信息相關的數(shù)據(jù)信號，并且能對這些信號進行精準識別與分離，實現(xiàn)了對多種網(wǎng)絡拓撲的智能管理和資源整合。最后，在對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡監(jiān)控與信息維護方面，SDH技術能方便農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡業(yè)務中數(shù)據(jù)資源的恢復，從而保障農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與信息傳遞準確，安全到達需求用戶界面。因此，SDH技術無論在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸層中傳輸結構，還是在傳輸方式上以及網(wǎng)管功能均優(yōu)于傳統(tǒng)PDH技術，可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能化、自動化、信息化的管理，加速了我國“智慧農(nóng)業(yè)”發(fā)展步伐。

3 SDH中MSTP接入技術在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層

雖然SDH技術在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)大量存儲、標準接口等對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)采集、篩選、分析，管理等過程起到重要作用，但是有效利用SDH中MSTP接入技術對多業(yè)務平臺農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳送成為解決海量數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸層研究熱點。由于近年來3S技術在農(nóng)業(yè)事務應用權重不斷上升，導致農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生一次新的變革。同時MSTP技術由原來支持固定封裝單一農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務向兼容多元化業(yè)務自動交換管理（ASON）網(wǎng)絡發(fā)展（圖3）。ASON傳輸面對日常監(jiān)測農(nóng)業(yè)信息設備性能進行實時分析與管理，同時又在傳統(tǒng)網(wǎng)管基礎上進行了功能擴充。ASON控制面通過標準接口

（用戶網(wǎng)絡接口/ASON控制節(jié)點接口）與信令鏈路相結合方式實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分布式控制，增加了許多智能管理模塊，如農(nóng)作物采集數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計、動態(tài)特性變化、保護農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)恢復等，進而大大縮短了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的時間，保證能夠實時地提供滿足動態(tài)的多元化、多等級農(nóng)產(chǎn)品。已有SDH設備只是針對不同信道或時隙中的交叉位脈沖，同時在同一個通信媒體上傳輸多個數(shù)字化數(shù)據(jù)、語音和視頻信號等業(yè)務進行傳輸?shù)?，但是由于SDH設備中交換級總的數(shù)據(jù)交換能力有限，因而無法滿足處理超大型容量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務。而在SDH中引進MSTP技術可突破隨著海量數(shù)據(jù)增加對背板帶寬的限制，這種兼容且靈活的系統(tǒng)架構，對適應未來農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的增加起到了非常重要的作用，尤其在大容量農(nóng)業(yè)事務數(shù)據(jù)與信息業(yè)務的發(fā)展方面。最后，SDH中MSTP技術除繼承了原有SDH技術中的數(shù)據(jù)可靠性、高性能網(wǎng)絡監(jiān)管、靈活組網(wǎng)等優(yōu)點外，最突出的優(yōu)點在于具有支持多業(yè)務承載能力、可兼容最新業(yè)務的承載。主要體現(xiàn)在：

第一，MSTP技術突破了當前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在小范圍、短距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜觞c，可同時滿足TDM、ATM、以太網(wǎng)等農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務的業(yè)務接入、處理、傳送，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中多信息、多等級、多成分農(nóng)產(chǎn)品的識別與管理提高了統(tǒng)一的多個節(jié)點。

第二，MSTP技術實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中農(nóng)產(chǎn)品大宗交易市場與農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地信息即時且無縫對接。隨著農(nóng)產(chǎn)品種類、價格、質(zhì)量等數(shù)據(jù)多元化出現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品需求客戶不再滿足簡單的供應商到終端的服務，此時MSTP技術使得農(nóng)產(chǎn)品交易市場-基地、終端客戶-基地、農(nóng)產(chǎn)品供應商-供應商等對農(nóng)產(chǎn)品價格、質(zhì)量等需求更加透明。在農(nóng)戶-客戶中，根據(jù)不同客戶對網(wǎng)絡帶寬的需求提供不同的帶寬，為其農(nóng)產(chǎn)品在傳輸過程中提供了安全、可靠、共享、智能網(wǎng)管等各種需求。

第三，基于VLAN的方案已無法滿足當前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中農(nóng)產(chǎn)品終端-基地、基地-基地對于數(shù)據(jù)安全可靠性、帶寬傳送等需求，而SDH中MSTP技術提供了一個組建農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)專網(wǎng)的解決方案。根據(jù)客戶的帶寬需求，提供不同的虛擬專用網(wǎng)（VPN），而有了每一個VPN帶寬的保證。對不同農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中不同用戶提供不同帶寬，實現(xiàn)帶寬共享，提高了帶寬利用率，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中多級農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務調(diào)度與接入。

因此，SDH中MSTP技術接入可以根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品業(yè)務種類、農(nóng)產(chǎn)品供應商、客戶需求，分配不同帶寬，為不同種類農(nóng)產(chǎn)品在安全流通、信息決策支持、農(nóng)產(chǎn)品信息推送、農(nóng)產(chǎn)品溯源等方面提供了多級業(yè)務傳送與可靠保障。

4 結束語

本研究分析了SDH的MSTP接入技術對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層多業(yè)務傳遞構建，旨在SDH技術基礎上對海量農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)進行大容量存儲、高速傳輸，減少龐大農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)冗余，提高農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)真實性、可靠性、安全性。進一步引入MSTP技術接入實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中多級業(yè)務實現(xiàn)高效率管理與智能分析、科學決策;從而完成農(nóng)業(yè)從數(shù)據(jù)到信息，再到知識、智慧的演化，進而加速現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)升級的步伐，這對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平、促進人類可持續(xù)發(fā)展起到了至關重要的作用。

參考文獻：

[1]祝利莉. 基于WebGIS的浙江省農(nóng)業(yè)資源信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 杭州：浙江大學，2007.

[2]Cox P G. Some issues in the design of agricultural decision support systems[J]. Agricultural Systems，1996，52（2/3）：355-381.

[3]Mccown R L. Locating agricultural decision support systems in the troubled past and socio-technical complexity of models for management[J]. Agricultural Systems，2002，74（1）：11-25.

[4]史 斌，諸葉平，趙春江，等. 基于本體的農(nóng)業(yè)資源地理信息服務技術研究[J]. 農(nóng)機化研究，2013（6）：233-237，241.

[5]Mcbratney A，Whelan B，Ancev T，et al. Future directions of precision agriculture[J]. Precision Agriculture，2005，6（1）：7-23.

[6]張 偉. 面向精細農(nóng)業(yè)的無線傳感器網(wǎng)絡關鍵技術研究[D]. 杭州：浙江大學，2013.

[7]羅錫文，臧 英，周志艷. 精細農(nóng)業(yè)中農(nóng)情信息采集技術的研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22（1）：167-173.

[8]王宏志，朱俊林. 我國利用遙感數(shù)據(jù)提取土地利用現(xiàn)狀信息的技術進展[J]. 國土資源遙感，2000，3（3）：1-6.

[9]譚淑豪，黃賢金，譚仲春. 土地資源利用現(xiàn)狀的區(qū)域差異及可持續(xù)利用研究——以南京市為例[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學學報，1997，20（1）：87-92.

[10]鄭麗萍. 基于ARM的農(nóng)田土壤信息獲取系統(tǒng)研究與開發(fā)[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2008.

[11]牛 磊. 基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的田間環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 武漢：中南民族大學，2012.

[12]郭 燕. 農(nóng)田多源信息獲取與空間變異表征研究[D]. 杭州：浙江大學，2013.

[13]葛曉鋒. 基于GPS和GIS的農(nóng)田信息快速采集與管理系統(tǒng)的研究[D]. 杭州：浙江大學，2003.

[14]李 輝，傅澤田，付 驍，等. 基于Web的蔬菜可追溯系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2008，24（5）：716-719.

[15]林 凌，周德翼，黃啟琚. 基于互聯(lián)網(wǎng)的食品質(zhì)量安全可追蹤系統(tǒng)設計[J]. 合肥工業(yè)大學學報：自然科學版，2005，28（5）：546-549.

[16]付 驍，傅澤田，張領先. 基于Web的蔬菜質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)[J]. 計算機工程與設計，2009，30（1）：85-87，128.

[17]Spiessl-Mayr E，Wendl G，Zahner M，et al. Electronic identification （RFID technology） for improvement of traceability of pigs and meat[C]//ECPLF Proceedings：2nd European Conference on Precision Livestock Farming. Wageningen：Wageningen Academic Publishers，2005：339-345.

[18]任守綱，徐煥良，黎 安，等. 基于RFID/GIS物聯(lián)網(wǎng)的肉品跟蹤及追溯系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（10）：229-235.

[19]史海霞，楊 毅. 肉用豬質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)[J]. 農(nóng)機化研究，2009（12）：61-64.

[20]陳志雄. 茶葉質(zhì)量安全追溯體系的建立及應用[D]. 福州：福建農(nóng)林大學，2011.

[21]Sembiring H，Raun W R，Johnson G V，et al. Detection of nitrogen and phosphorus nutrient status in winter wheat using spectral radiance[J]. Journal of Plant Nutrition，1998，21（6）：1207-1233.

[22]白紅武，孫愛東，陳 軍，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2013，29（2）：415-420.