畜禽物联网理论、技术及应用PPT 第1章 畜禽物联网概述

畜禽物联网概述第1章1.1畜禽物联网的概念1.2畜禽物联网网络架构 1.3畜禽物联网关键技术 1.4畜禽物联网的主要应用场景 1.5畜禽物联网相关政策 1.6畜禽物联网安全

1.6.1畜禽物联网安全问题

1.6.2畜禽物联网安全关键技术

1.1畜禽物联网的概念1.物联网物联网（InternetofThings，IoT）这一概念由美国麻省理工学院的KevinAshton教授于1999年提出，最初是指基于射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）技术的物流网络，后来逐渐演变为一种涵盖信息感知、传输、处理和应用的跨领域、跨学科的综合性技术体系。2.畜禽物联网畜禽物联网指将物联网应用于畜禽业领域，包括畜禽养殖、养殖设备管理、畜产品加工、畜产品流通以及销售管理等所有环节，集信息感知、无线传输、智能处理、预警发布、决策支持、远程自动控制等功能于一体。通过传感器感知、无线视频监控、北斗/GPS定位、区块链、人工智能、云平台大数据等方式获取与养殖环境、畜禽生长状况、养殖设备运行、畜产品加工、畜产品流通等相关的信息；以无线传感网络、移动通信网络等作为信息传输通道完成对信息的可靠传输；数据经融合处理得出后，依据数据处理结果在终端管理平台对环境、畜禽、设备、畜产品等进行科学管理，推动畜禽生产科学化、生产设备智能化、技术操作自动化、管理决策信息化，进而实现畜禽业优质、高产、高效、安全的发展目标。1.2畜禽物联网网络架构畜禽物联网网络架构如图1-1所示，它包含感知层、传输层、处理层和应用层。感知层利用传感器、摄像头、RFID、北斗/GPS、RS、二维码等技术采集畜禽养殖场景的各种信息，包括环境条件、畜禽体征和产品状态。传输层通过网络基础设施实现感知层数据向处理层的传递，利用ZigBee、Wi-Fi、RFID、蓝牙等进行近距离传输，而GPRS、LoRa、4G、5G等用于远距离传输。处理层接收数据进行存储和分析，运用云计算、数据挖掘和视觉信息处理等关键技术，以满足应用层各种需求。应用层直接服务终端用户，构建环境监测、畜禽养殖、疾病诊断、畜产品溯源等具体应用服务系统，为畜禽产业提供全方位支持。1.2畜禽物联网网络架构图1-1畜禽物联网网络架构1.3畜禽物联网关键技术1.感知技术信息感知是实现畜禽物联网智能信息化的基石。通过传感器、无线视频监控、红外探测、北斗/GPS等技术，建立监控网络，收集畜禽养殖环境和生长信息，为信息传输、处理和应用提供原始数据，准确反映畜禽生产情况。2.通信及网络融合技术畜禽物联网利用通信和网络融合技术，实现多源异构数据的实时传输，确保传输过程不受干扰，为进行智能化分析打下基础。短距离无线通信技术（如WLAN、ZigBee、RFID和蓝牙）以及广域网通信技术（如4G/5G移动通信、卫星通信）共同将信息传输到远程服务器。网络融合技术根据实际应用情况，采用灵活有效的组网方式，确保不同类型网络的顺畅融合。3.信息处理技术畜禽物联网数据具有多源异构、跨平台和跨系统等特点，传统技术难以处理这些数据。云计算、数据挖掘、优化算法和机器学习等技术为畜禽物联网数据处理提供支持。通过智能处理和分析海量数据，最终构建应用系统，满足畜禽生产管理的需求。1.4畜禽物联网的主要应用场景畜禽物联网是现代化畜禽业发展的重要支撑，能为解决畜禽业痛点提供动力，为畜禽业打造增值空间。畜禽物联网的主要应用场景包括：（1）环境监测使用各类传感器监测畜禽养殖环境，实时获取温度、湿度、CO2、NH3、H2S和PM2.5等参数。通过无线或有线网络传送数据到处理中心，分析畜禽与环境关系，为调整养殖环境提供依据。（2）设备智能控制基于传感器采集的环境和畜禽信息，系统自动发送指令给环境调节设备和饲喂设备，创造适宜畜禽生长的条件，增加养殖量、调整生长周期、降低人工成本。（3）生长监测通过传感器、红外探测器和摄像头等监测设备，实时监测畜禽的生命体征和行为状态。数据和视频在系统管理平台显示，供养殖人员调整养殖环境，满足畜禽生长需求。根据畜禽的实际情况，调整养殖方式、管理程序，实现标准化养殖。（4）个体编码标识使用RFID芯片对畜禽个体进行编码标识，将相关信息写入芯片中，包括畜主信息、生理特征、养殖和免疫记录等。养殖人员通过无线手持终端读取RFID芯片信息，实现对个体的精准管理，也可投入畜产品溯源系统，实现畜产品质量安全溯源。国内企业已自主生产RFID芯片，打破了进口垄断，降低了使用成本。1.4畜禽物联网的主要应用场景（5）异常报警物联网管理平台与传感器和环境调节设备连接，当传感器数据超过设定范围，预警系统通过短信或邮件发送报警，提醒养殖人员及时发现异常，分析原因并采取处理。系统还可根据报警信息智能控制环境设备，调整养殖环境。（6）数据分析与预算物联网系统实时采集畜禽养殖过程数据，包括环境参数、生长情况、成本等，自动处理、分析和预算，生成直观的图表和报告。这些数据为环境调整、饲料和种源选择提供参考。专家诊断系统通过感知设备分析畜禽生理状况，提供健康问题的判断和处理建议。（7）畜产品溯源利用物联网技术对畜产品进行独立标识，监控产业链每个环节，形成双向质量追溯体系。消费者通过扫描溯源码或查询网站获取畜产品详细信息，监管部门和生产企业也可使用这种方式获取溯源服务，确保畜产品质量安全。1.5畜禽物联网相关政策2020年9月，国务院办公厅发布了《关于促进畜禽业高质量发展的意见》。文件中提出要提升畜禽业信息化水平，应用大数据、人工智能、云计算、物联网、移动互联网等技术，智能化养殖环境调控、畜禽精准饲喂、疫病监测、畜产品追溯、市场动态跟踪等方面。同时，加强畜禽业信息资源整合，推进养殖档案电子化和全产业链信息化闭环管理，支持第三方机构以信息数据为基础提供技术、营销、金融等服务。早在2010年，国家商务部在十个地区进行了肉类蔬菜流通追溯体系建设试点，并颁布了《全国肉类蔬菜流通追溯体系建设规范（试行）》。文件推动了肉类蔬菜流通追溯体系试点建设，明确了试点工作任务和要求，规范了建设目标、基本原则、总体框架、追溯流程等方面的内容。其主要内容包括：1.建设目标在法规标准范围内和发展现代流通方式的基础上，凭借信息技术手段建设肉类蔬菜流通追溯体系。该追溯体系以中央、省、市三级核心追溯管理平台连接生猪屠宰、批发、零售、消费各环节的追溯系统，重点保障追溯链条的完整性，实现肉类蔬菜来源、去向及责任主体的可追溯，让政府、行业、消费者共同参与食品安全保障过程。2.基本原则肉类蔬菜流通追溯体系建设基本原则涉及技术标准、技术模式、交易流程、目标制定四个方面。（1）技术标准。规范要求全部追溯体系建设试点城市应遵循商务部制定的统一标准，在追溯采集指标、编码规则、传输格式、接口规范、追溯规程五个方面保持一致，为信息互联互通提供保障。（2）技术模式。综合考虑技术成熟度和成本控制难度，主要以IC卡作为追溯信息传递载体，实现各流通节点的信息关联。同时鼓励各地区结合其实际条件，探索多元化的信息采集及传递模式，如RFID、CPU卡、条码等，形成符合个体情况的信息化解决方案。1.5畜禽物联网相关政策（3）交易流程。推进交易流程信息化，如实行电子化结算，推行索证索票、购销台账制度的电子化，建立法规制度加强对市场主体的管理，经营者提高经营管理自律水平，为行业管理和执法监管提供支撑。（4）目标制定。以升级追溯技术、扩大追溯体系覆盖面为主要目标，在现阶段的追溯体系建设过程中构建合理的技术架构，预留技术升级空间，同时加快发展现代流通方式，将流通环节一并纳入追溯体系。3.总体框架整个肉类蔬菜流通追溯体系包含生猪来源、生猪屠宰、肉菜批发、肉菜零售、肉菜消费环节追溯子系统，城市追溯管理平台，省级追溯管理平台（视实际情况建设），中央追溯管理平台，追溯信息逐级传递。肉类蔬菜追溯体系总体架构如图1-2所示。图1-2肉类蔬菜追溯体系总体架构（1）中央追溯管理平台。中央追溯管理平台作为追溯体系运行指挥调度中心、试点城市间的信息交换中心和全国追溯信息集中管理中心，发挥全国流通节点主体信息汇总、各试点城市追溯信息汇总、试点城市管理考核、全国追溯信息综合分析利用、公共信息服务提供的功能。（2）省级追溯管理平台。省级追溯管理平台负责监控本省试点城市追溯体系运行情况，承担全省追溯数据汇总、相关数据开发利用、城市监督考核的功能。该平台建设与否取决于省内追溯体系建设城市数量和实际工作需求。（3）城市追溯管理平台。城市追溯管理平台作为城市追溯信息的集中管理中心和追溯体系运行控制中心，与中央、省级追溯管理平台以及各流通节点追溯子系统互联互通，具备汇总全市流通节点主体信息、汇总全市追溯信息、支持应急事件快速处置、监控管理各流通节点、综合分析利用城市追溯信息、提供综合信息服务的功能。（4）流通节点追溯子系统。流通节点追溯子系统包含生猪屠宰环节追溯子系统、肉类蔬菜批发环节追溯子系统、肉类蔬菜零售环节追溯子系统、消费环节追溯子系统、“产销对接”核心企业追溯子系统，与城市追溯管理平台连接，发挥规范各个环节交易流程的作用。1.5畜禽物联网相关政策1.5畜禽物联网相关政策4.追溯流程（1）生猪屠宰环节追溯。该追溯环节以移动式或固定式追溯信息读写机具作为信息录入设备，覆盖生猪进厂、屠宰、检疫、检验、肉品出厂等重要环节。（2）肉类蔬菜批发环节追溯。该追溯环节以移动式追溯信息读写机具为录入设备，以智能溯源秤或标签电子秤作为输出设备，覆盖肉类蔬菜进场、监测、交易、结算等关键环节。（3）肉类蔬菜零售环节追溯。该追溯环节以智能溯源秤或标签电子秤作为信息对称控制手段，包含入场摊户备案、肉类蔬菜入场确认、肉类蔬菜检测登记、肉类蔬菜交易打单、信息传送等环节。（4）消费环节追溯。该环节主要承担消费者信息查询和团体消费管理功能，消费者信息查询通过在零售市场安装专用查询终端，开通短信、互联网、热线电话等查询通道得以实现；团体消费管理的核心是进货验收。（5）“产销对接”核心企业追溯。“产销对接”核心企业主要指全产业链企业、配送企业等，按照统一技术标准，采集肉类蔬菜流通信息，按要求在规定时间内传送至城市追溯管理平台。1.6畜禽物联网安全1.6.1畜禽物联网安全问题物联网在畜禽业中涉及多种智能终端，用于实现畜禽间的通信。畜禽物联网的安全基于整体架构，涉及感知层、传输层和应用层的安全保障。具体包括确保实体设备的安全、维护信息传输和网络融合的稳定性、保障信息的完整性和机密性，以及保持应用系统的可靠性和容错性。1.感知层的安全物联网信息采集是信息应用的前提，畜禽物联网通过感知设备如传感器、摄像头、RFID、GPS等收集外界信息。这些设备以多源异构、相互独立而相互关联的节点形式广泛部署，功能相对单一，能量有限，缺乏防护体系，易受攻击。为保障感知节点免受外界攻击，需要建立安全防护机制。同时，在自组网内部的信息传输也需要设立标准以确保安全。在设备的物理安全方面，需防止设备被畜禽破坏、受电磁干扰、腐蚀，提高环境可靠性，防盗和防人为破坏。1.6畜禽物联网安全2.传输层的安全传输网络正常进行信息传输是实现数据处理和应用的前提。虽然安全防护机制提高了传输网络的安全性，但可能面临分布式拒绝服务攻击（DDoS）和数据流失等问题，特别是在畜禽物联网规模和集群部署方式的影响下。不同网络架构之间的信息传递可能涉及协议转换、跨网认证等安全问题。此外，传输层还可能受到非法接入、数据窃取和病毒入侵等威胁。3.应用层的安全畜禽物联网应用层直接服务终端用户，负责分析、处理接收到的信息，并进行决策和应用。在应用层安全方面，关键是确保数据库内的数据安全。这包括设置严格的访问权限以保护共享数据、保障登录系统用户隐私信息安全、完善系统认证机制以强化对身份认证的审核和控制，以及保护应用系统及软件的知识产权免受侵犯。1.6畜禽物联网安全1.6.2畜禽物联网安全关键技术1.认证技术在畜禽物联网中，身份和消息是关键认证内容。身份认证主要在感知层和应用层进行，是维护信息安全的首要防线，也是应用层安全的基础。通常使用特定信息、物品或生物特征进行身份认证，确保访问者具有可对应的物理身份和数字身份，为终端用户安全接入提供保障，防范非法访问。为防止消息在传输中被伪造、篡改，保护通信双方免受攻击，需要进行消息认证。消息认证通常通过消息加密函数、消息认证码（MAC）或散列函数实现，其中基于散列函数的方式广泛应用且效果理想。通过散列函数将原始消息转换成唯一对应的消息摘要，接收消息时验证两者是否对应，以判断消息是否被破坏。消息摘要的生成和验证能有效鉴别消息的完整性和真实性，从而防范攻击。1.6畜禽物联网安全2.加密技术数据加密是信息转换的过程，通过加密使数据失去可识读性，解密则还原数据的意义，整个过程由密钥控制。加密技术主要有对称加密和非对称加密。对称加