唐珂:国外农业物联网技术发展及对我国的启示

  (二)近距离无线传感网络实现路由算法动态化

  无线传感网节点一般由处理器、无线传输、传感器和电源模块等单元组成。节点芯片方面,国外产品普遍采用通用超大规模集成电路片上系统(SoC),构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。而Berkeley2003年发布Spec传感网节点,将8位处理器、900MHZ无线发射器、3kRAM、通信、8位模数转换器、温度传感器和TinyOS操作系统全部集成在一个2mm×2.5mm的CMOS芯片中,实现了传感、计算和通讯功能。

  ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

  无线传感器网络技术集传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术、嵌人式计算技术和分布式信息处理技术于一体,具有易于布置、灵活通信、低功耗、低成本等特点,将其应用于农业环境监测领域已成为目前无线传感器网络的研究热点之一。

  近年来,由于嵌入式计算技术、网络通信技术、节点节能等技术的发展,也给无线传感器网络技术带来了历史性的变革。1993年美国加州洛杉矶分校(UCLA)与罗克韦尔科学中心合作成立了“继承的无线网络传感器”(WINS)计划,该计划的主要目的是在现有的无线传感节点基础上,增加低功率电子技术和MEMS技术,在大大降低无线传感器节点能耗的同时提高了无线传感节点的测量精度。1999年,美国加州大学伯克利分校的简·M·罗贝开始了PicoRadio计划,以支持“由自成体系、中等尺度、低成本、低能耗的传感和监视节点组成Ad hoc(点对点)形式的无线网络”的需要。美国、日本、以色列等国家一直致力于使得传输节点的集成化与小型化、网络的动态自组织、信息的分布式处理与管理的发展。

  三、农业物联网智能处理技术取得重要进展

  农业物联网智能处理技术对数据进行预处理、存储、索引、查询、智能分析计算。主要技术包括大数据处理技术、数据挖掘技术、预测预警技术、人工智能技术等。在世界范围内已经得到了广泛的研究。

  (一)流数据实时处理技术在农业物联网得到广泛应用

  由于各种传感器等新型物联网设备的普及使用,大数据呈快速爆发之势,根据IDC(International Data Corporation)预测,到2020年,预计全球所管理的数据将达到35ZB。世界各国积极投入大数据潮流,2012年3月美国发布“大数据研发计划”,基于大数据推动科研和创新,随后英国、日本、德国、加拿大等国纷纷仿效推出了大数据应用相关的战略研究。随着气象灾害、生物基因以及资源环境等大量非结构化和半结构化数据的急剧爆发,农业领域也进人了大数据时代。而要从体量巨大、种类多样的农业大数据中去粗取精、去伪存真传统的存储和计算很难做到,所以大数据的处理分析迫切需要从处理结构化数据向处理非结构化数据、从处理单一数据集向迭代增长数据集、从批处理向流处理、从集中式分析向分布式分析、从验证性分析向探索性分析转变。

  由于物联网传感器具备小时不间断监测的特点,每个传感器都会产生大量的数据,因此物联网技术的应用将会产生大量的不间断数据流。对这些数据进行有效和高效的管理成为后续数据智能分析、数据应用服务的重要前提。在大数据处理技术上,美国巳经进行了大量的研究工作。美国政府将大数据处理技术作为战略性技术进行大力发展,结合政府、科研机构和非政府组织的力量进行大数据处理技术研究。公司开发了大数据平台,可以有效地进行数据管理,高效整合管理不同的数据类型,实现大数据环境下的数据流计算、数据仓库和信息整合。其开发的Infosphere Stream系统支持连续分析海量流数据,帮助用户快速获取、分析和关联多个实时源的数据,实现数据处理的快速响应,集成应用程序,支持结构化和非结构化数据源;IBM Infosphere Warehouse提供了一个综合数据仓库平台,支持实时访问结构化和非结构化的数据。

  (二)分布式数据处理技术得到快速发展

  近年来,以色列在存储研究方面取得了一定的进展。以色列存储和数据保护厂商CTERA Networks研究了集成存储服务网络附加存储的存储设备和方法,涉及一个网络附加存储设备,用来执行基于存储服务的网络附加存储操作。该设备包含至少一个网络控制器用于局域网客户端的通信,并且通过广域网来使用存储服务;一套本地数据存储设备;一个至少在本地存储设备中存储的数据和存储在存储服务数据的同步存储服务模型;和一个使客户端运行在使用文件共享协议设备上的基于文件操作的处理器。该存储器可以有效地解决农业物联网数据存储的问题。