基于SDH光通信中MSTP接入技術在農業物聯網網絡層應用分析

曾輝 卓輝

摘要：在網絡通信中利用光通信網絡能夠提供更高帶寬，進而可以實現農業信息與資源超遠距離傳輸，并使得農業物聯網應用得到延伸。此外，在網絡傳輸層中運用SDH技術，能滿足承載當前龐大農業數據資源的構建，在整合了各種農業信息、海量農業資源數據和MSTP接入傳輸基礎上形成了大型的多業務平臺傳遞農業物聯網，即農業信息傳輸要求不再受時間和空間約束，這將對加速農業物聯網的發展起到重要促進作用。

關鍵詞：農業物聯網;SDH技術;多業務傳送平臺;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，主要從事光網絡傳輸在農業工程方面的研究。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業物聯網上應用方面的研究。E-mail：zhuohuitxh@163.com。

1 農業物聯網國內外發展現狀

近年來隨著信息網絡技術的快速發展，物聯網在農業各個領域也得到了廣泛應用，其中在農業資源信息利用[1-4]、農業精準作業[5-7]、農產品安全溯源與實時監管等方面應用已取得了突破性進展和階段性成果，并且帶動了與農業事務、農產品有關的服務產業和新興農產品龍頭企業的快速發展。例如，在農業資源信息利用層面上，歐美等農業發達國家利用全球地理定位系統對當前土地資源利用狀況進行智能分析、系統決策及有效整合，做到了對農業土地有針對性地規劃和開發[8-9]。與此同時，在我國也利用3S技術，對大面積農業數據資源進行有效采集和分析，有力地推動了農業物聯網的發展。此外，在對精準農業生產與管理上，澳大利亞、歐美等發達國家在針對大面積農作物生產上實現點到點精準作業，實現了對農作物氣候環境及時監測、農藥施肥灌溉劑量與比例上進行合理分配與控制[10]，而我國在田間環境土壤信息獲取[11-12]、農田作物產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，在農產品安全溯源領域，日本等發達國家對農產品產前、產中、產后信息溯源開發（如蘋果的營養成分、甜度等進行等級劃分價格以此實現農產品的利潤最大化），同時我國也在加強農產品安全為目標的溯源系統建設與開發（例如蔬菜追溯體系[15-17]，豬肉質量安全溯源體系[18-19]，茶葉追溯編碼體系[20-21]），進而保障農產品需求用戶的消費權益[22]。

2 SDH技術在農業物聯網網絡層應用

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

3 SDH中MSTP接入技術在農業物聯網網絡層

雖然SDH技術在農業物聯網中農業數據大量存儲、標準接口等對農業物聯網在數據采集、篩選、分析，管理等過程起到重要作用，但是有效利用SDH中MSTP接入技術對多業務平臺農業數據傳送成為解決海量數據在農業物聯網網絡傳輸層研究熱點。由于近年來3S技術在農業事務應用權重不斷上升，導致農業物聯網產生一次新的變革。同時MSTP技術由原來支持固定封裝單一農業數據業務向兼容多元化業務自動交換管理（ASON）網絡發展（圖3）。ASON傳輸面對日常監測農業信息設備性能進行實時分析與管理，同時又在傳統網管基礎上進行了功能擴充。ASON控制面通過標準接口

（用戶網絡接口/ASON控制節點接口）與信令鏈路相結合方式實現對農業物聯網分布式控制，增加了許多智能管理模塊，如農作物采集數據自動統計、動態特性變化、保護農業物聯網恢復等，進而大大縮短了農業物聯網業務的時間，保證能夠實時地提供滿足動態的多元化、多等級農產品。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字化數據、語音和視頻信號等業務進行傳輸的，但是由于SDH設備中交換級總的數據交換能力有限，因而無法滿足處理超大型容量農業數據業務。而在SDH中引進MSTP技術可突破隨著海量數據增加對背板帶寬的限制，這種兼容且靈活的系統架構，對適應未來農業物聯網海量數據的增加起到了非常重要的作用，尤其在大容量農業事務數據與信息業務的發展方面。最后，SDH中MSTP技術除繼承了原有SDH技術中的數據可靠性、高性能網絡監管、靈活組網等優點外，最突出的優點在于具有支持多業務承載能力、可兼容最新業務的承載。主要體現在：

第一，MSTP技術突破了當前農業物聯網在小范圍、短距離數據傳輸的弱點，可同時滿足TDM、ATM、以太網等農業數據業務的業務接入、處理、傳送，為農業物聯網中多信息、多等級、多成分農產品的識別與管理提高了統一的多個節點。

第二，MSTP技術實現了農業物聯網中農產品大宗交易市場與農產品生產基地信息即時且無縫對接。隨著農產品種類、價格、質量等數據多元化出現，農產品需求客戶不再滿足簡單的供應商到終端的服務，此時MSTP技術使得農產品交易市場-基地、終端客戶-基地、農產品供應商-供應商等對農產品價格、質量等需求更加透明。在農戶-客戶中，根據不同客戶對網絡帶寬的需求提供不同的帶寬，為其農產品在傳輸過程中提供了安全、可靠、共享、智能網管等各種需求。

第三，基于VLAN的方案已無法滿足當前農業物聯網中農產品終端-基地、基地-基地對于數據安全可靠性、帶寬傳送等需求，而SDH中MSTP技術提供了一個組建農業數據專網的解決方案。根據客戶的帶寬需求，提供不同的虛擬專用網（VPN），而有了每一個VPN帶寬的保證。對不同農業物聯網中不同用戶提供不同帶寬，實現帶寬共享，提高了帶寬利用率，實現了農業物聯網中多級農業數據業務調度與接入。

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

4 結束語

本研究分析了SDH的MSTP接入技術對農業物聯網網絡層多業務傳遞構建，旨在SDH技術基礎上對海量農業資源數據進行大容量存儲、高速傳輸，減少龐大農業數據冗余，提高農業物聯網中數據真實性、可靠性、安全性。進一步引入MSTP技術接入實現農業物聯網中多級業務實現高效率管理與智能分析、科學決策;從而完成農業從數據到信息，再到知識、智慧的演化，進而加速現代農業向智慧農業升級的步伐，這對提高農業生產力水平、促進人類可持續發展起到了至關重要的作用。

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