基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文

1、 京 江 學 院JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 畢 業(yè) 論 文基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計Research and design of the aquaculture management system based on the Internet of things 基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計摘要：傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)以犧牲自然環(huán)境資源和大量的物質(zhì)消耗等粗放式飼養(yǎng)方式為主要特征，經(jīng)濟效益低而且污染水體環(huán)境。越來越多的現(xiàn)代化養(yǎng)殖方式，如網(wǎng)箱養(yǎng)殖、流水養(yǎng)殖等，立體利用水域、水陸復(fù)合生產(chǎn)的生態(tài)漁業(yè)

2、，以保持漁業(yè)資源可持續(xù)利用的技術(shù)開始得到廣泛的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開展為智能水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件?；谥悄軅鞲屑夹g(shù)、計算機集成控制等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，集數(shù)據(jù)、圖像實時采集、GPRS無線通信技術(shù)、智能處理和預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布、輔助決策等功能于一體，通過對水質(zhì)參數(shù)的準確檢測、數(shù)據(jù)的可靠傳輸、信息的智能處理以及控制機構(gòu)的智能化自動控制，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的管理。物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)是面向水產(chǎn)養(yǎng)殖集約、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、平安的開展需求，可實現(xiàn)水質(zhì)環(huán)境參數(shù)在線采集、智能組網(wǎng)、無線傳輸、智能處理、預(yù)警信息發(fā)布、決策等功能的現(xiàn)代化水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)。它支持遠程自動控制，更利用了當今流行的WEB技術(shù)來開

3、發(fā)。養(yǎng)殖戶可以通過 、瀏覽器等信息終端，實時在線掌握養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境信息，及時獲取異常報警信息及水質(zhì)預(yù)警信息，并可以根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，實時自動地調(diào)整控制設(shè)備，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學養(yǎng)殖與管理，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、增產(chǎn)增收的目標。 關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器；GPRS；WEB Research and design of the aquaculture management system basedon the Internet of thingsAbstract：The main characteristics of the traditional aquaculture is at t

4、he expense of the natural environment resources and vast amounts of material consumption in vulgar treatment, economic benefit is low and the pollution of the aquatic environment. More and more modern methods, such as water aquaculture, stereoscopic use of water, land and water compound ecological f

5、ishery production, to maintain the sustainable utilization of fishery resources technology has been widely used.The development of the Internet of things (IOT) technology engender the Intelligent aquaculture . Based on intelligent sensor technology, computer integrated control of the Internet of thi

6、ngs technologies such as intelligent aquaculture system, collection of data, real-time image acquisition, GPRS wireless communication technology, intelligent processing and forecasting early warning information release, and aid decision making, and other functions into an organic whole, through accu

7、rate detection of water quality parameters, reliable transmission of data, information intelligent processing and control mechanism of intelligent automatic control, realize management of aquaculture. The aquaculture management system is geared to the needs of aquaculture intensive, high yield, high

8、 efficiency, ecology and safety requirements, can achieve the water quality environment parameter online collection, intelligent network, wireless transmission, intelligent processing, and early warning information release, decision-making functions of modern aquaculture management system. It suppor

9、ts remote automatic control, apply todays popular WEB technology to develop. Farmers can through the phone, the informations terminal such as browser terminal, master the aquaculture water quality real time online environmental information, to obtain the abnormal alarm information in a timely manner

10、 and water quality early warning information, and can according to the result of water quality monitoring, real-time to automatically adjust the control equipment, realize the scientific cultivation and management of the aquaculture, finally realizes the energy saving, green environmental protection

11、, increase production goals.Keywords: aquaculture ;IOT; Sensor; GPRS;WEB目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358112166 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc358112166 h 1 HYPERLINK l _Toc358112167 1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展狀況 PAGEREF _Toc358112167 h 1 HYPERLINK l _Toc358112168 1.2 國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的技術(shù)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358112168 h 2 HYPERLINK

12、l _Toc358112169 1.3 論文課題的工程背景 PAGEREF _Toc358112169 h 3 HYPERLINK l _Toc358112170 1.4 論文研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc358112170 h 4 HYPERLINK l _Toc358112171 第二章 物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)介紹 PAGEREF _Toc358112171 h 5 HYPERLINK l _Toc358112172 2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念及介紹 PAGEREF _Toc358112172 h 5 HYPERLINK l _Toc358112173 2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) PAGERE

13、F _Toc358112173 h 5 HYPERLINK l _Toc358112174 2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)感知層 PAGEREF _Toc358112174 h 6 HYPERLINK l _Toc358112175 2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層 PAGEREF _Toc358112175 h 7 HYPERLINK l _Toc358112176 2.1.4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層 PAGEREF _Toc358112176 h 8 HYPERLINK l _Toc358112177 2.2 基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器的簡介 PAGEREF _Toc358112177 h 8 HYPERLINK

14、 l _Toc358112178 2.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) PAGEREF _Toc358112178 h 8 HYPERLINK l _Toc358112179 2.2.2 Zigbee技術(shù) PAGEREF _Toc358112179 h 9 HYPERLINK l _Toc358112180 2.2.3 Zigbee技術(shù)在系統(tǒng)中的作用 PAGEREF _Toc358112180 h 9 HYPERLINK l _Toc358112181 2.3 GPRS無線通信技術(shù)概念及簡介 PAGEREF _Toc358112181 h 9 HYPERLINK l _Toc358112182 2.3.

15、1 GPRS相關(guān)技術(shù) PAGEREF _Toc358112182 h 10 HYPERLINK l _Toc358112183 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc358112183 h 10 HYPERLINK l _Toc358112184 2.3.3 GPRS協(xié)議模型 PAGEREF _Toc358112184 h 11 HYPERLINK l _Toc358112185 2.3.4 GPRS在系統(tǒng)中的作用 PAGEREF _Toc358112185 h 12 HYPERLINK l _Toc358112186 2.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc358112186 h 1

16、2 HYPERLINK l _Toc358112187 第三章 水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的總體設(shè)計及其功能 PAGEREF _Toc358112187 h 13 HYPERLINK l _Toc358112188 3.1 物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的設(shè)計流程 PAGEREF _Toc358112188 h 13 HYPERLINK l _Toc358112189 3.2 系統(tǒng)的功能及其特點 PAGEREF _Toc358112189 h 15 HYPERLINK l _Toc358112190 3.2.1 養(yǎng)殖管理系統(tǒng)功能模塊 PAGEREF _Toc358112190 h 15 HYPERLINK l

17、_Toc358112191 3.2.2 養(yǎng)殖管理系統(tǒng)特點 PAGEREF _Toc358112191 h 15 HYPERLINK l _Toc358112192 3.3 系統(tǒng)布局 PAGEREF _Toc358112192 h 16 HYPERLINK l _Toc358112193 3.3.1 數(shù)據(jù)中心 PAGEREF _Toc358112193 h 16 HYPERLINK l _Toc358112194 3.3.2 軟件平臺 PAGEREF _Toc358112194 h 16 HYPERLINK l _Toc358112195 3.3.3 硬件設(shè)備 PAGEREF _Toc35811

18、2195 h 16 HYPERLINK l _Toc358112196 3.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc358112196 h 16 HYPERLINK l _Toc358112197 第四章 WEB開發(fā)的相關(guān)技術(shù) PAGEREF _Toc358112197 h 17 HYPERLINK l _Toc358112198 4.1 C/S模式體系架構(gòu) PAGEREF _Toc358112198 h 17 HYPERLINK l _Toc358112199 4.1.1 傳統(tǒng)的兩層C/S 模式 PAGEREF _Toc358112199 h 17 HYPERLINK l _Toc358112

19、200 4.1.2 三層C/S 模式 PAGEREF _Toc358112200 h 17 HYPERLINK l _Toc358112201 4.2 WEB開發(fā)中用到的技術(shù) PAGEREF _Toc358112201 h 19 HYPERLINK l _Toc358112202 4.2.1 開發(fā)語言綜述 PAGEREF _Toc358112202 h 19 HYPERLINK l _Toc358112203 4.2.2 MySQL數(shù)據(jù)庫的選用 PAGEREF _Toc358112203 h 20 HYPERLINK l _Toc358112204 4.2.3 Servlet簡介 PAGERE

20、F _Toc358112204 h 21 HYPERLINK l _Toc358112205 4.2.4 JSP 簡介 PAGEREF _Toc358112205 h 21 HYPERLINK l _Toc358112206 4.2.5 TOMCAT 簡介 PAGEREF _Toc358112206 h 22 HYPERLINK l _Toc358112207 4.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc358112207 h 23 HYPERLINK l _Toc358112208 第五章 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc358112208 h 24 HYPERLINK l _Toc

21、358112209 5.1 MyEclipse介紹 PAGEREF _Toc358112209 h 24 HYPERLINK l _Toc358112210 5.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 PAGEREF _Toc358112210 h 24 HYPERLINK l _Toc358112211 5.2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 PAGEREF _Toc358112211 h 24 HYPERLINK l _Toc358112212 5.2.2 概念模型設(shè)計(E-R圖) PAGEREF _Toc358112212 h 25 HYPERLINK l _Toc358112213 5.2.3 數(shù)據(jù)庫表及關(guān)系建立 PAGER

22、EF _Toc358112213 h 26 HYPERLINK l _Toc358112214 5.2.4 詳細數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc358112214 h 26 HYPERLINK l _Toc358112215 5.3 系統(tǒng)模塊詳細設(shè)計 PAGEREF _Toc358112215 h 27 HYPERLINK l _Toc358112216 5.3.1 用戶模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc358112216 h 28 HYPERLINK l _Toc358112217 5.3.2 模擬顯示模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc358112217 h 29 HYPERLINK

23、 l _Toc358112218 5.3.3 后臺管理模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc358112218 h 30 HYPERLINK l _Toc358112219 5.4 軟件界面設(shè)計 PAGEREF _Toc358112219 h 30 HYPERLINK l _Toc358112220 5.4.1 養(yǎng)殖戶登錄頁面 PAGEREF _Toc358112220 h 32 HYPERLINK l _Toc358112221 5.4.2 登錄失敗頁面 PAGEREF _Toc358112221 h 32 HYPERLINK l _Toc358112222 5.4.3 養(yǎng)殖戶注冊頁面 PAGE

24、REF _Toc358112222 h 33 HYPERLINK l _Toc358112223 5.4.4 池塘信息頁面 PAGEREF _Toc358112223 h 33 HYPERLINK l _Toc358112224 5.4.5 報警頁面 PAGEREF _Toc358112224 h 34 HYPERLINK l _Toc358112225 5.4.6 趨勢圖頁面 PAGEREF _Toc358112225 h 34 HYPERLINK l _Toc358112226 5.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc358112226 h 35 HYPERLINK l _Toc3581

25、12227 第六章 總結(jié)及展望 PAGEREF _Toc358112227 h 36 HYPERLINK l _Toc358112228 6.1 總結(jié) PAGEREF _Toc358112228 h 36 HYPERLINK l _Toc358112229 6.2 展望 PAGEREF _Toc358112229 h 36 HYPERLINK l _Toc358112230 致 謝 PAGEREF _Toc358112230 h 37 HYPERLINK l _Toc358112231 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc358112231 h 38第一章 緒 論物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)架構(gòu)

26、和功能隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速開展，基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施漁業(yè)信息化已經(jīng)成為設(shè)施漁業(yè)生產(chǎn)向集約、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)方向開展的重要推動力。物聯(lián)網(wǎng)利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知養(yǎng)殖場的水質(zhì)情況，例如溫度、溶解氧濃度、PH值等，將這些數(shù)據(jù)實時發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)將養(yǎng)殖場的環(huán)境數(shù)據(jù)利用3G模塊或GPRS模塊發(fā)送至控制中心的效勞器，效勞器利用專家管理系統(tǒng)依據(jù)水產(chǎn)品的生長模型結(jié)合人工智能技術(shù)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送控制指令，網(wǎng)關(guān)依控制指令利用控制箱驅(qū)動電機采取動作調(diào)節(jié)養(yǎng)殖場的水產(chǎn)品的生長環(huán)境，從而利于水產(chǎn)品生長。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)留有攝像頭接口，能夠根據(jù)用戶需求將生產(chǎn)現(xiàn)場的圖片或者視頻發(fā)至控制中心效勞器，效勞器上部署

27、軟件并接入Internet網(wǎng)絡(luò)，用戶可以利用個人電腦或者 登錄到效勞器，查詢養(yǎng)殖水域內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)、瀏覽生產(chǎn)現(xiàn)場圖片、觀看現(xiàn)場視頻，還可以遠程控制各種生產(chǎn)設(shè)備。當養(yǎng)殖場環(huán)境異常時，除了效勞器中的專家系統(tǒng)發(fā)出指令驅(qū)動電機調(diào)節(jié)環(huán)境如增氧機增加溶解氧，控制中心的告警箱也能夠發(fā)出聲光告警，效勞器向相關(guān)人員發(fā)出告警短信。控制中心內(nèi)的顯示器或者大屏幕上能夠顯示各個傳感器的工作狀態(tài)、讀數(shù)、現(xiàn)場圖片等信息。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)施漁業(yè)養(yǎng)殖的動態(tài)實時監(jiān)管、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、科學決策、預(yù)警及風險控制、專家咨詢等生產(chǎn)過程的科學化、數(shù)字化。1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展狀況 “物聯(lián)網(wǎng)(IOT，Internet of Thing

28、s)也叫“傳感網(wǎng)，是“傳感網(wǎng)在國際上的通稱；它是指物體通過裝入各種信息傳感設(shè)備，比方射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器或其它方式進行連接，然后與互聯(lián)網(wǎng)或移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來最終形成一個巨大的智能網(wǎng)絡(luò)，通過電腦或 實現(xiàn)對物體的智能化管理。物聯(lián)網(wǎng)的核心和根底仍然是互聯(lián)網(wǎng)，它是在互聯(lián)網(wǎng)根底上的延伸和擴展。然而，物聯(lián)網(wǎng)將網(wǎng)絡(luò)連接延伸到任何物體之間，物聯(lián)網(wǎng)比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大。這些物體通過各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，進行更為復(fù)雜的信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的開展目標是：全面感知、可靠傳送及智能處理。在物聯(lián)網(wǎng)中，物品(商品)能夠彼此進行“交流，而無需人的干預(yù)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈

29、可以細分為標識、感知、處理和信息傳送四個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)分別為RFID、傳感器、智能芯片和電信運營商的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。終端感知、網(wǎng)絡(luò)連接及后臺運算，是物聯(lián)網(wǎng)三大關(guān)鍵技術(shù)，而終端感知是物聯(lián)網(wǎng)三大關(guān)鍵技術(shù)的根底。物聯(lián)網(wǎng)可廣泛應(yīng)用于城市公共平安、工業(yè)平安生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)控、智能交通、智能家居、公共衛(wèi)生、健康監(jiān)測等多個領(lǐng)域，讓人們享受到更加平安輕松的生活；正日益成為備受全球社會各界共同關(guān)注的熱點和焦點。物聯(lián)網(wǎng)的開展從概念到技術(shù)研究、試點實驗階段，已經(jīng)取得了突破性進展。伴隨國家和企業(yè)，政策和資金的大力支持，政策、金融、研發(fā)機構(gòu)、人員四大環(huán)境的不斷增強和投入，物聯(lián)網(wǎng)將會順應(yīng)生產(chǎn)力變革的要求不斷開展下去。

30、作為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)關(guān)鍵的參與者，國內(nèi)三大電信運營商正在積極承接國家戰(zhàn)略，充分利用自有優(yōu)勢資源，對既有產(chǎn)品進行挖掘、對新產(chǎn)品進行探索，努力開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品；同時，發(fā)揮運營商產(chǎn)業(yè)鏈職能，參與標準制訂、技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)、市場推廣，積極推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的開展。如今，促進中國物聯(lián)網(wǎng)開展的政策、產(chǎn)業(yè)環(huán)境以及支撐其運行的網(wǎng)絡(luò)根底正在逐漸完善，中國物聯(lián)網(wǎng)開展已擁有了良好的根底，將進入開展快車道，中國物聯(lián)網(wǎng)開展前景良好。但同時仍存在本錢、技術(shù)標準、關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)、成熟商業(yè)模式建立等問題，物聯(lián)網(wǎng)的秋天還需要時日，物聯(lián)網(wǎng)的開展任重而道遠。1.2 國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的技術(shù)現(xiàn)狀從整體上看，水產(chǎn)養(yǎng)殖是一個由“環(huán)境氣候水生技

31、術(shù)等多個子系統(tǒng)的時間序列相對清楚的復(fù)雜系統(tǒng)，各子系統(tǒng)及其因素之間變現(xiàn)為互相交叉的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，單憑人的經(jīng)驗和操作是無法有效準確的掌控這一系統(tǒng)。而目前計算機技術(shù)，特別是由人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器技術(shù)組合而成的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展非常迅猛，成為科技革命的一大主流。可以相信，借助于先進的計算機管理技術(shù)建立的輔助水產(chǎn)科學養(yǎng)殖決策系統(tǒng)將會是水產(chǎn)養(yǎng)殖獲得更高、更穩(wěn)的經(jīng)濟效益。2010年8月12日，江蘇省宜興市高塍鎮(zhèn)某養(yǎng)殖戶，根據(jù)蟹塘內(nèi)水質(zhì)智能傳感器傳來的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過 及時遙控啟動了蟹塘內(nèi)的增氧泵。專程從北京趕來的中國農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院博士生導(dǎo)師李道亮教授，詳細觀察了這套水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能控制系統(tǒng)的運作情

32、況，并給予了充分肯定。2021年3月，在國家農(nóng)業(yè)部、省和無錫市相關(guān)部門支持下，宜興市農(nóng)林部門聯(lián)合鵬鷂生態(tài)農(nóng)業(yè)，與中國農(nóng)業(yè)大學合作建立了江蘇省首個物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖基地。在5戶試點農(nóng)戶計1000畝河蟹養(yǎng)殖池內(nèi)，他們安裝了13個水質(zhì)參數(shù)采集點、5個無線控制點、5個GPRS設(shè)備，配備了一座小型氣象站、設(shè)立了一個監(jiān)控中心。宜興移動公司還專門架設(shè)了3.8公里的電線桿，為該基地接入了專用光纖。水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)是基于智能傳感技術(shù)、智能處理技術(shù)及智能控制技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的，集數(shù)據(jù)、圖像實時采集、無線傳輸、智能處理和預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布、輔助決策等功能于一體的現(xiàn)代化水產(chǎn)養(yǎng)殖支撐系統(tǒng)。示范基地采用的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)

33、境智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以對蟹塘內(nèi)的溶解氧、P H值、水溫等進行在線監(jiān)測，及時調(diào)節(jié)水質(zhì)，預(yù)測各種病情發(fā)生，使水產(chǎn)品在最適宜的環(huán)境下生長，到達增產(chǎn)、節(jié)能、省工、適時用藥、減少環(huán)境污染等效果。據(jù)宜興市農(nóng)林部門測算，采用這套系統(tǒng)后，每畝河蟹養(yǎng)殖水面監(jiān)控本錢約400元，每畝增產(chǎn)約10%15%，畝均增效可達1000元左右，且減少了水產(chǎn)養(yǎng)殖對周邊水體環(huán)境的污染。國外方面，厄瓜多爾有研究把物聯(lián)網(wǎng)與水產(chǎn)養(yǎng)殖中蝦病害早期診斷，通過GIS的統(tǒng)計，分析出蝦病害的開展狀況、趨勢，并做出及時措施，可有效的減少蝦病害帶來的經(jīng)濟損失。蘇格蘭有研究利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實時監(jiān)控魚蝦養(yǎng)殖中對不同地區(qū)發(fā)散私聊和魚蝦排泄物的污染程度，并得出模

34、型預(yù)測，預(yù)測模型的校驗準確率到達了58.1%?？偟脕碚f，目前中國利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)上的信息采集已經(jīng)去的比較大的進步，但是技術(shù)跟國外相比，還是有比較大的差距。1.3 論文課題的工程背景隨著人們生活水平的提高，水產(chǎn)品的需求量越來越大，水產(chǎn)養(yǎng)殖的用戶越來越多，規(guī)模也越來越大，種類也越來越豐富。傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式一般是根據(jù)觀察魚或蝦等浮頭情況來判斷水中是否缺氧，根據(jù)水中的混濁度來判斷水中的氨氮等多種成份的含量，根據(jù)經(jīng)驗來判斷水中的PH值及水溫，需要人工來開啟增氧設(shè)備。然而隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，這種傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式所出現(xiàn)的問題越來越多：影響水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)就是水溫、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亞硝

35、酸鹽、PH等，這些關(guān)鍵因素既看不見又摸不著很難準確把握，靠經(jīng)驗來判斷誤差非常之大，再加上養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，靠這種傳統(tǒng)的方式顯得越來越力不從心，稍有不慎就會導(dǎo)致重大損失。為此我們需要開發(fā)一套人工智能的，方便養(yǎng)殖戶操作，實現(xiàn)無人化24小時監(jiān)控，能夠?qū)崟r查詢水產(chǎn)品信息的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)是面向水產(chǎn)養(yǎng)殖集約、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、平安的開展需求，基于智能傳感、無線傳感網(wǎng)、通信、智能處理與智能控制等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的，集水質(zhì)環(huán)境參數(shù)在線采集、智能組網(wǎng)、無線傳輸、智能處理、預(yù)警信息發(fā)布、決策支持、遠程與自動控制等功能于一體的首選技術(shù)，所以開發(fā)這一系統(tǒng)具有很高的經(jīng)濟和使用價值。這一技術(shù)能將我國水

36、產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)推向世界的新頂峰。1.4 論文研究的主要內(nèi)容本文主要研究面向工程需求的一種可行的解決方案，側(cè)重于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用層的設(shè)計和實現(xiàn)，對于物聯(lián)網(wǎng)的感知層和網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的技術(shù)只做簡要介紹。針對工程特點，通過JAVA語言編寫的程序來模擬對養(yǎng)殖戶水質(zhì)參數(shù)的采集和入庫，再利用WEB開發(fā)相關(guān)知識和技術(shù)，將數(shù)據(jù)庫中的養(yǎng)殖戶信息和水質(zhì)參數(shù)進行相關(guān)的操作和管理。論文結(jié)構(gòu)大體如下：第一章是緒論，給出了課題的背景，物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的技術(shù)現(xiàn)狀、開展狀況，選題的意義以及課題研究任務(wù)和主要內(nèi)容。 第二章主要介紹物聯(lián)網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)和感知層、網(wǎng)絡(luò)層中運用到的相關(guān)技術(shù)進行簡要的的介紹。第三章對物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的總體設(shè)計及完

37、成功能進行介紹。第四章關(guān)于對WEB開發(fā)的相關(guān)技術(shù)和優(yōu)點行討論第五章先介紹MYECLIPSE開發(fā)工具和MYSQL數(shù)據(jù)庫，對水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)進行軟件設(shè)計，并對其進行仿真。 第六章總結(jié)及展望，對整個系統(tǒng)的設(shè)計及仿真進行總結(jié)，并對未來進行展望。第二章 物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)介紹2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念及介紹物聯(lián)網(wǎng)原理只是國際電信聯(lián)盟所提出的一個概念，麻省理工學院的Auto-ID研究中心在1999年提出物聯(lián)網(wǎng)的概念:利用射頻識(Radio Frequency Identification, RFID)與條碼等信息傳感設(shè)備將所有的物品和互聯(lián)網(wǎng)連接,從而實現(xiàn)智能化的管理與識別。2021年美國在IBM的提議下，正式的把物

38、聯(lián)網(wǎng)投入國家戰(zhàn)略。在2021年的兩會期間,物聯(lián)網(wǎng)被寫進了政府的工作報告當中,從而物聯(lián)網(wǎng)成為五大新興國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，2021年10月的?國務(wù)院關(guān)于加快培育和開展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定?中,物聯(lián)網(wǎng)也被列為戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)。所以說物聯(lián)網(wǎng)成為了繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后第三次世界信息產(chǎn)業(yè)革命。 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的根本體系架構(gòu)(DCM)主要由三層構(gòu)成：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層是物聯(lián)網(wǎng)開展和應(yīng)用的根底，本層由各種具有感知能力的設(shè)備組成，物聯(lián)網(wǎng)中由本層負責物體的識別和信息采集，實現(xiàn)全面感知的功能。網(wǎng)絡(luò)層由各種通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)融合而成，本層負責將感知到的數(shù)據(jù)進行分類、會聚、處理，并能夠可靠傳輸出去。應(yīng)用層

39、那么將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各種行業(yè)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，為不同的用戶提供各種應(yīng)用，例如智能交通、環(huán)境保護、公共平安、平安家居、工業(yè)監(jiān)測、個人健康、軍事偵察等如圖2-1所示。物聯(lián)網(wǎng)感知層存在大量的傳感器，這些傳感器組成許多傳感器網(wǎng)絡(luò)，而傳感器網(wǎng)絡(luò)感知的數(shù)據(jù)又需要傳遞到網(wǎng)絡(luò)層，由網(wǎng)絡(luò)層的廣域網(wǎng)絡(luò)傳送出去。因此，網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)時代將扮演非常重要的角色，利用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與廣域網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)信息廣域互聯(lián)。在互聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)關(guān)又稱網(wǎng)間連接器或協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它工作于傳輸層，用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。在物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)關(guān)主要用于無線傳感網(wǎng)與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。作為連接傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的橋梁，物

40、聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)具有如下功能：a.多種接入能力：網(wǎng)關(guān)需要具備接入多種現(xiàn)有通信網(wǎng)的能力，這些通信網(wǎng)包括：2G/3G/4G移動通信網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、有線網(wǎng)絡(luò)。因此，網(wǎng)關(guān)必須具備相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的接口和軟硬件的接入能力。b.協(xié)議轉(zhuǎn)換能力：物聯(lián)網(wǎng)中傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)需要相互交換信息，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)需要在它們之間提供協(xié)議轉(zhuǎn)換能力。這種能力不僅包括將不同的感知層協(xié)議通過協(xié)議適配后，轉(zhuǎn)換為格式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和控制信令，而且包括在感知層網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)之間進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)和控制指令穿透各種網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸。c.可管理能力：對于任何網(wǎng)絡(luò)而言，管理能力是必不可少的。特別對通常用于無人值守環(huán)境下的無線傳感網(wǎng)，管理能力尤為重要。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

41、需要對無線傳感網(wǎng)中的傳感節(jié)點、路由器等設(shè)備進行管理，同時它也需要對網(wǎng)關(guān)設(shè)備進行管理。前者負責獲取傳感器節(jié)點的標識、狀態(tài)、屬性等，并且實現(xiàn)遠程啟動、關(guān)閉、控制和分析等功能；后者負責網(wǎng)關(guān)設(shè)備的注冊管理、診斷管理、配置管理、升級維護等。圖2-1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)示意圖 物聯(lián)網(wǎng)感知層感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測技術(shù)、中低速無線或有線短距離傳輸技術(shù)等。具體來說，感知層綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、智能組網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器的協(xié)作實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息。通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將

42、所感知信息傳送到接入層的基站節(jié)點和接入網(wǎng)關(guān)，最終到達用戶終端，從而真正實現(xiàn)“無處不在的物聯(lián)網(wǎng)的理念。感知層中涉及的技術(shù)包括即傳感器技術(shù)、物品標識技術(shù)RFID和二維碼以及短距離無線傳輸技術(shù)ZigBee和藍牙等技術(shù)。在水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)的感知層主要用于檢測養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境的檢測和監(jiān)控，利用各種傳感器例如：PH值檢測儀、水溶氧分析儀、水溫測試儀等如圖2-2所示。他們是系統(tǒng)的最底層，充當著系統(tǒng)的“感知器官。圖2-2 智能水質(zhì)傳感器圖 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)的價值在什么地方？主要在于網(wǎng)，而不在于物。感知只是第一步，但是感知的信息，如果沒有一個龐大的網(wǎng)絡(luò)體系，不能進行管理和整合，那這個網(wǎng)絡(luò)就沒有意義。物聯(lián)網(wǎng)

43、網(wǎng)絡(luò)層是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的根底上建立起來的，它與目前主流的移動通信網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、各類專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)一樣，主要承當著數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，特別是當三網(wǎng)融合后，有線電視網(wǎng)也能承當數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋Ｔ谖锫?lián)網(wǎng)中，要求網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高平安性地進行傳送，它解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤其是遠距離地傳輸問題。同時，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將承當比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)更大的數(shù)據(jù)量和面臨更高的效勞質(zhì)量要求，所以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)尚不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求，這就意味著物聯(lián)網(wǎng)需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行融合和擴展，利用新技術(shù)以實現(xiàn)更加廣泛和高效的互聯(lián)功能。由于廣域通信網(wǎng)絡(luò)在早期物聯(lián)網(wǎng)開展中的缺位，早期的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用往往在部

44、署范圍、應(yīng)用領(lǐng)域等諸多方面有所局限，終端之間以及終端與后臺軟件之間都難以開展協(xié)同。隨著物聯(lián)網(wǎng)開展，建立端到端的全局網(wǎng)絡(luò)將成為必須。由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是建立在Internet和移動通信網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)根底上，除具有目前已經(jīng)比較成熟的如遠距離有線、無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)外，為實現(xiàn)“物物相連的需求，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將綜合使用IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技術(shù)，實現(xiàn)有線與無線的結(jié)合、寬帶與窄帶的結(jié)合、感知網(wǎng)與通信網(wǎng)的結(jié)合。同時，網(wǎng)絡(luò)層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的技術(shù)。水產(chǎn)養(yǎng)殖

45、管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層，用來傳遞從感知層中獲取來的信息，為實現(xiàn)遠程監(jiān)控提供了保障。 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)最終目的是要把感知和傳輸來的信息更好地利用，甚至有學者認為，物聯(lián)網(wǎng)本身就是一種應(yīng)用，可見應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中的地位。本節(jié)將介紹物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中處于關(guān)鍵地位的應(yīng)用層及其關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)開展的驅(qū)動力和目的。應(yīng)用層的主要功能是把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和效勞。這一層解決的是信息處理和人機界面的問題。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型物流監(jiān)控、污染監(jiān)控，查詢型智能檢索、遠程抄表，控制性智能交通、智能家居、路燈控制，掃描型 錢包、高速公路不停車收費等。目前，軟件開發(fā)、智

46、能控制技術(shù)開展迅速，應(yīng)用層技術(shù)將會為用戶提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。同時，各種行業(yè)和家庭應(yīng)用的開發(fā)將會推動物聯(lián)網(wǎng)的普及，也給整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈帶來利潤。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層能夠為用戶提供豐富多彩的業(yè)務(wù)體驗，然而，如何合理高效地處理從網(wǎng)絡(luò)層傳來的海量數(shù)據(jù)，并從中提取有效信息，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層要解決的一個關(guān)鍵問題。應(yīng)用層主要運用到M2M技術(shù)、用于處理海量數(shù)據(jù)的云計算技術(shù)、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等相關(guān)技術(shù)。在管理系統(tǒng)中主要用于分析各種水質(zhì)參數(shù)，充當著系統(tǒng)的“大腦。2.2 基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器的簡介 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的具有感知、計算和無線通信能力的傳感器節(jié)點通過自組織方式

47、構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。它綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進技術(shù),能夠根據(jù)環(huán)境自主完成監(jiān)測、目標發(fā)現(xiàn)、識別與跟蹤等任務(wù)。作為一種新的信息獲取方式和處理模式,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前已成為國內(nèi)外備受關(guān)注的研究熱點,廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療監(jiān)護、工農(nóng)業(yè)以及智能家居等多個領(lǐng)域。 Zigbee技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信技術(shù)種類眾多，如Bluetooth、Wi-Fi(IEEE 802.11)、RFID、Ir-DA、Zigbee等等，他們各自有其特點,由于基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有功耗低、網(wǎng)絡(luò)容量大、本錢低、覆蓋范圍廣、時延短、動態(tài)組網(wǎng)、自動路由等特點,綜合

48、比較后在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中選用Zigbee技術(shù)。ZigBee(IEEE 802.15.4)技術(shù)是基于ZigBee協(xié)議的一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低本錢的雙向無線通信技術(shù)，工作頻段分別為214GHz，868MHz(歐洲)及915MHz(美國),均為免執(zhí)照頻段，具有16個擴頻通信信道。ZigBee協(xié)議是由ZigBee聯(lián)盟制定的無線通信標準，它以IEEE802.15.4標準定義的物理層及MAC層為根底,并對其進行了擴展，對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進行了標準化,定義了一個靈活、平安的網(wǎng)絡(luò)層，此外，ZigBee聯(lián)盟還制定了應(yīng)用接口層、高層應(yīng)用標準等。 Zigbee技術(shù)在系統(tǒng)中的作用無

49、線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要作用是對水質(zhì)監(jiān)測，是實現(xiàn)水質(zhì)的綜合監(jiān)測和水污染的早期預(yù)警，在監(jiān)測水域內(nèi)隨機大量部署在水質(zhì)監(jiān)測傳感器節(jié)點，各節(jié)點自行協(xié)調(diào)并迅速組建通信網(wǎng)絡(luò)，在能量利用率優(yōu)先考慮原那么下進行工作任務(wù)劃分以獲取監(jiān)測區(qū)域信息，并經(jīng)過多跳后路由到會聚節(jié)點，會聚節(jié)點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，一般通過固定的持續(xù)電源供電，它連接ZigBee網(wǎng)絡(luò)與Internet等外部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)兩種協(xié)議之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，監(jiān)測數(shù)據(jù)由Internet到達管理節(jié)點，用戶通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡(luò)進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。2.3 GPRS無線通信技術(shù)概念及簡介GPRS即通用分組無線效勞技術(shù)(Gener

50、al Packet Radio Service)的簡稱，它是GSM移動 用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?Packet)式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為廉價。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)中主要利用的就是GPRS作為網(wǎng)絡(luò)層來傳輸數(shù)據(jù)。 GPRS相關(guān)技術(shù)GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組的形式傳送資料到用戶手上。雖

51、然GPRS是作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)，但是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。目前，香港作為第一個進行GPRS實地測試的地區(qū)，已經(jīng)取得了良好的收效。 由于使用了“分組的技術(shù)，用戶上網(wǎng)可以免受斷線的痛苦。此外，使用GPRS上網(wǎng)的方法與WAP并不同，用WAP上網(wǎng)就如在家中上網(wǎng)，先撥號連接，而上網(wǎng)后便不能同時使用該 線，但GPRS就較為優(yōu)越，下載資料和通話是可以同時進行的。從技術(shù)上來說，聲音的傳送(即通話)繼續(xù)使用GSM，而數(shù)據(jù)的傳送便可使用GPRS，這樣的話，就把移動 的應(yīng)用提升到一個更高的層次。而且開展GPRS技術(shù)也十分“經(jīng)濟，因為只須沿用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來開展即可。GPRS的

52、用途十分廣泛，包括通過 發(fā)送及接收電子郵件，在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽等。 現(xiàn)在 上網(wǎng)的口號就是Always Online、IP In Hand，使用了GPRS后，數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接收，這同時意味著用戶總是在線且按流量計費，迅速降低了效勞本錢。對于繼續(xù)處在難產(chǎn)狀態(tài)的中國移動/聯(lián)通WAP資費政策，如果將CSD (電路交換數(shù)據(jù)，即通常說的撥號數(shù)據(jù)，歐亞WAP業(yè)務(wù)所采用的承載方式)承載改為在GPRS上實現(xiàn)，那么意味著由數(shù)十人共同來承當原來一人的本錢。 而GPRS的最大優(yōu)勢在于：它的數(shù)據(jù)傳輸速度不是WAP所能比較的。目前的GSM移動通信網(wǎng)的傳輸速度為每秒9.6K字節(jié)，GPRS 在今年年初推出時已到達56Kbps

53、的傳輸速度，到現(xiàn)在更是到達了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的兩倍)。 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中需要增加一些節(jié)點，如GGSNGateway GPRSSupporting Node，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點和SGSNServing GSN，效勞GPRS支持節(jié)點。 GSN是GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。GSN具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到GPRS存放器。GSN可以完成移動臺和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。GSN可以是一種類似于路由器的獨立又備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。

54、GSN有兩種類型：一種為SGSNServing GSN，效勞GSN，另一種為GGSNGatewayGSN，網(wǎng)關(guān)GSN，SGSN的主要作用是記錄移動臺的當前位置信息，并且在移動臺和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文獻中，把GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡(luò)。 GPRS協(xié)議模型Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協(xié)議有5層，自下而上依次為物理層、MAC Mdium Acce

55、ssControl層、LLCLogical Link Control層、SNDCSubnetwork DependantConvergence層和網(wǎng)絡(luò)層。 Um接口的物理層為射頻接口局部，而物理鏈路層那么負責提供空中接口的各種邏輯信道。GSM空中接口的載頻帶寬為20OkHz，一個載頻分為8個物理信道。 如果8個物理信道都分配為傳送GPRS數(shù)據(jù)，那么原始數(shù)據(jù)速率可達200kb/s?？紤]前向糾錯碼的開銷，那么最終的數(shù)據(jù)速率可達164kb/s左右。 MAC為媒質(zhì)接入控制層。MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動臺共享。GPRS的邏輯信道共有3類，分別是公共

56、控制信道、分組業(yè)務(wù)信道和GPRS播送信道。公共控制信道用來傳送數(shù)據(jù)通信的控制信令，具體又分為尋呼和應(yīng)答等信道。分組業(yè)務(wù)信道用來傳送分組數(shù)據(jù)。播送信道那么是用來給移動臺發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信息。 LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程HDLC的無線鏈路協(xié)議。LLC層負責在高層SNDC層的SNDC數(shù)據(jù)單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。另外，LLC可以實現(xiàn)一點對多點的尋址和數(shù)據(jù)幀的重發(fā)控制。 BSS中的LLR層是邏輯鏈路傳遞層。這一層負責轉(zhuǎn)送MS和SGSN之間的LLC幀。LLR層對于SNDC數(shù)據(jù)單元來說是透明的，即不負責處理SNDC數(shù)據(jù)。 SNDC被稱為子網(wǎng)依賴結(jié)合層。它的主

57、要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包，確定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC層，移動臺和SGSN之間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個或多個SNDC數(shù)據(jù)包單元。SNDC數(shù)據(jù)包單元生成后被放置到LLC幀內(nèi)。 網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議目前主要是Phase 1階段提供的TCP/IP和L25協(xié)議。TCP/IP和X.25協(xié)議對于傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如BSS和NSS等設(shè)備是透明的。 GPRS在系統(tǒng)中的作用GPRS無線傳輸技術(shù)運作在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)層，連接了感知層和應(yīng)用層，是在整個系統(tǒng)的神經(jīng)線，利用其通信方式解決水質(zhì)檢測中的數(shù)據(jù)傳輸打到無人值守和無線傳輸?shù)哪康?，大大減少了人力資源的浪費。2.4 本章小結(jié)本章是對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的介

58、紹，簡單介紹了物聯(lián)網(wǎng)的體系節(jié)結(jié)構(gòu)，Zigbee技術(shù)和GPRS技術(shù)的相關(guān)知識。首先使我們對物聯(lián)網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)有個簡單的認識，其次對基于Zigbee技術(shù)的傳感器技術(shù)和GPRS無線通信技術(shù)，這兩個物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)重點介紹，為整個系統(tǒng)的后臺運作做一個個知識儲藏。本章節(jié)的研究為后續(xù)局部打下了根底，是整個工程不可或缺的環(huán)節(jié)。第三章 水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的總體設(shè)計及其功能3.1 物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的設(shè)計流程通過第一章的介紹可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)，都是靠人工管理，大量的人力物力，且生產(chǎn)效率低下，對環(huán)境的污染也比較嚴重，遇到特殊天氣，苗種死亡的概率也是相當?shù)母?，給養(yǎng)殖戶們帶來了很大的風險。論文將在本章中詳細分

59、析物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的架構(gòu)和特性，并提出相應(yīng)的解決方案。 為了保證方案實施的可行性，本章將對系統(tǒng)設(shè)計的核心問題和關(guān)鍵技術(shù)進行理論分析，重點討論在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層中怎樣來實現(xiàn)對養(yǎng)殖戶的信息進行管理和查詢，并在水質(zhì)參數(shù)超標時做出報警。本系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)的DCM三層架構(gòu)來建立完整的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，每層架構(gòu)應(yīng)用最先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并始終表達 “軟件即效勞的思想，并實現(xiàn)效果和設(shè)計理念上表達可視化、泛在化、智能化、個性化、一體化的特點。工程的整體架構(gòu)如圖3-1所示。下面介紹一下整個系統(tǒng)的運作流程：首先管理系統(tǒng)在養(yǎng)殖地布置硬件設(shè)備：多個水上節(jié)點(水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點、遠程視頻采集節(jié)點、水質(zhì)參數(shù)調(diào)節(jié)節(jié)點、ZigB

60、ee+GPRS無線網(wǎng)關(guān))。在系統(tǒng)運作之初，要對硬件設(shè)備進行自檢測，查看受否有硬件出現(xiàn)故障，如果發(fā)生及時通過GPRS向用戶發(fā)送短信息。其次通過水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點實時采集PH值、水溫、水位、溶氧量等水質(zhì)參數(shù)，并通過ZigBee Endpoint上傳給無線網(wǎng)關(guān)的ZigBee Coor dinator，再由后者經(jīng)串口送入GPRS傳送到TOMCAT效勞器。 最后在效勞器上的信息管理系統(tǒng)將對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、入庫，如發(fā)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)超出了適宜的參數(shù)指標，那么通過GPRS向用戶發(fā)出警告，提醒用戶是否需要向水質(zhì)參數(shù)調(diào)節(jié)節(jié)點發(fā)送控制信息，用戶可通過 、PC、平板電腦或PDA等方式登錄瀏覽器，查看實時的水質(zhì)信息，確認