陈昭：物联网技术在现代农业中的推广

物联网技术在现代农业中的推广•物联网的产业及政策背景•物联网技术应用现状•农业物联网及成功案例•物联网平台提纲第2页8月7日，温家宝总理在无锡就“感知中国”的谈话，掀起了传感网的巨大浪潮。10月27日，工信部部长李毅中在《科技日报》撰文提出，启动”传感网络“的研发应用，并将其上升到”战略性新兴产业“的高度。11月3日，温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表“让科技引领中国可持续发展”的文章，指出：要着力突破传感网、物联网关键技术。12月27日，温家宝总理在接受新华社记者采访时，再次把物联网提到”占领新型产业的制高点，决定国家未来“的高度。3月5日，温家宝工作报告首次提及物联网：特别指出要大力培育战略性新兴产业。要加快物联网的研发应用。4月9日，工业和信息化部部长李毅中出席2010年经贸形势报告会时表示，要大力发展3G、物联网等新兴产业，同时，也要提高警惕，不能受制于人。政策大事记第3页10月8日，无锡向国务院申建”国家传感网创新示范区“，总面积达20平方公里11月17日，福建省黄小晶省长要求即刻成立福建省物联网协调小组及办公室。1月2日，上海市商务委连发两项通知，表示将从2010年起实施物联网建设体系，政府出资带动，提升上海现代物流业的服务升级。1月7日，广东省常务副省长黄龙云表示，建立传感网打造”智慧广东“。1月12日，北京市市长郭金龙指出，发展物联网技术，提高首都信息化应用水平。1月28日，山东省政府工作报告首次提及加快物联网和云计算的研究。4月1日，《江苏省物联网产业发展规划纲要（2009~2012年）》出台。6月10日，全国首家实体运作物联网工程学院在江南大学挂牌成立。江苏省委常委、市委书记杨卫泽为学院揭牌。7月28日，2010年安徽省农村物联网高峰论坛暨安徽省新农村物联网工程技术研究中心成立政府大事记第4页•利用信息化和工业化技术感知中国•战略性新兴产业•物联网时代的国家安全物联网关键词第5页PAN个人WANLAN全球市区/近郊园区/楼宇/办公室从私域网到广域网第6页•物联网的产业及政策背景•物联网技术及应用现状•农业物联网及成功案例•物联网平台提纲第7页——摘自易观国际WSN技术原理第8页30-100美元（模块）成本相对较高覆盖广、质量好大范围语音和数据传输应用无线通信约20美元高功耗、协议开销大、需要接入点使用现有网络、高速率、组网灵活（前向、后向兼容）Web/Email/Video等相关应用WiFi（802.11b)50美分左右缺少安全性规范和完善的标准可靠、电源和成本优势、组网方便家庭、楼宇自动化以及监控类应用ZigBee5-50美分无处理能力，单向成本低、无功耗物流、军事、防伪等多种行业无源RFID低于5美元以移动电话为中心，每网最多8个节点应用较多、成本较低且方便使用替代有线：遥感勘测、移动电子商务、数字电子设备、工业控制、智能化建筑、家庭和办公自动化、电子商务、无线公文包、军事蓝牙节点成本缺点优点主要应用主要技术无线传输技术——摘自某研究报告*zigbee实际的售价在100元以上第9页传感器的技术评估•功耗:•准确性–0点漂移–标定•可靠性–结构和环境影响•成本•个性化第10页网关应用业务平台传感器网IP网络远距离传输网ITU-TNGNCENSmartMeteringISO/IECJTC1UWSNCENELECSmartmeteringOASISW3CIPSOIPV6harewareandprotocol;sZCLZigBeeAllianceZBApplicattionProfilesIETF6LowPANPhy-MacOverIPV6IETFROLLRoutingoverLowPowerLossyNetworksOMAGSMASCAG,……ETSIM2MTC3GPPSA1,SA3,,……ESMIGMeteringEPCGLobalGS1HGIHomeGatewayInitiativeUtilitiesMeteringWOSAKNXW-MbusIEEE802.15.4信息来源：ETSIM2MTC整体框架•ITU-TSG13–USN网络的需求和架构设计•ETSIM2MTC–M2M需求和功能架构•ISO/IECJTC1SC6SGSN–SN研究报告WSN/RFID•IEEE802.15–低速近距离无线通信技术标准•IETF6LoWPANROLL–基于IEEE802.15.4的IPv6，低功耗有损网络路由•EPCGlobalGS1–RFID标识和解析–EPCGlobal召开了有关ONS(ObjectNameService)的路由和命名问题的讨论智能电网/计量电信网•FCC：美国智能电网标准•IEEE：P2030：智能电网Guide802.15.4g：智能电网近距离无线标准•CEN/CENELEC/ETSI–欧洲智能计量标准•3GPPSA1/SA2/RAN2–M2M优化需求–网络和无线接入的M2M优化技术•GSMASCAG：智能SIM卡•OMADMWSN标准：•IEEE802.15该组织致力于无线个人网(WPAN)网络底层协议标准制定，其分表的IEEEStd802.15.4-2006详细定义了PHY和MAC层实现的各种机制，在最近的IEEEStd802.15.4-2009c中添加了对中国WPAN频段支持(314–316MHz,430–434MHz,and779–787MHzbands)以及O-QPSK调制的支持。•ZigBeeAllianceZigbee是基于IEEE802.15.4标准建立的针对WPAN的整套协议栈。IEEE802.15.4标准与ZigBeeAlliance的关系相当于IEEE802.11标准与WIFIAlliance的关系。基于ZigBee的RF芯片在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以的通信效率非常高，广泛应用于工业场景。WSN标准：第12页•IETF6LoWPAN该工作组的任务是定义在如何利用IEEE802.15.4链路支持基于IPv6的通信的同时，遵守开放标准以及保证与其他IP设备的互操作性。该协议中使用了IP报头压缩技术，将庞大的128位IPv6源或目的地址压缩或删除，同时在MAC与IP层之间使用适配层，使得1280比特的IPv6的MTU能够在127字节的MACframe上传输。•IPSOAlliance该联盟为各大IT厂商结合产物，致力于推动IP协议在智能物体上的普及。•ZigBee标准•ZigBee协议栈底层是基于IEEE802.15.42003的PHY层和MAC层机制构成，而上层包括应用层，网络层和安全服务层。WSN标准：第13页EPC(EPCC1G2被接受为ISO18000-6C)ISO（ISO18000-6B）UID读写速度信息位数应用领域频段技术差异采用的组织和企业研发机构标准化组织组织结构地区美国欧洲欧洲为主日本EPCGlobalISOUbiquitousIDCenter芯片：美国国防部，德州仪器，Intel；识别器：Symbol；软件：IBM，微软。目前欧洲也开始参与研发。芯片：STMicroelectronics，Philips；识别器：Nokia，Checkpoint；软件：SAP日立ULSI牵头，NEC、东芝、富士通等国内企业。也有少数外国厂商，如微软，三星等参与。美国军方，FDA和SSA等政府机构，沃尔玛，保洁，吉列，强生，100多家欧美流通企业均为EPC成员。大型零售商，如德国METRO，英国Tesco。NEC(RFID手机)，Sankei，Shogakukan(产品跟踪)。T-EngineForum的475家企业将会采用(大部分为日本企业)902MHz-928MHz(UHF频段)13.56MHz(智能卡)860MHz-950MHz2.45GHz(ISO标准)13.56MHz(智能卡)40kbps～640kbps最多同时读写1000个标签40kbps同时读写数十个标签250kbpsEPCC1G1:64～96位EPCC1G2:96～256位64位128位，可扩展至512位车辆管理、生产线自动化控制、物资跟踪、出入境人员管理。关卡、码头作业和RFID标签数量不大的区域。电子支付、物流、服装、印刷等，在物流等非制造领域使用较为广泛。RFID标准对比：第14页ConnectwareConnectPortGatewayDatabaseRemoteApplicationRouter/BridgeWirelessAdapterEmbeddedWireless需要无线射频和嵌入式设计Python可编程需求系统基本需求远程集中化管理需求WSN商用系统——摘自DigiIntranet•管理•计费•安全性第15页公共事业/服务交通运输个人用户批发零售工业/制造业商业/服务业农业开采/建筑金融定位/跟踪/导航安全/监控移动支付及管理自动化和远程管理计量/检测远程医疗重点应用WSN应用情况——摘自某研究报告第16页13928668959311018188397597244260414528784979022149415492856932.85%0.88%12.20%4.10%31.78%3.87%1.19%14.43%9.85%31.54%010000同方股份厦门信达航天信息新大陆远望谷-30%-20%-10%0%10%20%30%40%08年营业收入08年净利09年上半年09年上半年净利08年净利润09年上半年净利润单位：百万元同方软件综合平台亚太安讯GPS及网络视频安全监控系统新大陆二维码行业应用、电子回执、烟草物流信息化管理远望谷ATIS铁道部车号自动识别系统、烟草、军事行业、RFID产品航天信息防伪税控系统、IC卡、系统集成业务厦门信达光电业务和电子标签国内的WSN应用情况——摘自某研究报告第17页•物联网的产业及政策背景•物联网技术及应用现状•农业物联网及成功案例•物联网平台提纲第18页•农业的精细化要求：•喜温植物不能长期忍受5度以下的低温，10度以下停止生长，如黄瓜，西葫芦，茄果类，菜豆等•耐热蔬菜生长温度要求在20至30度，要求昼夜温差不低于10度第19页农业背景和发展现状（一）•国内现有温室的种植方式：粗放型种植，根据农民祖辈相传的经验•国外倡导的精细化农业种植：不仅节约成本，还能保证果蔬可以在最适宜的环境下生长，实现增产增收•以西红柿种植为例：根据我们和以色列同行的交流，以色列采用精细化种植的西红柿可以实现亩产50吨，而北京平谷东高村的农户，亩产仅在7吨左右。•以种猪养殖为例：公猪交配期的温度高于29度，交配时间将延长一个月•实现精细化农业的前提是环境数据的精细化控制，这必然要求农户购买环境监测设备第20页农业背景和发展现状（二）•以温室为例：全国共有温室250万公顷，大型连栋温室2000公顷（根据北京农技推广中心主任的数据）•以示范园为例：全国共有5000个大型示范基地•以养殖场为例：仅北京周边有2万个养猪基地（根据北京客户首农集团经理数据）第21页农业市场容量分析•农作物的生长环境主要依靠感官经验，而不是精确、可靠的量化数据，成功的种植经验不容易被总结和复制•完全依赖人工控制种植过程，无法对过程进行监督和控制，尤其以科研机构和大型种植基地为例，温室的种植往往是聘请农民工，由于缺乏有效的信息化手段，使得难于对他们工作的质量进行控制。•在科研基地、示范基地、观光农业，存在用户需要远程了解温室环境的需求，对于此类需求，必须通过信息化的手段来满足。第22页农业信息化存在的问题WSN在农业的应用前景•农业是WSN技术成熟的试金石：•低成本：1500~3000•低功耗：长期使用•远程：农场地处偏僻•可靠性：室外暴晒、高湿大棚、酸碱环境•易用性：“会用手机就能操作”第23页KeyLaboratoryofModernPrecisionAgricultureSystemIntegration,MinistryofEducation农业物联网关键技术发展趋势预测•多通道