Intelligent veebeheer moet het gedrag van vee in de weide detecteren en informatie verzamelen, zoals het bewegingspad en de locatie van het vee. Het Weide Internet of Things systeem kan worden gebruikt om bovenstaande informatie te verkrijgen. De systeemarchitectuur op basis van draadloze sensornetwerken kan voldoen aan de communicatiebehoeften tussen verschillende bemonsteringsknooppunten. Door de afgelegen geografische ligging van boerderijen en de complexe netwerkomgeving treden er echter vaak problemen op zoals verbindingsonderbreking en pakketverlies bij het verbinden met het internet. Het gebruik van traditionele netwerkverbindingsmethoden kan leiden tot veel gegevensverlies. Om het verlies van bemonsterde gegevens te beperken wanneer de verbinding met het internet wordt onderbroken, wordt een IoT-datatransmissieschema voor boerderijen op basis van opportunistische netwerken voorgesteld en wordt de communicatie tussen sensoren in de ranchomgeving geanalyseerd. Communicatiestatus, drie manieren van communicatie tussen sensoren worden samengevat en respectievelijk gemodelleerd en geanalyseerd. Onder de vooronderstelling van beperkte opslagcapaciteit van sensoren, met behulp van het principe van opportunistische netwerken, wordt een berekeningsmethode voor de dichtheid van toegangspunten voorgesteld en wordt de intrinsieke relatie tussen de bewegingssnelheid van het vee, de opslagcapaciteit van sensorknooppunten en het verliespercentage van gegevensverzendingpakketten samengevat, zodat het gegevensverlies van het systeem binnen het toegestane bereik van het ontwerp blijft. De juistheid van de methode wordt aangetoond door middel van experimenten die de theoretische resultaten van de voorgestelde methode evalueren en verifiëren.
Met de wijdverspreide toepassing van Internet of Things technologie in de landbouw [1], worden informatiemethoden geleidelijk gebruikt in de veeteeltproductie [2]. Het monitoren van het gedrag van vee in weilanden is een basisvoorwaarde voor intensief en intelligent beheer van de veehouderij.
Het monitoren van het gedrag van vee kan effectief worden gerealiseerd met behulp van Internet of Things technologie [3-6]. Over het algemeen liggen boerderijen in relatief afgelegen gebieden en bevindt het IoT van boerderijen zich vaak aan de rand van het servicegebied van het netwerk of buiten het servicegebied. De communicatiemogelijkheden van sensorknooppunten zijn beperkt. In de ranchomgeving kan alleen verbinding worden gemaakt met het dichtstbijzijnde basisstation via een draadloos openbaar netwerk [7-11] Vanwege de overdracht van informatie kunnen continue IoT-bewakingsgegevens vaak niet via het netwerk worden verzonden, wat resulteert in netwerkafwijkingen zoals signaalonderbrekingen.
Opportunistische netwerken (ON) [12-14] zijn een soort zelforganiserende netwerken, die speciaal ontworpen zijn voor situaties waarin draadloze netwerkverbindingen vaak verbroken zijn en er mogelijk geen volledige verbinding is tussen het bronknooppunt en het doelknooppunt, met behulp van de beweging van knooppunten. De gegevensuitwisseling vindt plaats wanneer knooppunten het dekkingsgebied van de wederzijdse communicatie binnengaan om de gegevenscommunicatie te voltooien. Daarom worden opportunistische netwerken vaak gebruikt om problemen op te lossen zoals het monitoren van wilde dieren [15-16] en netwerktoegang in afgelegen gebieden [17-18].
Dit artikel analyseert de datatransmissieomgeving van het Internet of Things onder de speciale omstandigheden van de veehouderij en gebruikt de kenmerken van opportunistische netwerktechnologie om de datatransmissie van het netwerk voor de veehouderij Internet of Things te ontwerpen, zodat de datatransmissie van het Internet of Things in de weide zich kan aanpassen aan de frequente onderbrekingen van het sensornetwerk in de weideomgeving. Bied een effectieve oplossing om het probleem van onderbreking van de gegevenstransmissie van het Internet of Things in veehouderijen op te lossen.
1 Analyse van het systeem van boerderij-internet van dingen
1.1 Structuur van het Weide Internet of Things systeem Het Weide Internet of Things systeem kan de verzameling en verwerking van informatie over het gedrag van vee realiseren. Het systeem verzamelt fysieke systeeminformatie (zoals informatie over de locatie van het vee, informatie over de lichaamstemperatuur, informatie over de bewegingsstatus, etc.) via sensoren en gebruikt het netwerk (2G/3G/4G en andere draadloze openbare netwerken) om de informatie naar de applicatieserver te sturen voor verwerking. Figuur 1 is een structureel schema van een Internet of Things systeem voor het monitoren van vee-informatie in een weiland. De slimme sensoren in de perceptielaag hebben bepaalde opslag-, reken- en communicatiemogelijkheden. De door de sensoren verzamelde gegevens maken gebruik van sensornetwerken voor gegevensoverdracht over korte afstanden, zoals netwerken die zijn samengesteld uit protocollen zoals ZigBee. Tegelijkertijd gebruiken knooppunten toegangstechnologie voor wide area netwerken, meestal met behulp van draadloze methoden, zoals GPRS-netwerken, om de verzamelde sensorgegevens naar het internet te sturen. Dit deel van de netwerkorganisatie vormt de netwerklaag van het ranch Internet of Things systeem.
In het Internet der Dingen voor de veehouderij bevinden de sensoren zich tijdens het verzamelen van informatie in een mobiele toestand en veranderen de verzamelknooppunten voortdurend van ruimtelijke positie. Deze verandering in de ruimtelijke topologie maakt het internet der dingen voor de veehouderij anders dan andere gebieden in de facilitaire landbouw die momenteel veel besproken worden, zoals intelligente internet der dingen-systemen zoals kassen; op de netwerklaag, tijdens het datacommunicatieproces tussen sensorknooppunten en het internet, als gevolg van de mobiliteit van de knooppunten zelf, en wanneer de knooppunten draadloze communicatiemethoden gebruiken, is de afstand tussen de knooppunten en het basisstation vaak groter dan de dekking van het basisstation, waardoor het netwerk vaak uitvalt.
1.2 Analyse van de communicatiestatus van het Ranch Internet of Things systeem In de ranchomgeving maakt de netwerktransmissie voornamelijk gebruik van draadloze netwerken om gegevens uit te wisselen tussen basisstations en communicatieknooppunten. Er zijn drie situaties: sensornetwerkknooppunten zijn allemaal verspreid binnen het communicatiebereik van het basisstation; sensornetwerk Het knooppuntdistributiegedeelte bevindt zich binnen het communicatiebereik van het basisstation; de sensornetwerkknooppunten zijn allemaal verspreid buiten het communicatiebereik van het basisstation.
Gebruik verzamelingen om de bovenstaande drie situaties weer te geven: A = {a1, a2, a3}. Er zijn ook drie situaties in hoe sensornetwerkcommunicatie is georganiseerd: alle sensornetwerkknooppunten kunnen rechtstreeks communiceren met het basisstation, en sensornetwerkknooppunten kunnen niet met elkaar communiceren; sommige sensornetwerkknooppunten kunnen communiceren met het basisstation, en sensornetwerkknooppunten kunnen met elkaar communiceren; alle sensornetwerkknooppunten kunnen met elkaar communiceren. Sensornetwerkknooppunten kunnen communiceren met het basisstation en de knooppunten kunnen ook met elkaar worden verbonden.
Uitgedrukt als een verzameling: B = {b1, b2, b3}. Daarom is in de weidescène de mogelijke manier van netwerktransmissie C=A×B={a1, a2, a3}×{b1, b2, b3}={(a1, b1), (a1, b2), ( a1, b3), (a2, b1), (a2, b2), (a2, b3), (a3, b1), (a3, b2), (a3, b3)} waaronder (a1, b1), (a1 , b2), (a1, b3) In de drie gevallen kunnen alle knooppunten van de sensor direct gegevens verzenden naar het internet. In dit geval is er geen netwerkonderbreking, enz., en het verwerkingsmodel van de verbinding is consistent met de internetverwerkingsmethode; (a3, b1) , (a3, b2), (a3, b3), het netwerk is volledig onderbroken; daarom richten de kwesties die in dit artikel worden besproken zich op de drie situaties: (a2, b1), (a2, b2), (a2, b3).
2 Ranch Internet of Things modellering op basis van opportunistische netwerken
Met het oog op de bijzonderheid van datacommunicatie van het internet der dingen in de veehouderijomgeving en weilanden, wordt op basis van de analyse van de systeemarchitectuur van het internet der dingen in de veehouderij, en met gebruikmaking van de principes van opportunistische netwerken, een referentie voorgesteld voor het ontwerpen van het systeem met gebruikmaking van de principes van opportunistische netwerken in de systeemimplementatie. model, waardoor problemen zoals onstabiele verbindingen en frequente veranderingen in de ruimtelijke locatie van sensorknooppunten tijdens datatransmissie van het internet der dingen in de veehouderij worden opgelost.
2.1 Overzicht van opportunistische netwerken Opportunistische netwerken zijn een netwerkorganisatievorm waarbij er mogelijk geen volledig pad is voor communicatie tussen netwerkknooppunten. De fysieke architectuuroplossing van deze netwerkorganisatievorm komt van DTN (Disruption Tolerant Network) ks) netwerk [19-20]. Opportunistische netwerken kunnen worden beschouwd als DTN-netwerken onder een draadloos zelforganiserend netwerk. De technische route van de architectuur is het voltooien van communicatietaken in overeenstemming met het opslag-draagt-voorwaartse routeringsmechanisme. De functie van het "dragen" van pakketinformatie in opportunistische netwerken wordt bereikt door een bundellaag [14] toe te voegen aan de netwerkarchitectuur. Figuur 2 toont een vergelijking tussen een opportunistische netwerkarchitectuur en een gewone TCP/IP netwerkarchitectuur. Door de bundellaag kunnen opportunistische netwerken voldoen aan de eisen van betrouwbare gegevensoverdracht in speciale omgevingen, zoals vertragingen en frequente netwerkonderbrekingen.
In dit artikel wordt een technische oplossing voorgesteld voor gegevenstransmissie in weilanden op basis van opportunistische netwerken. Om te voldoen aan de eisen van brede toepasbaarheid en systeemstabiliteit in de praktijk, wordt een gegevensverzendstrategie gebaseerd op een enkele kopie van het flooding-algoritme gebruikt in het gegevensverzendmechanisme. Het mobiliteitsaspect is gebaseerd op de beweging van het voederproces in de weide. Onder deze voorwaarde wordt de relatie berekend tussen het geheugen van de apparatuur, de gegevensbemonsteringssnelheid, de voerstraal en de bewegingssnelheid van de dieren die vereist zijn voor het project. Dit levert een theoretische basis en methoden op voor het berekenen van het geheugen, de gegevensbemonsteringsperiode, enz. die vereist zijn voor het systeemontwerp in de projectimplementatie.
2.2 Analyse en modellering van farm Internet of Things scenario's. Paragraaf 1.2 bespreekt de gegevensoverdrachtsituaties in drie netwerkomgevingen: (a2, b1), (a2, b2), (a2, b3). In afbeelding 3 worden respectievelijk scène 1, scène 2 en scène 3 weergegeven. Hier bespreken we de verbindingsvoorwaarden van het opportunistische netwerk die nodig zijn voor de overdracht van informatie over het internet der dingen in het weiland onder deze drie situaties. 2.2.1 Scenario 1 De communicatierelatie tussen het sensornetwerkknooppunt en het basisstation wanneer de verbinding (a2, b1) is. Sommige sensorknooppunten zijn verbonden met het basisstation en andere niet. De sensorknopen kunnen bewegen, dat wil zeggen dat een deel van het bewegingsbereik van de sensorknopen binnen het signaalbereik van het basisstation valt. Op dit moment is er geen communicatieverbinding tussen de sensoren. In dit geval is het gelijk aan het vormen van een netwerk tussen elke sensornetwerkknoop en het basisstation. In de netwerkconfiguratie in scenario 1 heeft elke sensorknoop de mogelijkheid om verbinding te maken en te communiceren met het basisstation wanneer hij de signaaldekking van het basisstation bereikt. De signaaldekking van het basisstation en de actieradius van het vee worden getoond in Figuur 4. De actieradius van het vee is r (m), dat is de lengte van lijnstuk A1O2 in de figuur, en de afstand tussen het basisstation en het centrum van de veeactiviteit is D (m), dat is de lengte van O1O2. Het signaalbereik van het basisstation is R (m), dat is de lengte van A1O1. Het grijze diagonale gebied in Figuur 4 van het basisstation is het gebied waar het signaal instabiel is. Als het sensorknooppunt signalen uitzendt binnen dit bereik, treedt pakketverlies op. De wet van pakketverlies gehoorzaamt aan de functie φ. De functie φ is een functie die gerelateerd is aan de afstand tussen het knooppunt en het basisstation en de maximale vertragingslimiet van het netwerk. Deze functie kan worden ingesteld op basis van verschillende systeemontwerpvereisten en bijbehorende transmissiemethoden. De breedte van het grijze gebied is d (m). Volgens de geometrische relatie in figuur 4 kan de hoek gevormd door het centrum van de veeactiviteit en het snijpunt van de twee cirkels worden berekend als ∠A1O2A2, die wordt uitgedrukt als α1 = 2arccos ((r2 + D2 - R2) / (2rD)). De hoek tussen de snijpunten van de cirkels is ∠A1O1A2, die wordt uitgedrukt als α2 = 2arccos ((R2 + D2 - r2) / (2RD)). Het gebied waar de signaaldekking van het basisstation het bereik van de veestapelactiviteit snijdt, is S1 = r2α1/2 + R2α 2/2 -sin(α1/2)rD
Trefwoorden: Internet of Things gateway
