崔 瑜,羅靜靜,李懷勝,田 敏

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第九師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所(畜牧科學(xué)研究所),新疆塔城 834601;2.石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院,新疆石河子 832003)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的方方面面[1],如管理農(nóng)田灌溉[2-4]、檢測(cè)溫室大棚氣體[5-6]以及監(jiān)測(cè)農(nóng)田作物生長(zhǎng)情況等[7-8],被用于解決精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)[9]發(fā)展過(guò)程中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在促進(jìn)當(dāng)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時(shí),由于自身成本低和體積小等問(wèn)題,在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的弊端也不斷突顯出來(lái)。近年來(lái),云計(jì)算的發(fā)展越來(lái)越受關(guān)注,它不僅具有成本低、虛擬化和可擴(kuò)展的特點(diǎn),還能為用戶提供大量的計(jì)算存儲(chǔ)以及軟件服務(wù)等。當(dāng)把云計(jì)算和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合后,在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)上可以作為一個(gè)新的研究方向和領(lǐng)域。Brown等[10-11]定義傳感云為將云計(jì)算與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起的遠(yuǎn)程管理服務(wù)平臺(tái),構(gòu)建了一種傳感器即服務(wù)的概念。傳感云應(yīng)用的工作模式主要為:底層物理傳感器收集到農(nóng)業(yè)相關(guān)信息后,發(fā)送至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),虛擬傳感器負(fù)責(zé)向用戶提供關(guān)鍵信息,最后云端處理復(fù)雜的任務(wù)。該模式不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的效益,還提高了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確率。憑借傳感云框架高成本的效益以及低維護(hù)的需求,在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)。雖然越來(lái)越多的研究學(xué)者開(kāi)始關(guān)注傳感云,但是關(guān)于這方面的農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究還是不多。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),目前很多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)還主要依靠人力進(jìn)行,利用傳感云技術(shù),再結(jié)合當(dāng)下廣泛普及的機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù),對(duì)當(dāng)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及未來(lái)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的前瞻性研究都有著重大的意義。鑒于此,筆者面向傳感云技術(shù),結(jié)合云計(jì)算強(qiáng)大的虛擬化技術(shù),對(duì)其在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行深入探索與研究。

1 傳感云的基本概念

1.1 傳感云定義關(guān)于傳感云的定義,不同的研究學(xué)者給出了不同的看法。Kurschl等[12]將其定義為:將云計(jì)算與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)合并構(gòu)建模型后,在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力方面,與傳統(tǒng)的無(wú)線傳感網(wǎng)比較,有巨大的優(yōu)勢(shì);Madria等[13]將其定義為:在傳感網(wǎng)絡(luò)頂端上,許多不同的虛擬節(jié)點(diǎn)組成了傳感云并實(shí)時(shí)為用戶提供按需服務(wù)功能;研究人員定義傳感云為:結(jié)合不同的網(wǎng)絡(luò)以及傳感應(yīng)用,與云端相結(jié)合,為傳感網(wǎng)絡(luò)提供遠(yuǎn)程的上網(wǎng)、檢測(cè)和監(jiān)控等服務(wù);此外,文獻(xiàn)還提到,不同的物理節(jié)點(diǎn)被傳感云虛擬化為傳感節(jié)點(diǎn),從而自動(dòng)響應(yīng)用戶的服務(wù)請(qǐng)求[14]?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō),傳感云綜合了云計(jì)算和無(wú)線傳感網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn),繼承了云計(jì)算的運(yùn)作模式。用戶可以不用考慮自身的位置和一些規(guī)范實(shí)時(shí)使用傳感器,也不用考慮傳感器之間的兼容性問(wèn)題,同一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施可以被不同的用戶和組織共享,按需管理使用傳感節(jié)點(diǎn)的資源并在云端上實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)的操控。

1.2 傳感云體系架構(gòu)曾建電等[15]提出,傳感云的體系架構(gòu)如圖1所示,自下而上分別為物理節(jié)點(diǎn)層、虛擬節(jié)點(diǎn)層和用戶層。物理節(jié)點(diǎn)層中的傳感器節(jié)點(diǎn)有各自相應(yīng)的控制和數(shù)據(jù)收集機(jī)制,每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在不同的應(yīng)用中發(fā)揮著不同的功能;虛擬節(jié)點(diǎn)和云端組成了虛擬節(jié)點(diǎn)層,主要任務(wù)用來(lái)處理云端的資源以及調(diào)度管理物理節(jié)點(diǎn),終端用戶不需要考慮傳感節(jié)點(diǎn)的具體位置,云端除了為用戶提供存儲(chǔ)服務(wù)以外,還能在緊急情況下對(duì)用戶做出及時(shí)響應(yīng)。當(dāng)一些用戶向傳感云提出請(qǐng)求服務(wù)時(shí),用戶層就會(huì)向用戶提供一些不同網(wǎng)絡(luò)、不同終端或不同操作的遠(yuǎn)程需求服務(wù)操作,用戶就可以直接訪問(wèn)傳感云上的資源。

圖1 傳感云體系架構(gòu)Fig.1 Sensor cloud architecture

2 基于傳感云的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)

同傳感云架構(gòu)一樣,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)傳感云系統(tǒng)框架也為3層,主要由用戶層、中間層和物理層組成,如圖2所示。農(nóng)民、傳感器所有者或設(shè)備所有者組成了用戶層,不同的用戶根據(jù)不同的注冊(cè)方式其使用權(quán)限也不相同。當(dāng)用戶以服務(wù)使用者的身份進(jìn)行注冊(cè)時(shí),只能使用相關(guān)儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)服務(wù)而不能對(duì)設(shè)備的相關(guān)信息進(jìn)行更改;當(dāng)用戶以傳感器或設(shè)備提供者進(jìn)行注冊(cè)時(shí),可以對(duì)底層的一些設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理。通常來(lái)講,通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器或者手機(jī)軟件就能使用戶登錄云平臺(tái)系統(tǒng),最后按需選擇自己要進(jìn)行的服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)農(nóng)業(yè)傳感云平臺(tái),用戶可以實(shí)時(shí)對(duì)田間作物的生長(zhǎng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),基于用戶層提供的不同標(biāo)準(zhǔn)化接口,可以使用戶自由請(qǐng)求相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù),制定決策后數(shù)據(jù)會(huì)以圖表的形式提供給用戶,用戶就可以直接觀察監(jiān)控區(qū)域的環(huán)境變化情況。每個(gè)人的賬戶、權(quán)限、傳感器和農(nóng)業(yè)設(shè)備等信息都被儲(chǔ)存于中間層中,提供給用戶不同的服務(wù)由不同的虛擬傳感器組成,通過(guò)創(chuàng)建虛擬傳感器來(lái)共享底層的傳感器服務(wù),結(jié)合虛擬化技術(shù),不但為服務(wù)提供商保障了利益,同時(shí)也降低了農(nóng)戶的使用成本。相較于一般的傳感云系統(tǒng),農(nóng)業(yè)傳感云有著極為獨(dú)特的地方,即不同的農(nóng)業(yè)傳感器和設(shè)備分布于物理層中,相應(yīng)的設(shè)備可以執(zhí)行用戶所作的決策,而一般的傳感云系統(tǒng)僅為用戶提供傳感器數(shù)據(jù)信息。在物理層上,中繼節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)關(guān),每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都將通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送至網(wǎng)關(guān),最后數(shù)據(jù)通過(guò)4G或5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云平臺(tái)。

圖2 基于傳感云的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 Precision agriculture system architecture based on sensor cloud

3 農(nóng)業(yè)傳感云的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 基于傳感云的農(nóng)田灌溉管理由圖3可知,將土壤濕度傳感器放置于土壤中來(lái)檢測(cè)土壤的濕度信息,傳感云平臺(tái)接收通過(guò)網(wǎng)關(guān)采集到的濕度數(shù)據(jù)信息。在基于傳感云的系統(tǒng)框架下,相應(yīng)的服務(wù)商會(huì)提供對(duì)應(yīng)的設(shè)備,用戶可以在相關(guān)網(wǎng)站上按需選擇服務(wù),這樣就可以隨時(shí)隨地對(duì)農(nóng)田土壤的墑情進(jìn)行觀察并制定出適合于該天氣的灌溉措施。

圖3 基于傳感云的農(nóng)田灌溉管理Fig.3 Farmland irrigation management based on sensor cloud

3.2 基于傳感云的農(nóng)田害蟲(chóng)監(jiān)測(cè)由圖4可知,在傳感云框架背景下實(shí)現(xiàn)對(duì)害蟲(chóng)監(jiān)測(cè)的具體過(guò)程為:底層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行拍照,用相應(yīng)的算法對(duì)圖像進(jìn)行處理后,傳感云平臺(tái)接收發(fā)送過(guò)來(lái)的圖像和數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理,通過(guò)終端顯示器,用戶可以實(shí)時(shí)掌握已經(jīng)處理好的信息,對(duì)信息進(jìn)行整理和分析后,根據(jù)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)來(lái)判斷是否需要噴灑農(nóng)藥。這主要是通過(guò)部署在相應(yīng)區(qū)域的無(wú)人機(jī)來(lái)執(zhí)行噴灑農(nóng)藥的任務(wù),當(dāng)?shù)玫接脩粽?qǐng)求后,無(wú)人機(jī)會(huì)自動(dòng)飛行至指定的區(qū)域執(zhí)行任務(wù),此外無(wú)人機(jī)還能起到森林防火的作用。

圖4 基于傳感云的農(nóng)田害蟲(chóng)監(jiān)測(cè)Fig.4 Pest monitoring in farmland based on sensor cloud

4 農(nóng)業(yè)傳感云的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系相比,傳感云技術(shù)發(fā)揮著更大的優(yōu)勢(shì),即具有可擴(kuò)展性、簡(jiǎn)單性、低成本、服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)以及資源數(shù)據(jù)共享等優(yōu)點(diǎn),具體分析如圖4。

4.1 可擴(kuò)展性云計(jì)算的架構(gòu)不但強(qiáng)大而且復(fù)雜,在傳感云系統(tǒng)框架下,傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)展為一個(gè)巨大的規(guī)模。服務(wù)提供商會(huì)隨著用戶對(duì)底層資源需求的增加而相應(yīng)擴(kuò)展云計(jì)算供應(yīng)商提供的額外服務(wù),這樣用戶就不用為這些額外的硬件資源付出大量的成本。

4.2 簡(jiǎn)易性傳感云為用戶終端提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)化的接口,農(nóng)民使用者可以直接通過(guò)手機(jī)或電腦實(shí)時(shí)獲取農(nóng)田信息,降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。另一方面,用戶還可以通過(guò)傳感器收集到的各種數(shù)據(jù)和視頻流,也可以通過(guò)人工控制設(shè)備來(lái)進(jìn)行大棚的管理。傳感器采集到的數(shù)據(jù)由采集器收集,通過(guò)無(wú)線或者有線傳輸?shù)姆绞?將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái),用戶可以看到大棚內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)匯集了各種農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù),具有專家的實(shí)時(shí)指導(dǎo)功能,旨在幫助農(nóng)民提高生產(chǎn)效率,增加產(chǎn)量,做出正確的生產(chǎn)決策,從而提高農(nóng)民的收入水平。

4.3 低成本與傳統(tǒng)的無(wú)線傳感網(wǎng)相比,農(nóng)民用戶可以不用承擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施的部署與維護(hù)工作,相應(yīng)的組織和供應(yīng)商會(huì)提供基礎(chǔ)設(shè)施,農(nóng)戶只需按照自身情況選擇相應(yīng)的服務(wù)訂閱。同時(shí),隨著新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,可以方便地將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),并保持原有技術(shù)的兼容性。目前,人力資源成本越來(lái)越高,智慧農(nóng)業(yè)已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),而利用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)是智慧農(nóng)業(yè)獲取信息的主要途徑。通過(guò)信息技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的優(yōu)化,可以為農(nóng)民提供信息技術(shù)的便利,促進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的有效推廣。信息化、因特網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中將發(fā)揮極其重要的作用,也必將給農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)的推廣模式帶來(lái)最大的變革。

4.4 服務(wù)周期長(zhǎng)傳統(tǒng)的無(wú)線傳感網(wǎng)對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)處理過(guò)程需要消耗大量的能量,而在云計(jì)算技術(shù)的處理下,云端不但可以處理復(fù)雜的任務(wù),還能大大延長(zhǎng)服務(wù)維持時(shí)間,在一定程度大大降低了成本[16]。未來(lái),隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型,大數(shù)據(jù)的應(yīng)用必將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。信息化、因特網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中將發(fā)揮極其重要的作用,也必將給農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)的推廣模式帶來(lái)最大的變革。

4.5 資源數(shù)據(jù)共享傳感云平臺(tái)上的虛擬傳感器主要是數(shù)據(jù)提供的承擔(dān)者,利用虛擬化技術(shù)專注于采集田間環(huán)境數(shù)據(jù),物理傳感器向虛擬傳感器傳送數(shù)據(jù)并最終提供給終端用戶,用戶可以直接通過(guò)登錄云平臺(tái)獲取虛擬傳感器的相關(guān)信息,不用直接訪問(wèn)物理傳感器。傳感云平臺(tái)同時(shí)也是開(kāi)放共享的平臺(tái),個(gè)人用戶可以注冊(cè)自己的傳感器或其他設(shè)備并分享自己的數(shù)據(jù)。當(dāng)他人有需求時(shí),可以免費(fèi)或支付少許費(fèi)用來(lái)獲得這些數(shù)據(jù)。

5 存在的問(wèn)題與挑戰(zhàn)

綜合分析傳感云在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,主要存在以下問(wèn)題,即服務(wù)系統(tǒng)的通信模塊、服務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)的交叉容錯(cuò)以及數(shù)據(jù)的合理可用等,以下是對(duì)這些問(wèn)題的詳細(xì)說(shuō)明:

5.1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)問(wèn)題由于存在大量傳感器被部署于復(fù)雜的環(huán)境并且資源匱乏的問(wèn)題,網(wǎng)絡(luò)容易發(fā)生高風(fēng)險(xiǎn)的危機(jī)。更為突出嚴(yán)重的問(wèn)題是,與云計(jì)算服務(wù)結(jié)合后,系統(tǒng)的不確定因素增加,當(dāng)云端接收到錯(cuò)誤的信息后將會(huì)執(zhí)行錯(cuò)誤的指令從而造成更嚴(yán)重的后果。

5.2 隱私安全問(wèn)題傳感云的存在一般情況下很容易受到用戶數(shù)據(jù)泄露和惡意攻擊等問(wèn)題[17],其強(qiáng)大的存儲(chǔ)空間方便了用戶對(duì)存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)訪問(wèn),同時(shí)一些機(jī)密或者私有數(shù)據(jù)信息很容易泄露,用戶就會(huì)無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠安全的控制。因此,應(yīng)該對(duì)如何有效保護(hù)數(shù)據(jù)以及管理傳感云的安全問(wèn)題做出合理決策。

5.3 通信問(wèn)題低價(jià)的電子設(shè)備構(gòu)成了傳感器節(jié)點(diǎn),在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,有限的通信帶寬與云計(jì)算結(jié)合后會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),當(dāng)云端接收到這些數(shù)據(jù)時(shí),會(huì)造成云端和傳感網(wǎng)之間的通信瓶頸問(wèn)題,對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)和傳感網(wǎng)絡(luò)的通信能力都是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

5.4 管理問(wèn)題由于云端服務(wù)器與底層傳感網(wǎng)絡(luò)距離較遠(yuǎn)且實(shí)時(shí)性差,云計(jì)算模式不能對(duì)底層終端的傳感器節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行管理,傳輸錯(cuò)誤和網(wǎng)絡(luò)帶寬等因素都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)延遲。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)诟兄h(huán)境的同時(shí)能夠?qū)Νh(huán)境做出響應(yīng)[18-19],而當(dāng)下的云計(jì)算平臺(tái)還不足以實(shí)現(xiàn)這類服務(wù)。

5.5 可用和異構(gòu)性問(wèn)題用戶在不同的時(shí)間地點(diǎn)所需的服務(wù)需求也不盡相同,云端接收來(lái)自無(wú)線傳感網(wǎng)傳送的數(shù)據(jù),然后呈現(xiàn)給用戶,能夠?yàn)橛脩魩?lái)精準(zhǔn)的信息和用戶體驗(yàn),保障了數(shù)據(jù)的可用性;網(wǎng)絡(luò)儀器設(shè)備隨著時(shí)代的發(fā)展也在不斷地更新?lián)Q代,所以在連接傳感云系統(tǒng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一系列問(wèn)題,即傳感云所面臨的挑戰(zhàn)之一就是如何保持不同的網(wǎng)絡(luò)接入不同的終端設(shè)備的兼容性。

6 已有解決方案及未來(lái)研究動(dòng)向

6.1 已有解決方案從產(chǎn)業(yè)傳感云和研究傳感云來(lái)看,當(dāng)下已有的安全解決方案有Xively、SensorCloud、SensaTrack、NimBits和ThingSpeak[20]等都是產(chǎn)業(yè)傳感云系統(tǒng),研究傳感云多集中于解決安全問(wèn)題的研究文獻(xiàn)中。通過(guò)設(shè)定不同的指標(biāo)對(duì)這些平臺(tái)進(jìn)行分析,具體不同類型的傳感云平臺(tái)服務(wù)比較如表1所示。安全指標(biāo)主要由3部分組成,從傳感云不同的分層體系結(jié)構(gòu)來(lái)講,物理安全和通信安全組成了物理層的安全指標(biāo),其功能分別是保障物理節(jié)點(diǎn)的完整性以及保護(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的通信安全問(wèn)題;可信安全和共享安全組成了虛擬傳感層的安全指標(biāo),其功能是分別是確保各節(jié)點(diǎn)的合法性以及各用戶間數(shù)據(jù)的獨(dú)立性;訪問(wèn)安全、存儲(chǔ)安全和服務(wù)安全構(gòu)成了云服務(wù)層,分別實(shí)現(xiàn)確保不同用戶身份訪問(wèn)數(shù)據(jù)的合法性、感知用戶和數(shù)據(jù)安全以及服務(wù)的可靠性功能。從表1可以看出,所有的云平臺(tái)服務(wù)都能提供存儲(chǔ)服務(wù),同時(shí)也能夠保障數(shù)據(jù)的安全管理以及認(rèn)證操作。傳感云平臺(tái)關(guān)注的重點(diǎn)主要為物理安全、通信安全以及共享安全,對(duì)訪問(wèn)和服務(wù)安全實(shí)現(xiàn)度較低。由于不同的傳感云系統(tǒng)針對(duì)不同的傳感云系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域都會(huì)有所差異,所以要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的云服務(wù)層仍具有一定的挑戰(zhàn)性。

表1 各類型傳感云服務(wù)平臺(tái)比較

6.2 未來(lái)研究動(dòng)向當(dāng)前已有的解決方案仍不能完全滿足傳感云的一些需求,對(duì)于系統(tǒng)的整體性而言還有許多要解決的問(wèn)題。所以對(duì)傳感云在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的未來(lái)研究方向主要從尚未被廣泛討論和研究的問(wèn)題來(lái)分析,主要有以下幾點(diǎn):

(1)隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的普遍應(yīng)用,智慧農(nóng)業(yè)將會(huì)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)革命性的技術(shù)創(chuàng)新。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)不僅可以采集所需的數(shù)據(jù)信息,還可以對(duì)信息進(jìn)行處理,最后將準(zhǔn)確的信息傳送到管理客戶端,是當(dāng)前人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。基于虛擬化建設(shè)的傳感云農(nóng)業(yè)研究,從管理的角度設(shè)計(jì)出滿足于傳感云系統(tǒng)特性的軟件設(shè)備,將能夠更好地保護(hù)傳感云系統(tǒng),滿足管理者對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全和資源管理等安全需求。

(2)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中,需要大量的感知節(jié)點(diǎn)和終端將采集到的農(nóng)業(yè)信息傳送到數(shù)據(jù)中心,供農(nóng)戶、農(nóng)業(yè)相關(guān)專家參考和分析。在此基礎(chǔ)上形成的一種監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)各種傳感器設(shè)備,幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題,從而釋放勞動(dòng)力,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率?；诳尚哦燃霸u(píng)估的傳感云農(nóng)業(yè)研究,傳統(tǒng)的底層傳感網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)的完整性、機(jī)密性以及可用性等方面安全性能不夠高,存在極大的隱患,所以應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)傳感云可信度及評(píng)估的安全研究,更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)物理環(huán)境的有效監(jiān)測(cè)。當(dāng)今現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展迅猛,農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)成為未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),但是關(guān)鍵技術(shù),特別是精密傳感器的制造依然是很大的短板。如何保證農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,是未來(lái)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。

(3)基于低耦合的傳感云農(nóng)業(yè)研究,在研究傳感云安全隱私和服務(wù)安全的同時(shí),忽略了為多用戶提供服務(wù)存在的安全問(wèn)題,因此研究設(shè)計(jì)一個(gè)低耦合的傳感云框架可有效降低耦合發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的不安全問(wèn)題。要建立高集成度、高安全性的數(shù)據(jù)共享和交互平臺(tái),應(yīng)以物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算為基礎(chǔ)。共享智能平臺(tái)旨在打破數(shù)據(jù)孤島,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和價(jià)值傳遞,在保證數(shù)據(jù)安全和隱私的前提下,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可用不可見(jiàn)的目標(biāo)。要按照云平臺(tái)的理念,做好設(shè)計(jì)和規(guī)劃,提高平臺(tái)組件的可用性,提高平臺(tái)的穩(wěn)定性和效率,打造一個(gè)真正可用、好用的平臺(tái)。同時(shí),要充分利用基于數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)的資源,實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、智能化的資源服務(wù)。

(4)目前,在設(shè)施農(nóng)業(yè)中已經(jīng)涌現(xiàn)出了一大批成熟的農(nóng)業(yè)物聯(lián)技術(shù)方案,其特點(diǎn)是使用基于藍(lán)牙、 ZigBee、 WiFi等傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù),這些技術(shù)都是在2.4 GHz頻段工作的。基于交叉容錯(cuò)的農(nóng)業(yè)研究,底層物理的監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤、虛擬傳感層的聚合問(wèn)題、計(jì)算程序錯(cuò)誤以及用戶服務(wù)問(wèn)題構(gòu)成了傳感云故障和出錯(cuò)的主要源頭,所以應(yīng)針對(duì)不同的問(wèn)題找出合理的解決方案。在 WLAN大環(huán)境建設(shè)的過(guò)程中,存在的安全隱患和信息安全問(wèn)題都是必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題。此外,如何有效地解決故障節(jié)點(diǎn)恢復(fù)正常通信的問(wèn)題,也是值得深入研究的問(wèn)題。

(5)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,利用基于圖像的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢測(cè)技術(shù),及時(shí)、客觀地獲取害蟲(chóng)狀態(tài),降低損失,已越來(lái)越受到人們的重視?；跀?shù)據(jù)存儲(chǔ)的傳感云農(nóng)業(yè)研究,用戶不能直接掌控上傳的數(shù)據(jù),在云端環(huán)境下,通過(guò)有效監(jiān)測(cè)用戶才能夠授權(quán)訪問(wèn),體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可用性。在災(zāi)難來(lái)臨時(shí),會(huì)有相應(yīng)的措施進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。美國(guó)加州 Climate Corporation公司利用農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù),采集了大量的氣候數(shù)據(jù)、土壤檢測(cè)數(shù)據(jù)和農(nóng)作物根部檢測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,為人們提供對(duì)自然災(zāi)害的有力預(yù)測(cè)和作物生長(zhǎng)的良好建議。

7 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式隨著云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)生巨大的變化,通過(guò)結(jié)合云計(jì)算和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),不僅降低了底層無(wú)線傳感網(wǎng)的能量損耗,同時(shí)也加快了數(shù)據(jù)和信息的快速獲取以及處理能力,受到業(yè)界越來(lái)越多研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。在未來(lái)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中,結(jié)合傳感云和5G等通信技術(shù),將能夠大大緩解云服務(wù)中心與底層基礎(chǔ)設(shè)施之間存在的通信問(wèn)題,提高設(shè)備的通信以及存儲(chǔ)等能力。雖然目前關(guān)于傳感云和傳感云農(nóng)業(yè)的研究探索仍然比較少,但綜合傳感云系統(tǒng)存在的巨大優(yōu)勢(shì),在未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷程中值得我們進(jìn)行更多的研究與探索。