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基于认知无线电的农业物联网架构的研究

更新时间：2019-12-12 20:46:39 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：认知无线电农业物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

物联网是当今研究的一个热门技术,我国作为农业大国,在现代化大农业的发展中,物联网技术在智慧农业中得到很好的应用.认知无线电是一类智能无线通信技术,能够通过对周边环境的感知而发现空闲的可用频谱资源,从而提高频谱利用率.将农业物联网与认知无线电技术相结合,能够缓解农业物联网所面临的频谱资源紧张问题.分析了物联网频谱研究涉及的方面和频谱管理的现状,将认知无线电频谱感知技术应用到农业物联网环境中,研究基于认知的农业物联网的网络架构,提出了认知无线电技术在农业物联网中应用带来的挑战.

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智慧家庭与城市

UMART HOME&CITY

tllU。，Uall。，

【本文献信息】杜，富爽，杰，等．基于知无

的

物

网架构的研究[J]．

技

，2015，39(20)

基于知无

的物网架构的研究

1，富爽1，杰1，初洪娜2

杜

(1．黑江八一

大学信息技学院，黑江大 163319；2．大油田信息技公司北京分公司，北京100043)

摘要：物网是当今研究的一个

技

，我国作

是一智能无通信技，能

网与知无合，能

管理的状，将知无

网的网架构，提出了知无

网；知无

号：TN929 文献

大国，在代化大

的

展中，物网技在智慧

中得到

很好的用。知无

利用率。将

通

周

境的感知而

网所面

空

的可用

源

源，从而提高

物

技

相

解

物

的

。分析了物

网

物

研究涉及的方面和

感知技

用来的挑

用到

。

物

网

境中，研究基于知的

技

在

物

网中

；网架构；物物通信；

：A

关

中

：

物

源

分

志

DoI：10．16280／j．videoe．2015．20．008

Research on Network Infrastructure for Internet of

Based on

Radio

Cognitive

Things

Agriculture

1，XU Jie 1，CHU Hongna

Hon91，FU Shuang

163319．China；

(J．College ofinformation technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Heilon毋iang Daqing

2．Belling Branch，Daqing Oitf

Information Technology Company，Being 100043，China)

hot

for the

is wide·

agricultural country，lOT technology

Abstract：Internet

technology

research，as

Things(IOT)becomes

used in

for the

of modem _{agriculture．Cognitive}radio is

kind of

wireless

intelligent

intelligent agriculture

technology，which

development

commu-壁

and find

available idle

resources

nication

improve

the

environment，SO

spectrum

through

surrounding

radio

rate．The

the

IOT

and

the

utilization

combination of

alleviate

spectrum

Agricultural

technology

the囊

cognitive

resources of IOT

of the

and

research in

management

shoflage

trum

analyzed

agricultural．The spectrum

to IOT in

spectrum

IOT，spec-i

radio is

network architecture of lOT in

sensing technology

cognitive

applied

agricultural environment，the

agri一羹

cultural based on

radio is

for the

radio

IOT is

agriculture

cognitive

studied，the application challenge

cognitive

technology

ana一羹

磷

lyzed．

霉

words：Internet

resource

Key

things

agriculture；cognitive radio；networking infrastructure；machine-to— machine communication；蔓

specⅡ-um

，蓉

黧

√；．1

0一j鑫‘毒量薯ir÷堪

≥ 每：：d&商每蓼篝碡馥j篙

。髻受≥ 三蔓|毒多薅§舀霉’，一。。。站≥ 一．套i。威善j蠡。?。．。一

物

网(Internet ofThings，IOT)是

算机、互网与移

使用无

程控制

更好地控制作物的生

。物网在

感器网可以

取

作物生

物

境和信息，从而

网技用可以

通信网之后的世界信息

第3次浪潮。物网的出

很

通

到

田信息。

的

快得到极大的关注，成当前信息技

域的研究

。在

境，使之能更好地适作物的

物

网中，物与物之 (Machine— to— Machine，M2M)的通信不

生

的

用，是

代化展的重要

志”：。

需要或只需要小的人参与就可

。不同型的

(比如感器)能相互通信并交流数据信息，

种

型的物

在

用

程中，物网技

境，

面

并

着

多挑，需要无

物通信被

的不断展，物网已得到了广泛的用，比如在智能

家居、工、智慧城市、医、运网等方面。我国作

大国，物网在中的用也越来越广泛，通

是未来通信域中关的一部分。随着物

网

通信技感知周

源面

数据信息，将会

技

致

缺不足的

”J。了解决

知物网。种网是将

感知等技用到物

些

，

、

提出一种新的通信方式，称

知无 (Cognitive Radio)的

代

网

基金目：黑江省教育科学技研究目(12541583)；黑江省青年科学基金目(QC2015070)；黑江)k--

大学引博士科研启基金

(XYB2013-23)

投稿网址http：／／www．pvacn．comI《

技

》第39卷第20期( 第473期) 31

万方数据

智慧家庭与城市

MART HOME＆ClTY

嘎

中，在一定程度上解决物

知物网中，知无

境并利用尚未被利用的

存在两种系：授主系和次要的物物通信系。授

是指使用合法的授分配的源具有

的使用。次要的物物通信系是指未被授的具有

知功能的物物通信系，可以机会式的接人授主系不用

网

源需求

的

。

表l

物

网中RFID

的使用段

在

能使物体感知周

的

具体

段

源，在相同的率范内，通常

433．92 MHz±870 kHz

主

kHz

段

869．525 MHz±125

系

，

915 MHz±13 MHz

2．412

5 GHz±125 MHz

840～845 MHz

920～925 MHz

的空

源。

目前，国内外具有知功能的物网的研究文献少，

尤其是将知无

的

感知技

与

物网密

以物网技当前的展程度，将有越来越多的

景使用物网，将会生越来越多的智能端，

信，甚至会超目前人与人之的通信互。因此，

用

物物通

源

合，没有太多的理研究。此，本文的主要研究工作就是

一步深入研究

感知技

在

物

网中的使用，以及

了基于知的

基于

物

知

网

物

网的系架构，最后

的短缺将成

以

物

网

展

以克服的瓶卜“。

例，一个作物生

需要解决的几个方面，以后的一步研究提供

物

网的

用

境中布

借

。

几十个甚至上百个感器点，

些

感器需要通

无

方

到

式

接，同，感器点需要将采集到的数据信息上

物网的

源使用分析

聚

些

点，并根据程中央控制系

程无一不需要大量的

行相数据理操作。

源得以

在

物

网中，如 1所示，主要分

。具体地，感知包括温度感器、

感器和土壤成份感器等；

主要利用3G／4G、牙和WiFi等技的数据

信息的聚；主要是家通控系

作物生成情况，分析理相关数据，程系

网

构：

。

感知

、

感

和

用

物

网中有小流量的物物通信，比如

作物土壤

土壤湿度感器、

像

温湿度的感知，

占用高

高要求，

上

当前种植生

，且

境的信息数据，也有

的

控

像的

性和

性有

与

用

就

所使用的

段就无法

要求高，窄的

和存在

行

端

控

一定系

干

的

足

控

。

制操作，作物种植人也可通

程移

取相

知无

在

物网用可行

关数据。“。

性分析

用

前面

分析了物

网

用

技

程中

用在

源的需求，

网中，知

于此因素，考

将

知无

物

无

技

的出就是了解决当前部分源缺部分

浪的矛盾。除了源因素外，有以下几个方

源空

面是将知无

2．1海量智能

消除

技

与物网中的物物通信合的原因。

端

行物物通信

里

塞是将知无

网中，物物通信的主要挑是大量

感器点需要分布在整

用于物网中物物通信的

物

网3

与

网

构

最主要原因。在

物

在

物

网中，感知

与信息

最高的，也是占用最多的

网中感知的关

主要通

中，

无

智能端的急增加，大量的无

境中，作物生

的需求量也急增加，而知无

支持大模数据

源

，在信息

要求是

个

田

的

控和信息的

利用

，

。

技

源可以

Fre．

物

是射

(Radio

入物网，

源大

。

Identification，RFID)，RFID通

无

接

quency

2．2

能源

国

多

上RFID空中接口常用的超高 (UHF)

段

智能无

工作而不需要更

的物物通信来，通

是一种低成本、低功耗的装置，目的是

了

网

在ISM 段和移通信800／900 MHz 段p1，如表1

段存在大量的

重是物网使用ISM

将在一定程度上影响物网的性能和

池。在种情况下，于物

点的感和理，从而

所示。ISM 段是免授的公用段，在

化

能源

通信

主要

，不同系

的干

的

是非常重要的。而知无

是一种

色

能的技。在次

基于周境自适

网并不会造成有害的

，

要网中具有知功能的智能

能

数据的准确性。

地

整其

功率，同

保

授

《

技

》第39卷第20期( 第473期)l投稿网址hRp：／／www．pvacn．com

万方数据

智慧家庭与城市

UMART HOME&ClTY

臣

∥!

烹

干

。

种内在的感知和适性功能使知无

的成

未

式接入空

的

源，不能

网是知无

感知功能感知当前无

源，将感知告

授

网造成有害的干。

来无

系

的关

技

：

2中

知

物

网

与

物网的

2．3干

合。

知

点通

境中是否

知基站，

在物物通信中存在越来越密集的干，包括在ISM

内免授的内部无信号干，以及外部

磁干。物网中的物物通信会受的共存干

性能衰退。通利用知无重配置功能，智能无

快速切到不同的无模式，并因此可大大减少甚至避

段

的

致

存在空的可用

果

系

子

知基站通一定的信息融合判决准，做出最的当前

源使用情况，并将空网中

聚基站。在作物种植区域内，有各种感器将土壤的

而

的

源

送

物

的

能

温湿度等信息

作物生

送

聚

点，

程

有

聚

像机

当前

免与其他

或外部无

境的干

。

境

点将数据送到数据

存

服

器中，作物

家

数据的分析和理，作物

知

物网系

构

种植人也可以通

程智能

端

取

作物生

情

目前，关于

的分析，可以及

大棚温室控，可以

可以通智能端随

家分析数据出的建，用移

示了网的网架构，整个网由两

部分构成：授知功能的网。在

物

网

用的

展

目有很多：土壤成份

况，比如是否需要行灌等：

作物行灌和温度的控制；

土壤湿度数据；作物种植人

基于

物

网中感知

和

需要大量

源

的分析，感知

中

像

感器和土壤温湿度感器等

移

看

作物生信息数据，根据

施肥等控制。

需要

源完成

作物生成情况，

信息数据的

借助3G／

端

4G、牙或WiFi技

所使用的

，而无通信技

知

物

源出

情况。因此，基于知的

缺的

物

网

和

有

物

知

网架构一定程度上可以解决

源

。

物

网中，

源。

知

点与授

用

共存，并且机会式接人可

知无

在

物网用挑

用的

随着

与

物

中

网

目的不断用，有限的

源在感

授

网

知

得越来越乏，知尢

，利用感知技

源。然而，将知无

技

的出

可

可利用

网

以解决

的空

源浪的

技

与

物

合，在用中也会面

着

多

。

土壤温涮度

●●●1●●

●●●●●

知无

是近些年新的技

，

其的研究

于理

研究段，尚没有

用的研究。物

网

然已在很

技

l●●

多行得以用，但目前国内外很少有将知无

用到物网中的研究。此，

不是成本和效率等，而是如何

网架构，将具有知功能的点加入

境中。种方式然具有可行性，但需要在

网中布置新的知无

新的知网，需要在

网中的感器点上增加知功能，感器具有

l●

知

物

网

最大的挑

确

像机_

行

好的合。

出了

物

知

网

物

‘

知

．物

网

作物种植人

有的

网。

另一种方案就是不必

物

授

网

是指存的

无

有使用格的网，比如

感知

移

通信中

知网

得

牌照使用的3G和4G网

点通感知可以机会式的利用空

源具有先使用

是指按一定接入的用

商，从而享受相的移

端用，或者

运

商。尽

功能，自身感知周

种情况，需要

无

境，

空

源加以利用。

件加以修

管

中

知

有的感器硬件

和

的

源，但授

中，授

网

的

。

改：具有知功能的智能模

构如 3所示。

— — — — — — — — — ●— -— _— — — -— — — — — -— -— ●—

—

— — —

在授

网

用

允

，

晤瑙：

些用通常付

运

。比如，

㈣

蜂

用

移

网

中的移

广播网中的

。授

系

的基站主要是指授

网是指具有知无

网

中的中心控制点。

知

物

功能的

物

网，

与

它是将知无

的

感知技

知

与

物

网中感知

爵嘲

相

合的网

。

物

网只允以机会式的方

j、{

．。、+：，”．二一≥ ‘1：，7。z_{t-一?【pi

投稿网址http：／／www．pvacn．comI《

技

》第39卷第20期( 第473期) 33

万方数据

智慧家庭与城市

MART HOME&CITY

的智能模在媒介

控制模中能

听信道状

智能信息化会距离人越来越近。

参考文献：

[1]葛文杰，春江．

，并在信道空

可

数据。 3所示的具有知功能的

物

网研究与

用

状及

展

策研究

智能模在物理和数据

路

中包括了

决策模，在网

、参数重配置模和路由

感知模

、

[J]．

[2]戴起，曹静，凡燕，等．面向

机械学，2014，45(7)：222-230．

史和

括了

模

移

、

模

分析模

、

中包

代

施

用的物网技

，2012，28(5)：1173— 1180．

智江，刘韵异构架构下物划研究[J]．

模

。

模式

[J]．江

学

具有知功能的智能

源，以供

通

感知技

网中作物生情况

源，在分析之前，

有用的

[3]姚海

，

网

空

物

所

信技，2012(5)：81— 85．

需。了更准确地利用空

一步史和

源的使用情况以及

行

[4]丁么明，夏洪星．知无

在

物网中的用[J]．数学

可

合

模

的数据，根据史感知

源感知的精确性。最

的

践与

，2013，43(3)：103— 110．

，

[5]覃毅芳，沈，林涛，等．知网管理在物网中的用(英

文)[J]．中国通信，2011，8(1)：l一7．

根据

物

网中所需要行的

，

可用的

源。

internet of

Internet of

Guoru，XU Yuhua，et a1．Cognitive

[6]WU Qihui，DING

小

new

things：a

paradigm beyond connection[J]．IEEE

Journal，2014，l(2)：129— 143．

目前，物

用不断大，解决

展亟待解决的

网

源的需求越来越

源短缺的瓶

，随着物

，已

网

Things

A S

[7]MUNAM S，ZHANG J，CARSTEN M．Cognitive

radio networks

future[c]／／

的

制

成

影

for internet of and

things：applications，challenges

响物

物

网

。本文研究了基于知的

物网源需求的分析，将

Proe．the 19th International Conference on

ting．London，UK：[S．n．]，2013：l_6．

Automation&Compu—

网架构，通

技

知无

物

用于物物通信中，能在一定程度上当前

源提供建。尽管基于知的物网在

◇

网

任

：

雯

收稿日期：2015--05-15

中的

用

面

着巨大的挑，随着各种技的不断展，

(上接第13

)

他攻

攻

两种算法的棒性差不多，但两种算法

像旋

上

的

棒性，本文采用Radon

果如表2所示。

旋

算法取得很好的效

的

棒性都比差。了提高水印算法在像旋

果，

表2 Radon

算法

旋

攻

的

[4]袁修，周振．一种新的基于DWT、DCT和SVD的棒水印算

法[J]．算机工程与科学．2011，33(1)：112— 115．

小

[5]胡青，冬阳．基于DWT— SVD的奇异向量量化水印算法[J]．

算机科学，201 1，38(11)：30一33．

本文提出了一种基于DWT— DFI'-SVD的盲水印算法。水印

嵌入之前先行Logistic混沌映射和Arnold置乱双重加密

程，增了水印的安全性。水印提取程不需要原始

[6]叶天．DWT— SVD域全盲自嵌入棒量化水印算法[J]．中国

理

象

形学，2012，17(6)：644_650．

像和原始水印参与，是典型的盲水印算法。通

的算法相比，本文所提出的水印算法在抵抗JPEG

与文献[3]

[7]褚静，徐安成，

美 DWT和SVD相融合的彩色像水印算

、

像

法[J]．

技

，2013，37(17)：29— 32．

Bo．Detection method of

裁剪和像旋等攻具有更

的棒性。

watermark a-

[8]FANG _{Xiaopeng，PENG}

digital

bout

rotation

based

anti— attacking

radon[J]．Computer

Engineer．

◇

参考文献：

and

ing

Design，2008(29)：2069— 2073．

[1]王慧琴，王嘉路，王可，等．一种奇异分解数字水印算法的研

究[J]．工程学学，2011(5)：30-34．

作者介：

覃

distortion resilient

watermark—

image

geometric

[2]ZHOU ^B，CHEN

黄福 (1972一)，士，

。主研数字

像

理：

based on

and

SVD[J]．Image

Graphics，2004，9

ing algorithm

(1966一)，博士，教授。主要研究方向多媒体通信：

(4)：506-512．

(1958一)，博士，教授。主要研究方向

像理。

光

成像技、

[3]胡娟，

格

，

．

合DWT和SVD的棒盲水印算法

数字

任

：

雯雯

[J]．工程学学，2008(4)：107-110．

收稿日期：2015--03-24

34 《

万方数据

技》第39卷第20期( 第473期)I投稿网址http：／／、1wvw．pvacn．com

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