《智慧农业关键技术与装备》课件-第09章 农业信息传输技术概述

《智慧农业关键技术与装备》第九章农业信息传输技术概论机电工程学院目录Content农业信息传输基本概念农业信息传输技术内容农业信息传输技术体系框架0102033第九章农业信息传输技术概论9.1农业信息传输基本概念9.1农业信息传输基本概念标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

农业信息传输技术主要指"信息采集终端—数据（信息）中心—信息服务终端"或者"信息采集终端—信息服务终端"之间的传输技术。光纤传输和无线移动通信技术是农业物联网领域未来一段时期内最重要的两种传输技术。光纤传输将以其高带宽和高可靠性成为未来信息高速公路的主干传输手段；移动通信则以其高度的灵活性、机动性将成为信息社会人们普遍采用的通信形式，进而可以与光纤通信、卫星通信相结合。5第九章农业信息传输技术概论9.2农业信息传输技术内容9.2农业信息传输技术内容标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

农业信息传输方式按照传输介质分类可以分为有线通信和无线通信。有线传输适合于测量点位置固定、长期连续监测的场合。虽然有线传输速率明显高于无线传输速率，但是有线传输方式接入点形式单一，仅可以与固定终端设备及控制端服务器相连，控制过程单一呆板，如需要在现场进行数据查勘则无法实现，有线传输扩展性较弱，如果原有布线所预留的端口不够用，增加新用户就会遇到重新布置线缆繁琐、施工周期长等麻烦。有线施工难度高，埋设电缆需挖坑铺管，布线时要穿线排，还有穿墙过壁及许多不明因素（如停电、水）等问题使施工难度大大增加。9.2农业信息传输技术内容标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

无线通信技术的主要优势在于：对于移动测量或距离很远的野外测量，采用无线方式可以很好地实现并节省大量的费用。目前的无线网络可以把分布在数千米范围内不同位置的通信设备连在一起，实现相互通信和网络资源共享。无线传输技术较不易受到地域和人为因素的影响。无线传输中广域网的远程传输主要依靠大型基站及卫星通信，抗干扰能力强，稳定性比有线通信更强。虽然在恶劣气候和极特殊地貌中传输能力可能降低，但属于极少数个例。无线通信的接入方式灵活。在无线信号覆盖的范围内，可以使用不同种类的通信设备进行无缝接入，例如手持掌上电脑PDA、无线终端设备、车载终端设备、手机、无线上网笔记本、远端服务器等。8第九章农业信息传输技术概论9.2.1农田信息无线传输技术9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

1.蓝牙技术蓝牙是一种短距离无线通信规范，其标准为IEEE802.15，在2.4GHz频带工作，传输范围为10~100m，传输速度可以达到1Mbps。农业信息传输中能够通过蓝牙无线通道实现与采集模块的数据通信。几个蓝牙设备可以连接成一个微微网（Piconet），其中只有一个主设备，其余的均为从设备，一个主设备最多只能同时支持7个从设备。2.ZigBee和RFID技术在短距离无线通信方式中，ZigBece和RFID虽然起步较晚，但却发展迅速，在农田信息传输中也得到了越来越多的应用。ZigBee技术是一种最近发展起来的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，其工作频带范围是21400-214835GHz，采用IEEE80211514规范要求的直接序列扩频方式，数据速率达250kB/s。目前ZigBee技术已普遍应用于农业中，可以选用ZigBee芯片和单片机组成低成本的无线农业传感器信息传输模块。在ZigBee无线网络中各种农业传感器通过无线传输模块与主机系统进行通信，同时主机也可提供决策支持和进行数据库管理。RFID技术前面已经介绍过，目前除了用于农业物流识别、农产品溯源技术和畜禽养殖中的个体识别之外，也开始应用于湿度、光照、温度和振动等无线标签式传感器之中，为农田数据的传输又提供了一种新的手段。9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

2.ZigBee和RFID技术RFID技术前面已经介绍过，目前除了用于农业物流识别、农产品溯源技术和畜禽养殖中的个体识别之外，也开始应用于湿度、光照、温度和振动等无线标签式传感器之中，为农田数据的传输又提供了一种新的手段。9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

3.蜂窝无线通信技术GSM/GPRSGPRS基本概念通用无线分组业务（generalpacketradioservice，GPRS）是一种基于GSM系统的无线分组交换技术。GPRS经常被描述成"2.5G"，即这项技术介于第二代（2G）和第三代（3G）移动通信技术之间，它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS通信一般覆盖范围大、传输速率快、需要的登录接入等待时间较短、能够提供实时在线功能及仅按数据流量收费，并且可以实现数据的分组发送和接收。9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

4.WIFI通信技术WIFI（wirelessfidelity），又称为IEEE802.1lb标准，它是一种可以将个人计算机和手持设备（如iPad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbit/s，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种IEEE802.11DSSS设备兼容。IEEE802.11b无线网络规范是在IEEE802.11a网络规范基础上发展起来的，最高带宽为11Mbits，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbit/s、2Mbit/s和IMbit/s，带宽的自动调整有效地保障了网络的稳定性和可靠性。在开放性区域，通信距离可达305m;在封闭性区域，通信距离为76～122m，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

5.4G、5G通信技术

3G与4G的比较:1）技术指标方面3G提供了高速数据，在图像传输上，其静止传输速率达到2Mbp，高速移动时的传输速率达到114kbp，慢速移动时的传输速率达到384kbp，带宽可以达到5MHz以上UMT采用WCDMA技术，利用正教码区分用户，有FDD和TDD两种双工方式。4G数据传输速率从2Mbp到100Mpb;容量达到第3代系统的5～10倍，传输质量相当于甚至优于第3代系统。广带局域网应能与宽带综合业务数据网（B-ISDN）和异步传送模式（ATM）兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网;条件相同时小区覆盖范围等于或大于第3代系统;具有不同速率间的自动切换能力，以保证通信质量;网络的每比特成本要比第3代低。9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

5.4G、5G通信技术

3G与4G的比较:2）技术方面3G的关键技术是CDMA技术，而4G采用的是OFDM技术。OFDM可以提高频谱利用率，能够克服CDMA在支持高速率数据传输时信号间干扰增大的问题；在软件无线电方面，4G对3G中的软件无线电技术进行升级，满足4G中无线接入多样化要求，使得3G中无线接入标准不统一的问题得以解决。同时在4G中，实现软切换和硬切换相结合，对3G中的软件无线电基础上通过增加相应的硬件模块，对相应的软件进行升级使它们最终都融合到一起，成为一个统一的标准，实现各种需求的功能；3G网络采用的主要是蜂窝组网，4G采用全数字全IP技术，支持分组交换，将WLAN、Bluetooth等局域网融入广域网中。在4G中提高智能天线的处理速度和效率。在TD-SCDMA采用智能天线的基础上，对相关的软件和算法加以升级，增加一些接口协议来满足4G的要求；4G系统也使用了许多新技术，包括超链接和特定无线网络技术、动态自适应网络技术、智能频谱动态分配技术及软件无线电技术等；在功率控制上，4G比3G要求更加严格，其目的是为了满足高速通信的要求。不仅频率资源限制移动用户信号的传输速率，而且基站和终端的发射功率也限制了用户信号的传输速率。在3G中，采用切换技术来减少对其他小区的干扰，提高话音质量，不过在4G中，切换技术的应用更加广阔，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

5.4G、5G通信技术

3G与4G的比较:3）速度方面国际通信联盟通信委员会的最新研究显示，在使用同样数量频谱（在客户手机与互联网之间传送信息的无线电波）的情况下，下一代移动技术的数据传输能力将是现有3G技术的2倍以上。传输能力的增强对满足英国迅速增加的移动数据流量来说至关重要，而移动数据流量的增加主要受智能手机和移动宽带数据服务（如流媒体、电子件、信息服务、地图服务和社交网络等）增长的带动。9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

6.5G通信技术

5G技术的特征：1）数据流量增长1000倍业界预测10年以后，全球移动数据流量将成为2010年流量的1000倍。因此，5G单位面积的吞吐能力，尤其忙碌状态下吞吐能力也要求提升1000倍，使吞吐量至少达到100Gb/（s-km²）以上。2）联网设备数目扩大100倍随着物联网和智能终端的快速发展，预计2020年后，联网的设备数目将达到500亿～1000亿部。未来的5G网络单位覆盖面积内支持的设备数目也将大大增加，相当于目前的4G网络增长100倍，一些特殊方面的应用上，单位面积内通过5G联网的设备数目将达到100万个km²。3）峰值速率至少10Gb/s面向2020年的5G网络，相对于4G网络，其峰值速率需要提升10倍，即达到10Gb/s的速率，特殊场景下，用户的单链路速率要求达到10Gb/s。9.2.1农田信息无线传输技术标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

6.5G通信技术

5G技术的特征：4）用户可获得速率达到10Mb/，特殊用户需求达到100Mb/s未来SG网络，在绝大多数的条件下，任何用户一般都能够获得10Mb/s以上的速率，对于一些有特殊需求的业务，如急救车内高清医疗图像传输服务等将获得高达100Mb/s的速率。5）时延短和可靠性高2020年的5G网络，要满足用户随时随地地在线体验服务，并满足诸如应急通信、工业信息系统等更多高价值场景的需求。因此，要求进一步控制和降低用户的时延，相当于时延比4G网络要降低5～10倍。对于关系人类生命、重大财产安全的业务，端到端服务可靠性也需提升到99.99%以上。6）频谱利用率高由于5G网络的用户规模大、业务量多、流量高，对频率的需求量大，要通过应用演进及频率倍增或压缩等创新技术来提升频率利用率。相对于4G网络，5G的平均频谱效率需要5～10倍的提升，才能解决大流量带来的频谱资源短缺问题。7）网络耗能低低碳环保、节资省能是未来通信技术的发展趋势，未来的5G网络，充分利用端到端的节能设计，使网络综合能耗效率提高1000倍，相应得满足1000倍流量的要求，但能耗要与现有网络保持相当的水平。18第九章农业信息传输技术概论9.3农业信息传输技术体系框架9.3农田信息无线传输体系框架标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

农业信息传输系统是一个复杂的系统，其中包括信息采集中短距离信息传输、信息采集后长距离信息传输和信息接收后信息传播部分，大多数的传感网应用仅仅是孤立应用系统，相互之间没有关联和交互。要想真正达到物联网确定的最终目标，就必须实现和电信网的融合，打破这种孤立的形态，形成新一代物联网，如图9.1所示。9.3农田信息无线传输体系框架标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

从实现上来讲，信息采集中短距离信息传输部分主要是现场监控及通信模块，信息采集后长距离信息传输部分主要是指GPRS/GSM网络及有线网络组成的通信网，信息接收后信息传播部分主要是远程信息服务模块（见图9.2）。该系统将实现农业信息参数的自动信息采集节点、无线数据传输，可以使人们随时随地精确获取农业参数信息，例如农田大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度等。它将具有功耗低、成本低廉、鲁棒性好、扩展灵活等优点。小结标题内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字内容文字

传统的信息传输技术基本上是靠有线传输，有线传输也有其自身的独特优势。过去很长一段时间，信息传输技术的基础设施都是以有线传输为主，并且有线传输方式适合于测量点位置固定、长期连续监测的场合;有线传输在稳定性及抗干扰能力有其独特的优势;有线传输速率明显高于无线传输速率，有线传输广泛应用于视频音频的传输，而无线传输方式大多局限于数字信号传输。在农业物联网信息传输过程中，Zi