（控制理论与控制工程专业论文）基于多层局域网的农业信息系统的研究和控制.pdf

河北i ：业人学硕士学位论文 基于多层局域网的农业信息系统的研究和控制 摘要 人类l f 在进入信息时代，跨入网络化社会，以计算机、通讯和信息技术为支撑的网络 f 1 益成为联结整个社会的纽带。这种前所未有的科技革命，已经开始并将继续深刻地影响 和改变人们的牛产方式、工作方式和生活方式。而我国是一个农业大国，农业人口占全国 总人口的6 3 9 l ，因此，让中国的农民享受信息化带来的方便和快捷等好处就势在必行。 本文运用控制的思想，设计了一个涵盖省、市、县乃至乡镇的网络通讯平台，并在此 平台实现数据、语音和视频通讯三网合。，承载o a ( o f f i c ea u t o m a t i o r ，办公自动化) 系统、内部f p ( i n t e r n e tp r o t o c o l ，刚际互连协议) 电话系统和网络远程视频会议系统等 功能，实现了对农业信息的控制管理。论文还刑网络的管理、系统安全等方面进行了设计 和阐述，提供了一个全面的信息网络解决方案。 本文主要包括农业信息网需求分析、农业厅局域蚓设计、市级网络平台设计、县级网 络平台设计、刚络管理与网络安全性设计、网管系统设计、i p 地址规划和路由协议规划 等各方面内容，阐述了一个完备的农业信息控制方案。目前，该系统已投入使用并耿得了 良好效果。 关键词：农业信息刚，信息控制，局域网，精准农业 基于多层局域网的农业信息系统的研究和控制 t h er e s e a r c ha n dc o n t r o lo f a g r i c u l t u r ei n f o r m a t i o ns y s t e m b a s e do nl a n a b s t r a c t t h eh u m a na r es t e p p i n gi n t ot h ei n f o r m a t i o na g e t h en e t w o r k sb a s e do nc o m p u t e r s ， c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya r eb o n d i n gt h ew h o l es o c i e t y t h et e c h n o l o g y r e v o l u t i o nh a sb e e nc h a n g i n gt h ew a yw el i v ea n dt h ew a yw ew o r k c h i n ai s a g r i c u l t u r e - d o m i n i o nc o u n t r y ；t h e r e f o r e ，i t sn e c e s s a r y t ot h ef a r m e r s t om a k eu s eo f t h e n e t w o r k s t h ep a p e rb e g i n sw i t ht h ed e m a n d so f t h ea g r i c u l t u r ei n f o r m m i o nn e t w o r k s ( a i n ) a n d d e s i g n e dac o m m u n i c a t i o np l a t f o r mw h i c h h o l d sp r o v i n c ea n dc i t i e sa n dc o u n t i e s t h e c o m m u n i c a t i o np l a t f o r mr e a l i z e st h eo as y s t e m ，i pp h o n es y s t e ma n dv i d e om e e t i n gs y s t e m t h en e t w o r km a n a g e m e n ta n ds y s t e ms e c u r i t ya r ea l s od i s c u s s e d t h ep a p e rm a i n l yi n c l u d e sd e m a n d sa n a l y s i s ，l a nd e s i g ni na g r i c u l t u r eo f f i c e ，c i t y p l a t f o r md e s i g n ，c o u n t yp l a t f o r md e s i g n ，i pp h o n es y s t e md e s i g n ，n e t w o r km a n a g e m e n t a n d n e t w o r ks e c u r i t ni pa d d r e s sd e s i g na n dr o u t i n gp r o t o c o ld e s i g n ，e t c a tp r e s e n t ，t h es y s t e mh a s b e e np u ti n t or e a l i t ya n df u r l se f f e c t i v e l y k e ye o r d s ：a g r i c u l t u r ei n f o r m a t i o nn e t w o r k s ，a g r i c u l t u r ei n f o r m a t i o nc o n t r o l ，l a n p r e c i s i o na g r i c u l t u r e 河北工业大学硕士学位论文 第一章前言 卜1 网络建设的必要性 卜i 一1 信息和控制技术在农业中的主要应用 农业现代化是相对于传统农业而言的，其实质体现了当代科学技术在农业上的综合应用，它是一 个历史的、动态的概念。在经历了原始农业、传统农业、工业化农业( 石油农业或机械化农业) 后，农 业正在进入以知识高度密集为主要特点的知识农业发展阶段，将现代信息技术、生物技术和一+ 程装备 技术廊用于农业生产的“精准农业( p r e c i s i o n a 鲥c u l t u r e ) ”，已成为发达国家面向2 1 世纪的现代知识 农业的重要生产形式，而信息和控制技术在精准农业中起着举足轻重的作用。 1 、应用于农情监测 农情监测的主要任务是监测耕地的变化、粮棉作物的面积、长势、灾害与产量。由于信息技术的 发展，“3 s ”技术( 即地理信息系统g i s 、全球定位系统g p s ，遥感技术p s ) 已经应用于全球的农情监 测。 1 ) 自然灾害监测 应用高科技改进自然灾害的预测预报与灾情评估方法，提高灾情的客观性与准确性，增强防灾、 抗灾能力已经越来越受到政府部门的重视与专家们的关注。“3 s ”技术为自然灾害动态监测与预测提供 了新的手段，在g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，地理信息系统) 技术支持下，可实现对遥感 获取的灾情信息与地面现实信息的有机结合，进行干旱、洪涝、森林灾情、雪灾、水土侵蚀、病虫害 等方面的动态监测。 2 ) 作物估产及生长动态监测 作物估产( 含长势监测) 历来就是人们十分关注的农业情报。美国于1 9 7 5 1 9 7 9 年完成了大面积作 物清查试验( l a c i 计划) 并在国内推行以l a n d s a t 的t m 资料为基础的面积框图抽样遥感估产取得成 功。我国于1 9 8 3 1 9 8 5 年就应用l a n d s a t 资料进行了小麦遥感综合测产研究，国家“七五”和“八五” 计划均将作物遥感估产列为国家科技攻关项目。近年来，应用“3 s ”集成技术对粮食产区的面积、单 位面积产量和总产量的估算试验研究和作物长势进行了动态预测。这些k 势监测和估产系统的研究为 农业生产的预测提供了重要的信息情报。 3 ) 农业环境监测 随着人口的增k ，人类对资源的掠夺式的开发造成了严重的环境问题。应用现代信息技术研究环 境监测，及时采集污染物数据指标，实施时空变化预报和动态监测，以改变农业生产的被动局耐。“3 s ” 技术和统计分析系统、专家系统构成一个强大的技术系统，这些应用现代信息投术动态监测系统的研 究能及时获取污染指标。分析、模拟污染状况，准确地为农业环境保护决策提供数据信息。 2 、农产品品质检测 我国加入w t o1 f 亓，农产品面临着国际化竞争，农产品能否进入国际市场，取决于产品品质的好坏。 挂于多层局域网的农业信息系统的研究和控制 冈此，农产品品质的检测就显得非常重要。1 9 9 5 年美国成功研制山m e r l i n g 高速高频计算机视觉水果 分级系统，州丁苹果、梨、桃等的水果的分等定级和晶质监测。应用现代信息技术开发的农产品品质 检测系统能够及时地检测产品品质质量指标，分析品质好坏。生产者根据这些信息及时地控制或调整 化学肥料利农药的施用，避免化肥和农药的不必要施用而造成在产品中的残留，影响产品品质。 3 、农业化学制品的施用检测 农业化学制品施用的效率直接影响农业生产的环境和经济效益。对农业化学制品的施削进行动态 监测，就是利用“3 s “技术来远程遥控适时、适量的化肥施用量。r o z8 0 i o k ( 1 9 9 8 ) 开发了应t i jg p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，全球定位系统) 和g i s 评价农业化学制品施用效率的方法利系统，并 进行初步试验研究。d k m o r r i s 和dr e s s 等研究开发了一个装备g p s 的液态有机肥施用系统，用于 控制肥料的施用鬣。 4 、在管理和经营决策中的应用 农业管理和经营决策中需要大量的具有地理坐标的数据，如气温、湿度、降水、太阳辐射、土壤 类型、地表水流、化肥和农药、侵蚀量等。以g p s 为基础，结合g i s 的集成技术的发展及其在农业中 的应朋，使精确、快速获取农业数据和处理地面信息成为可能，给农业管理决策提供了一个有效的1 ： 具。“3 s ”集成技术将模型与真实的数据连接起来，显示影响作物产量的因素，可以与农业模型结合进 行作物估产羊预测，规划农业生产，控制农药和化肥用量。 卜1 2 国外农业信息技术的发展 1 、国外农业信息技术的特征 农业信息技术主要包括计算机、信息存储和处理、通讯、网络、人工智能、多媒体、遥感、地理 信息系统、仿真与模糊模拟等。2 0 世纪9 0 年代以来，美国、日本、西欧等发达国家在农业信息化方 面发展很快，应用范围很广，使农业生产率得到大幅度提高。目前，欧美国家农业信息方面的发展己 进入产业化阶段，以美国、德国和日本为代表的发达国家在完成了农业工业化和农业机械化屙已经进 入农业信息化时代。首先得到发展的是全球性的农业科技文献信息网络，每年有1 2 0 0 种期刊，3 0 多 万篇文章入网。目前世界最大的农业中心网络系统是美国内布拉斯加大学的a g n e t 联机网络，美国4 1 6 的家庭农场、4 6 8 的奶牛场和5 2 的年轻农场主都装备有个人电脑，并连入各种农业网络。欧洲 的农业网络已进入实用阶段。日本的农林信息是通过日本电信电话公司承办和借助多种公众通讯网络 传输的。在发达国家，信息高速公路正迅速伸向农村，卫星数据传输系统已广泛被农业生产者应用。 在发达国家，信息技术在农业上的应用大致有以下方面：农业生产经营管理、农业信息获取及处 理、农业专家系统、农业系统模拟、农业决策支持系统、农业计算机网络等。农业中所应用的信息技 术包括：计算机、信息存储和处理、通讯、网络、多媒体、人工智能、3 s 技术等，概括而言具有以下 特征： 第一是网络化，各种形式的局域网和以信息高速公路为基础的网络用户增长迅速。在美国，众多 农业公司、专业协会、合作社和农场已普遍使用计算机及网络技术。政府每年拨款1 5 亿美元建设农业 信息网络，美国已建成世界最大的农业计算机网络系统a g n e t ，该系统覆盖了美国国内的4 6 个州，加 拿人的6 个省和美加以外的7 个国家，连通美国农业部、1 5 个州的农业署、3 6 所人学和大量的农业企 、啦。j ； 3 户通过家中的电话、电视或计算机，便可共享网络中的信息资源。英国也建立了覆盖全国的农 垂于多崖局域嗣韵舣业信息乐统自q 研究和控制 因此，农，“品鼎质的检测就显得非常重要。1 9 9 5 年美国成功研制出m e r l j n g 高速高频计算机视觉水粜 分级系统，用丁苹果、梨、桃等的水果的分等定级j n 品质监测。麻川现代信息技术开发的农产品- 昂质 检测系统能够及时地检测产晶品质质量指标，分析晶质好坏。生产者根据这些信息及时地控制或调整 化学肥荆和农曲的施用，避免化肥和农药的不必要施用而造成在产晶中的残留，影响产品品质。 3 、农业化学制品的施用检测 农业化学制品箍用的效率直接影响农业生产的环境弄l i 经济效益。对农业化学制品的施用进行动态 监删就是利用“3 s 技术来远稗遥控适时、适量的化肥施用量。r o zb u l o k 1 9 9 8 ) 升发了应崩g p $ ( g l o b a lp o s i t i o n l n gs y s t e m ，全球定位系统) 和g i s 评价农业化学制品施用效率的方法年系缝，井 进行初步试验研究。dk l u r r i s 和d h e s s 等研究开发了一个装备g p s 的液态有机肥旋用系统，用于 控制肥料的施片j 量。 4 、在管理和经营决策中的应用 农业管理利经营决策中需要大量的具有地理坐标的数据，如气温、湿度、降水、太阳辐射、十壤 类型、地表水流、化肥和农药、侵蚀量等。咀o p s 为基础，结合g i s 的集成技术的发展及其在农业中 的廊蹦，使精确、悦速获取农业数据和处理地面信息成为可能，给农业管理执荒提供了一个有效的工 具。“3 s ”集成技术将模型与真实的数据连接起来，显示影响作物产嚣的因素，可以与农业模型结合进 彳亍作物估产和预测。规划农业生产，控制农药和化肥用量。 i 一卜2 国外农业信息技术的发展 1 、国外农业信息技术的特征 农业信息技术主要包括计算机、信息存储和处理、通讯、网络、人上智能、多媒体，遥感、地理 信息系统、仿真与模糊模拟等。2 0 世纪9 0 年代以来，美国、日本、西欧等发达国家在农业信息化方 面笸展很快，应用范围很广，使农业生产率得到大幅度提高。目前，欧美国家农业信息方面的发展已 进入产业化阶段，以美国、德国和日本为代表的发达国家在完成了农业工业化和农业机械化后已经进 八农业信息化时代。首先得到发展的是全球性的农业科技文献信息网络，每年有1 2 0 0 种期刊，3 0 多 万篇文章入网。目前世界最大的农业中心网络系统是美国内布拉斯加大学的a g n e t 联机网络，美国4 l _ 6 的家庭农场、4 88 的奶牛场和5 2 的年轻农场主都装备有个人电脑，井连入备种农业网络。欧洲 的农业网络已进入实用阶段。日本的农林信息是通过日本电信电话公司承办和借勘多种公众通讯网络 传输的。在发达国家，信息高速公路正迅速伸向农村，卫星数据传输系统己厂泛被农业牛产者应用。 在发达国家，信息技术在农业上的应用_ 大致有咀下方面：农业生产经营管理、农业信息获取及处 理、农业专家系统、农业系统模拟、农业决策支持系统、农业计算机阿络等。农业中所应用的信息投 术包括：计算机信息存储和处理、通讯、网络、多媒体、人工智能、3 s 技术等。概括而言曼有以一f 特征： 第足网络化，各种形式的同域网和以信息高速公路为基础的网络用户增长迅速。在美国，众多 农业公司、专业协会、合作社王农场已普遍使用计算机及瞬络技术。政府每年拨款1 5 亿美元建没农业 信息网络美国已建成世界疑大的农业计算机网络系统a o n e ，该系统覆盖了茭固国内的4 6 个川，加 拿大的6 个省秆i 茭加以外的7 个国家连通美国农业部、1 5 个州的农业署、3 6 所大学和大量的农业企 业。川户通过家中的电话、电视或计算机，便可共享网络叶1 的信息资源。英国也建立了覆盖全国的农 业。川户通过家中的电话、电视或计算机，便可共享网络叶1 的信息资源。英国也建立了覆盖全国的农 2 河北工业大学碳士学位论文 业计算机网络a g r i n e t 。日本甲在1 9 9 4 年底就已开发农业网络4 0 0 多个，计算机在农业生产部门的普 及率已达9 3 ，日本政府还在实施一项意在2 1 世纪使所有农民拥有微机的“绿色大国”计划。这些 先进的计算机通信网络使农业生产者更为及时、准确、完整地获得市场信息，有效地减少了农q k 经营 的生产风险。 第二是综台化，农业信息化既有多项信息技术的结合，包括数据库技术，网络技术、计算机模型 库和知识库系统、多媒体技术、实时处理与控制等信息技术的结合，又有信息技术和现代科技，尤其 是农业科技的结合，如信息技术与生物技术、核技术、激光技术、遥感技术的日益紧密结合，使农产 品的生产过程和生产方式大大改进、农业现代化经营水平也不断提高。比如，欧美国家目前普遍看好 一种视频数据检索系统( v i d e o t e x ) 和电视数据检索系统( t e l e t e r t ) ，就是多媒体数据库技术、计算 机软硬件技术和网络通信技术的结合。 第二是全程化，信息技术应用不再局限于某一独立的农业生产过程或单一的经营环节莆i 某一有限 的区域，而是横向和纵向拓展。信息技术企业与农业生产、经营企业联系，科研单位与生产经营单位 甚至与用户联合，多学科专家协作的复杂工程越来越多。这些工程全面地改善了农业生产和经营中的 薄弱环节，不仅使发达国家农业的原有优势得到更充分的发挥，而且使其原有的劣势逐步改善以至消 失，极大地增强了发达国家农产品在世界市场上的竞争力。 农业数据库是农业信息化的重要基础项目，因此受到发达国家政府、企业和国际经济组织的普遍 重视。2 0 世纪7 0 年代第一代数据库技术诞生后，很快便在农业领域中应用。首先应用的是农业企业 中的财会管理，接着扩展到各方面。联合国粮农组织( f a o ) 、国际应用系统分析研究所( i i a s a ) 、世 界观察研究所( w i ) 及美国农业部( u s d a ) 等都投资建立了火量的农业生产数据库和农业经济数据库， 覆盖面遍及世界很多国家和地区。这些机构凭着这些数据库，发布、出版了大量有关世界农业生产、 农业经济、粮食短缺等重大问题的研究报告。在农业科学研究和农业信息服务方面，美国国家农业图 书馆( u s n a l ) 和美国农业部( u s d a ) 于1 9 7 0 年联合建立了农业文献联机检索数据系统( a g r i c o l a ) ： 联合国粮农组织7 - 1 9 7 5 年创建了农业科技参考资料数据库系统( a g r i s ) ；英联邦农业局开发包含有农 业科学以及生物、经济和社会有关的文献数据库系统( c a b i ) 。目前，a g r i c o l a 、a g r i s 和c a b i 是国 际公认的世界三大农业数据库系统，成为检索世界各国农业生产、科研、教育和推广情况的权威：工具。 2 、国外农业信息技术的成功经验 ( i ) 注重农业基础设施的信息化 一是农业基础设施的信息化。包括农田基本建设设施、农作物种子工程设施、农产品加r 与贮 藏设施、畜禽工厂化饲养设施、日光节能温室殴施、无土栽培设施、卫星遥感通讯设施等等。二是信 息化基础设施建设包括基础信息资源的开发和网络设施建设，其中信息资源开发利用是信息化的核 心内容。 ( 2 ) 科研、教育和推“三结合 通过三者的相互结合、紧密协作，为农业发展提供三个最基本的保证。目前，多种农业传媒( 计算 机网络、通讯、视听等载体) 网络正成为农民、农业科技推广人员和各农业部门获取农业科学知识、传 播推广实用技术、进行农业信息咨询服务的重要手段。 ( 3 ) 政府调控 农业信息化是一个涉及多部门、多学科的综合性工程。首先，政府必须重视此项工作并建立强有 力的领导体系，确定各部门的职责并分工协作；其次，在政策上保证农业发展的需要，嗣绕农业科研 3 基于多层局域网的农业信息系统的研究和控制 体制、投资结构、经费投入和实用技术研究进行政策调整，明确投资主体井保证基本投入：第三，建 立、健全农业信息化的法制、法规并注意立法监督，依法保证信息质量真实性、有效性及知识产权等， 维护农业信息化主体的权益并积极促进信息的共享。 卜1 3 国内农业信息技术的现状 我国1 9 7 9 年从国外引进遥感技术并应用于农业，首开信息化农业的先河。1 9 8 1 年中国建立第一 个计算机农业应用研究机构，即中国农业科学院计算中心，开始以科学计算、数学规划模型和统计方 法应用为主的农业科研与应用研究。1 9 8 7 年农业部成立信息中心，开始重视和推进计算机技术在农业 领域的试点和廊用。1 9 9 4 年以来，中国农业信息网和中国农业科技信息网的相继开通运行，标志着信 息技术在农业领域的应用开始迈入快速发展阶段。目前，信息技术在农业生产上的应用研究与推广取 得了一些成果，建起了一批农业综合数据库和各类应用系统。如利用计算机技术，对农作物的选种、 灌溉和施肥等不同管理环节进行优化处理后，向农民提供信息咨询，指导农民科学种田：对农作物病 虫害、产量丰欠等进行预测预报，帮助农药企业合理安排生产，辅助农民科学调整生产结构；对不同 类型的农业经济系统、士壤农作物大气系统等进行仿真，辅助农业管理者编制农业规划 l i 生 产计划；根据各种动物营养需求，生产最佳的饲料配方，帮助生产厂家和养殖户获得最火经济效益。 应当看到，当前我国农业信息化的工作虽然取得些进展，但仍然处于较低的水平上。全国只有 极少数的农户应用计算机辅助农业生产，广大的农村仍然是传统的经营生产方式。我国农业信息化t 作主要存在的问题有以f i , 点： 1 、农业信息组织与管理薄弱，缺乏主流渠道 我国农业信息网络的管理与服务机构很不健全信息传输渠道也不够通畅，没有形成由上而下、 上下贯通的农业信息主流渠道。在农业信息资源的开发利用方面，尚未建立起高效权威的农业信息服 务体系。 2 、农业信息迸村入户问题难以解决 发达国家的农业信息化进程，大多是通过终端电脑加互联网技术来实现的。这种方法具有方便、 快捷、信息量大和信息品种齐全等特点，是目前农民获取信息的最好方法。但它要求操作者必须有很 高的专业素质，而且配套设备也需要进行经常性的维护。在我国，由于国家财力和农民经济条件的限 制以及农民辨遍文化素质不高等原因，很难普及和使用现代化网络电脑终端：加之农民居住分散，海 多农村交通不便，给现代信息系统的建立与维护造成了很多困难。 3 、农民信息意识和利用信息的能力不强 信息资源作为一种战略资源的重要性还没有被大农民普遍认识。一些农民由于缺乏信息意识和 不会利用信息，面对千变万化的市场很茫然。在一些贫困地区，由于交通闭塞、居住分散，获取信息 十j 分困难，有的农民得到了一条所谓的致富信息就抓住不放，仓促上马等产品出米了，才知道信息 有误。还有一些基层组织由于缺乏对信息的分析和判断能力，盲目指挥农民调整产业结构，结果好心 办坏事，造成伤农务农事件频频发生，导致农村诸多矛盾的产生甚至激化。 要加速推进农业信息化，应从以f 几个方面入手： 1 、强化政府服务职能，为农业信息化提供有力的支持 4 河北工业大学硕上学位论文 农业信息化的发展离不开政府的支持与扶助，各级政府应提高对农业信息化建设重要意义的认识， 加大对农、l k 信息化建殴的资金和人力投入。大量的农业信息属于公益性信息，要依靠政府的力蚓：投资 开发利川，政府有责任有义务将掌握的信息及时传递给广大农民。政府除了收集发布公益性信息外 农业信息产品t 价格在近期内应从低定价，政府的财政投资导向应适当向提供农业信息的机构倾斜，给 予一定的补贴。 2 、建立高敏权威的农业信息服务体系，形成农业信息主流渠道 农业信息化要咀建设信息资源网为核心，搞好重点数据库项目及人型信息处理中心项目的建鼓， 建立高效权威的农业信息服务体系和信息搜集处理网络系统，形成农业信息主流渠道。 为农民提供可靠便捷的信息服务，是解决农民增收和农业增效问题的当务之急。要突出农民增收 这一主线，使农业信息服务和农民的切身利益挂钩，让农民从获取信息中得到实惠。要联系农业、农 村和农民信息需求多样化的实际，切实加强信息采集整理工作，要引导农户或组织专业人员开发利用 信息资源。农业信息的进村入户工作，要结台国情，积极而有效地进行，重点解狄好j 、大农村的信息 覆盖问题，使计算机网络和传统媒体在农村信息服务中优势互补，使农业企业和农户能用得上、用得 起。 3 、提高农民素质，增强农民利用农业信息的能力 中央一号文件强调注重农民培训，提高农民素质，增强农民技能，为农村可持续发展提供人力保 障。随着互联网的迅猛发展，了解和收集国内外农业信息变得越来越方便快捷，农民利用互联网能力 的提高也显得更为重要。农民是农业信息的主要利用者，农民素质的提高是增强农民信息意识飘i 利用 信息能力的关键。应尽可能地减少信息成本，降低价格并保证信息的质量，以此激发农民的信息需求 使农民通过利用信息，逐步改变传统的生产方式、生活方式、交往方式和思维方式。 1 - 1 4 农业信息网络建设的必要性 由于我国是一个发展中国家，经济基础相对落后，大规模的信息化基础建设投资远远低丁发达国 家，在此情况下，实现国民经济信息化，特别是农业信息化应该选择何种战略，是一个很值得研究的 问题。 根据我国信息基础设施状况和现有的发展水平，应该首先提供更多可用的资源和信息来促进用户 的需求，促进我国农业信息化的快速发展。这种路线符合我国的具体情况。首先，我国改革开放以前， 实行的是计划经济的体制，是一种从上到下的运作方式，长期以来的习惯要转变到完全的市场经济需 要一段过渡时间。因此，在推进农业信息化时，采取上级往下级推动这种路线可以得到较好的效果。 其次，在发展农业信息化时，既然已经估计到农业信息技术的潜在效益，那么首先发展的步骤就是促 进这种需求的形成。必须投入更多的力量去建设网络，使网络上展示各神有用的信息，去吸引更多的 网络j = ；j 户。进行农业信息网的建设必须依靠国家整体投资建设国家信息基础设施，结合我国的通讯基 础设施而形成全国性的信息网络。农业信息网络建设要充分的利用这些条件，由国家统一规划，统一 建设。在具体的建设方面，农业信息网应该放在基础性t 作和网站的建设上，提供更多更有用的信息， 实现农业信息化。 基于多层局域网的农业信息系统的研究和摔制 卜2 课题任务 实现有中国特色的精准农业和农业现代化是农业信息系统的设计目标。采用先进的计算机网络技 术，构建一个涵蔫省市县的网络通讯平台，承载办公自动化及农业信息发布、内部i p 电话和 视频会议等应删系统，实现数据、语音和视频的三网合一，作为精准农业和农业现代化的基础，是本 次课题研究的任务。具体如下： o i n t e r n e t 网络通讯平台设计； 网络管理及网络安全陛设计 i p 地址规划 路由协议规划 6 河北工业大学硕十学位论文 第二章农业信息网的需求分析 2 - i 农业系统职能简介 省农业厅是省政府主管农村经济和综合管理种植业、畜牧业、乡镇企业、饲料上业、农业机械化、 农产r 铺加工运销、农村科教、农村扶贫等工作的政府职能部门。 农业系统的政府部门主要具有以下职能： 贯彻执行党和国家有关农业和农村经济发展的方针政策、法律法规规章；依法拟定并组织实施本 省农业和农村经济发展的政策、法规和规章制度以及发展规划。 指导全省农村经济体制改革、农业社会化服务体系建设和乡村集体经济组织、合作经济组织建设； 稳定和完善农村基本经营制度、政策，调节农村经济利益关系：指导、监督减轻农民负担及耕地使圳 权流转工作。 组织全省农业产业化经营和火宗农副产品市场体系建设；协调菜篮予工程和农业生产资料市场体 系建设，协调农副产品的加工运销；研究提出主要农产品、重要农业生产资料的进出口建议；预测并 发布经济技术信息。 组织农业资源阮划、生态农业和农业可持续发展工作；组织实施农业各产业技术标准：组织重点 农业科研课题和技术推广项目的遴选和实施。 2 - 2 农业信息网现状 根据国家关于“政府上网”的相关文件要求，由省农业厅主办建立了农业信息网。为了使农业信 息网栏目更加完善，内容更加充实，为了使全省的农业系统形成“一盘棋”，这次网络建设的主要内容 就是形成全省骨干信息网络，更好的为全省农业服务。 省农业信息网站是由省农业厅主办、省农业信息中心承办的省级综合性大型农业信息网站，是农 业信息收集、整理、加工、发布的重要媒体。网站的主要内容包括；全省农业系统基本情况、农业科 技、实用技术、资源库、政务信息、政策法规、推荐企业、农业新闻、农情快递、植保、种子、土肥、 名优产品、农产品市场及供求信息、网上书城等栏目。目前已与中国农业信息网、各省农业网站、农 业高等院校网站、省内各地市的部分农业网站以及部分县级农业门户网站做了链接。每天都及时发布、 更新人量农业信息，受到社会各界的普遍肯定。 但是，农业信息网的主要服务对象是广大的农民朋友，他们对农业政策、农产品的市场及供求信 息、农业技术等的需求最为渴望。而目前农业信息网站的信息采集、信息传递和发布还没有形成网络 7 皋于多层局域网的农业信息系统的研究午门控制 化，基础网络还没有覆篇到全省的广大城乡，建殴全省的农业信息基础网络系统势在必行，只有这样， 才能更贴切的接触， 大农民，服务广大农民，这是实践“三个代表”、为广人农民服务的落脚点，只有 这样，才能达到农业信息网宣传农业政策、服务农民、引导农业产业结构调整这一最根本的目的。 2 - 3 农业信息网建设需求 农业信息网r 程建设是一项涉及到方方面面的综台性网络工程，其主要包含综合布线系统、基础 网络系统、服务器应用系统、安全系统及网络管理系统等。 1 、综合布线系统 综合布线系统是网络建设的基础，只有合适的布线系统才能保证整个网络系统顺利建设和实现。 综合布线系统的范围涵盖整个农业信息网涉及到的各个站点，包括省农业厅、各地市农业局以及试点 的县农业局。综合布线要求满足i o 1 0 0 1 0 0 0 m 以太网传输的要求。 2 、网络系统 网络系统的设计应能满足如f 要求： 性能要求：保证网络传输速率和吞吐能力满足多业务发展的需求； 安全性要求：保证数据传输、数据存储的安全性，防止非法用户侵入网络系统； 开放性要求：支持t c p i p 协议，以便系统能与其它网络互联，具有良好的开放性： 可靠性要求：网络系统应具有较强的容错能力和故障恢复能力： 可管理性要求：网络系统应具有良好的可管理性、可靠性，并具有可扩展性； 先进性要求：用于联网的通信殴备，主要包括路由器和交换机等，均应考虑采_ = l j 目前最 新的技术。 3 、服务器应用系统 服务器处于c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户机服务器) 或b s ( b r o w s e r s e r v e r ，浏览器n 务器) 应 用体系结构的关键地位，它的作用是通过网络按需要为客户机提供各种服务。根据省农业信息网络建 设的相关要求。服务器系统应满足如下需求： 服务器机型必须选择当前国际上先进的、有生命力的机型，要具有较高的性能价格比； 服务器系统必须符合标准化、开放式系统互连的原则，易于开发维护，还具有较强的网 络通信、数据库管理功能和较强的可扩充能力： 服务器的设计必须确保其高效、可靠及安全( 如：带e c c ( e r r o r c h e c k i n ga n dc o r r e c t i n g ， 错误检查和纠正) 校验、r a i d ( r e d u n d a n ta r r a yo fi n e x p e n s i v ed is k s ，廉价磁盘冗余阵 列) 冗余技术、热插拔硬盘等) ，同时又要大大简化维护工作； 8 河北t 业大学硕上学位论文 e b b 务器在设计上应采用模块化及通用化设计，易于扩充，以胜任网络及其应用的扩展； 系统软件( 包括操作系统币i 数据库软什等) 必须是当前成熟的产d 自，并且具有较高安全 级别。 4 、安全系统 根据农业信息网建设的实际情况，为了保证整个网络的止常运行，系统安全要求从如下方面米考 虑： 1 ) 基础安全措施 内部局域网按照部门或职能的设置进行v l a n ( v i r t u a ll a n ，虚拟局域刚)的划分，同时v l a n 之间通过三层路由交换进杼通信，并在v l a n 之间可阻通过访问控制列表方式实现v l a n 之间的访问控 制。 农业信息网络系统与i n t e r n e t 连接时，安装防火墙以实现网络与i n t e r n e t 隔离：建立入侵检测 系统、防病毒系统、漏洞扫描系统、访问控制系统、w e b 页面保护系统等；在操作系统中采用用户、 口令等进行权限控制，同时对操作系统进行补j + 升级；对数据库系统和应用系统进行安全机制设置， 拒绝非法用户进入系统和合法用户的越权操作。避免系统遭到破坏，防i h 系统数据遭到窃取和篡改： 进行数据备份等。 2 ) 信息安全措施 根据网络建设情况，对安全要求级别较高的信息采取相应的信息安全措施，如加密传输、证【 认 证服务、授权管理服务等。 5 、网管系统 农业信息网网络涉及到全省1 1 地市和4 0 个县，而且又有水利局、畜牧局等农业对口单位接入， 规模庞大，设备众多，同时与i n t e r n e t 相连，应用系统较为复杂且涉及面广，包括o a 系统、农业信 息系统以及视频会议系统、i p 电话系统等，为了保证网络、应用系统的正常运行。要求建立一套良好 的网络管理系统，同时还应配备专门的网络管理人员进行系统管理、维护。网管人员可以通过网管工 作站对网络的拓扑结构进行管理，对网络设备、主机系统和应用系统等进行优化配置，通过网管软件 可以对网络设备、主机和应用系统的性能、故障等进行远程配置和监控管理。 9 基十多层局域网的农业信息系统的研究和控制 第三章设计原则及总体规划 3 - 1 系统建设的设计思想 省农业信息网设计方案的总体设计思想是运用控制理论的思想，力求为农业信息系统提供一个先 进、灵活、可靠、基于标准的多业务通信平台，使得积业信息系统能够基于这个平台。实现一系列的 、比务应用和多媒体廊用，并适廊术来技术发展的要求，满足今后新的业务需求，为今后能够迅速加载 新的业务打好基础。 3 一卜l 控制理论思想在系统研究中的运用 随着机电一体化、控制和通讯等技术的发展，现代农业对其依赖程度越来越深。为了综合管理日 益繁杂的农业系统，就需要系统、科学的理论方法来指导。由此产生了一个前景广阔的研究领域 精准农业技术，其目标就是通过先进的传感器技术、网络技术、控制论等手段来进行数据采集、存储、 处理，以提高农业的生产率，提供高质量的农产品，并充分利用自然资源和保护生态环境，以实现农 业的可持续发展。 所谓精密农业就是以机电一体化技术、控制理论、网络通信技术等信息处理技术为基础，根据不 同地区的作物、土壤、天气进行生产。首先，在县、市、省分别建立局域网，在县级网络中，通过设 置的小型气象站对土壤、作物、天气等信息进行采集，进行简单的数据处理后，传入市级网络；市级 网络汇总县级数据，将数据进行处理后，通过专家系统指导本区域的农业生产；市级网络同时将数据 传送到省级网络；省级网络配备有大规模的并行处理计算机和大容量的磁盘阵列，在综合了市场信息 之厉，通过专家系统对数据进行处理，以此来指导整个省的农业生产，如图3 1 所示。 0 土壤、天气等市场信息 图3 1 控制思想的应用 河北t 业大学硕士学位论文 3 - 1 2 网络设计思想 1 、网络的可扩展性”1 由于省农业信息系统的业务需求近几年处于初步发展状态，从用户预测看，全网将为全省农业系 统各部门提供各种高速的网络服务，几年以后用户的发展和业务种类、带宽要求将高速增氏，这种业 务趋势要求网络必须具有很好的可扩展性，以适应不断增陡的业务需求，保护本次网络的建设投资。 网络的可扩展性包括；骨干交换节点设备的容量可扩展性，用户端口的可扩展性和中继带宽f 【| 勺可 扩展性以及网络覆盖的可扩展性。 交换设备的可扩展性从i n t e r n e t 网络的发展来看，网络的容量增长 f 常迅速，互联网的快 速发展带动各种网络应用的快速发展，因此要求建设省农业信息网络平台的骨干网络设备应具有良好 的可扩展能力。 端口的可扩展性省农业信息系统网络平台组建伊始，由于业务量及用户都处在发展的初划， 端口和模块可以相应配置的较少，随着业务量的不断增长，在已有网络上增加模块和端口以适应业务 需求要简单易行。因此要求网络设备具有较强的端口扩展性，从而使网络易于适麻业务增长的需求。 中继带宽的可扩展性在广域网络中中继带宽是十分珍贵的资源，建设初期中继带宽不必太 高，以仃省投资：而当用户增多、业务需求增大时，能够平滑升级中继带宽是十分重要的。 网络覆盖的可扩展性农业信息系统网络平台要涵盖省、市、县农业及农口各部门，这就需要 在网络建设初期必须思想统一，对全网做一个全盘的规划和设计，包括对i p 地址的规划和协议的规划。 2 、网络的先进性 评价网络的先进性应该从两方面看，一是选用的技术符合网络发展的潮流，并且具有较大的发展 空间，二是选用的产品不仅能满足当前的需要，并可以保证一定的发展空间。网络的先进性决不是最 新技术和最昂贵设备的堆积，网络的先进性体现在选择适合农业系统特点的应用技术和设备上。 3 、网络的安全性 ( 1 ) 网络系统和管理信息系统，应具备完善的安全保护措施和严格的用户权限管理功能。 ( 2 ) 网络系统对外有完备的安全防范措施，建立符合标准的防火墙，能够有效地防范外来非法用 户的入侵，能够有效地防止失密情况的发生。 基于多层局域网的农业信息系统的研究干兀控制 l 、农业信息网站点问互连 3 - 2 网络平台的总体结构 农业信息网的建设目的是提供基于i p 协议的数据业务，并在数据业务的基础上实现其他网络应 h = f 。现在国家农业部到省农业厅站点的线路已经开通，根据省农业厅的要求，从省到各地市的连接使 州全省农业系统专用网络平台，通过省、市、县三级联网的方式实现全省农业信息网整体连接。 省农业信息中心为根节点，1 1 个地级市农业局和省属农口单位为二级节点，县农业局和市属农口 单能为三级节点，网络拓扑的示意图如图3 2 所示： 图3 2 农业信息网络拓扑示意图 f i g 3 2t h ef i g u r eo f a g r i c u l t u r ei n f o r m a t i o nn e t w o r k 从根节点到二级节点采用s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，同步数字体系) 2 me 1 线路连接， 从二级节点到三级节点也通过s d he l 连接，对于大型农贸市场以及涉农企业等省级信息采集点也可以 通过s d he 1 或d d n 专线与省农业信息中心相连。 采用此结构模式具有以下优点： 上f 级单位仃点z 间的连接都是直接连接，减少中间环节，可以较好的保证内部信息的上传r 达 的可靠性、安全性以及保密性；将来与农业部以及和其它系统连接，形成一个大型的t 型网络时更容 易以一个统一的整体快速接入，并且在安全控制方面更具严密性。 2 、农业信息网与i n t e r n e t 的连接 农业厅网络定义为政府网络，按照农业信息网的政务外网进行规划和建设，政务外网要求和 i n t e r n e t 逻辑隔离。为减低网络安全风险、便于安全管理，在农业信息网中设置全省统一出口与 2 河北丁业大学硕士学位论文 i n t e r n e t 互连，并采用严格的防火墙等措施保证信息安全。政务外网可以运行业务应用系统，但不得 进行涉密文什的传输。 3 、农业信息网与农业部的连接 糨【p 信息网通过i ! 星通讯方式与农业部和其它部委相连。 4 、网络连接与网络服务 农业信息网由各单位的内部局域网和广域网接入组成，在省农业厅设置全省的网络中心年数据中 心，实现1 1 个地市农业局和1 0 个省直农业对口单位2 me 1 接入；建设1 1 个地市的农业局局域网以及 地市农、l p 局的广域网接入平台，实现县农业局的专线接入；在全省4 0 个县建设县级试验平台，利用 2 me l 连接到市农业局，并在县农业局建设局域网；在省中心，农业信息网经过防火墙接入到i n t e r n e t ， 农业信息网网络的其他节点不与i n t e r n e t 发生任何连接。 5 、网络应用及服务带宽 在农业信息网规划建设的省、市、县三级网络中，省中心到赢属农口单位和地市农业局规划的都 是“三网台一”的构建模式，即可以实现真正意义的语音、数据和视频会议融合在一个统一的网络平 台上通过网络同时实现数据传输、电话传送并可以同时召开全网范围内任意规模的视频屯话会议： 从地市到县的网络体系要求可以同时传输语音电话和数据应用；乡镇一级应用只要求传输数据。 1 ) 远程视频会议系统设置 在省中心设置视频会议的中央控制单元( m c u ，m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ) ，实现对各个会场的控制。 视频终端系统作为一种标准的网络终端，直接连接到网络上，视频终端的连接不受位置的限制。视频 会议系统的使用非常简单，点到点的视频电话像打普通电话一样直接拨号对方应答即可建立电视电话， 多点的视频会议需要会议的参与者共同拨叫一个共同的号码或者一点组织呼叫其它点，会议过程甚至 无需中心操作人员的介入。 2 ) 内部i p 电话系统设置 农业信息网的内部语音系统是基于网络的内部i p 电话系统。农业厅和市、县农业局的i p 电话网 芙( p b x ，p r i v a t e b r a n c h e x c h a n g e ) 都通过s d he 1 线路进行连接，组成一个专用的点对点方式的i p 电话网络。 通过内部专网电话系统，可以节约大量的系统内长途通话费用，而且将1 1 位的长途电