基于物联网的水产养殖管理系统的研究与设计_毕业设计论文

1、 京 江 学 院JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 毕 业 论 文基于物联网的水产养殖管理系统的研究与设计Research and design of the aquaculture management system based on the Internet of things 基于物联网的水产养殖管理系统的研究与设计摘要：传统水产养殖业以牺牲自然环境资源和大量的物质消耗等粗放式饲养方式为主要特征，经济效益低而且污染水体环境。越来越多的现代化养殖方式，如网箱养殖、流水养殖等，立体利用水域、水陆复合生产的生态渔业

2、，以保持渔业资源可持续利用的技术开始得到广泛的应用。物联网技术的开展为智能水产养殖的产生创造了条件。基于智能传感技术、计算机集成控制等物联网技术的智能水产养殖系统，集数据、图像实时采集、GPRS无线通信技术、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体，通过对水质参数的准确检测、数据的可靠传输、信息的智能处理以及控制机构的智能化自动控制，实现水产养殖的管理。物联网水产养殖管理系统是面向水产养殖集约、高产、高效、生态、平安的开展需求，可实现水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能处理、预警信息发布、决策等功能的现代化水产养殖管理系统。它支持远程自动控制，更利用了当今流行的WEB技术来开

3、发。养殖户可以通过 、浏览器等信息终端，实时在线掌握养殖水质环境信息，及时获取异常报警信息及水质预警信息，并可以根据水质监测结果，实时自动地调整控制设备，实现水产养殖的科学养殖与管理，最终实现节能降耗、绿色环保、增产增收的目标。 关键词：水产养殖；物联网；传感器；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 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358112166 第一章 绪 论 PAGEREF _Toc358112166 h 1 HYPERLINK l _Toc358112167 1.1 物联网技术开展状况 PAGEREF _Toc358112167 h 1 HYPERLINK l _Toc358112168 1.2 国内外物联网水产养殖的技术现状 PAGEREF _Toc358112168 h 2 HYPERLINK

12、l _Toc358112169 1.3 论文课题的工程背景 PAGEREF _Toc358112169 h 3 HYPERLINK l _Toc358112170 1.4 论文研究的主要内容 PAGEREF _Toc358112170 h 4 HYPERLINK l _Toc358112171 第二章 物联网的相关技术介绍 PAGEREF _Toc358112171 h 5 HYPERLINK l _Toc358112172 2.1 物联网概念及介绍 PAGEREF _Toc358112172 h 5 HYPERLINK l _Toc358112173 2.1.1 物联网体系架构 PAGERE

13、F _Toc358112173 h 5 HYPERLINK l _Toc358112174 2.1.2 物联网感知层 PAGEREF _Toc358112174 h 6 HYPERLINK l _Toc358112175 2.1.3 物联网网络层 PAGEREF _Toc358112175 h 7 HYPERLINK l _Toc358112176 2.1.4 物联网应用层 PAGEREF _Toc358112176 h 8 HYPERLINK l _Toc358112177 2.2 基于Zigbee技术的无线传感器的简介 PAGEREF _Toc358112177 h 8 HYPERLINK

14、 l _Toc358112178 2.2.1 无线传感器网络 PAGEREF _Toc358112178 h 8 HYPERLINK l _Toc358112179 2.2.2 Zigbee技术 PAGEREF _Toc358112179 h 9 HYPERLINK l _Toc358112180 2.2.3 Zigbee技术在系统中的作用 PAGEREF _Toc358112180 h 9 HYPERLINK l _Toc358112181 2.3 GPRS无线通信技术概念及简介 PAGEREF _Toc358112181 h 9 HYPERLINK l _Toc358112182 2.3.

15、1 GPRS相关技术 PAGEREF _Toc358112182 h 10 HYPERLINK l _Toc358112183 GPRS的网络结构 PAGEREF _Toc358112183 h 10 HYPERLINK l _Toc358112184 2.3.3 GPRS协议模型 PAGEREF _Toc358112184 h 11 HYPERLINK l _Toc358112185 2.3.4 GPRS在系统中的作用 PAGEREF _Toc358112185 h 12 HYPERLINK l _Toc358112186 2.4 本章小结 PAGEREF _Toc358112186 h 1

16、2 HYPERLINK l _Toc358112187 第三章 水产养殖管理系统的总体设计及其功能 PAGEREF _Toc358112187 h 13 HYPERLINK l _Toc358112188 3.1 物联网水产养殖管理系统的设计流程 PAGEREF _Toc358112188 h 13 HYPERLINK l _Toc358112189 3.2 系统的功能及其特点 PAGEREF _Toc358112189 h 15 HYPERLINK l _Toc358112190 3.2.1 养殖管理系统功能模块 PAGEREF _Toc358112190 h 15 HYPERLINK l

17、_Toc358112191 3.2.2 养殖管理系统特点 PAGEREF _Toc358112191 h 15 HYPERLINK l _Toc358112192 3.3 系统布局 PAGEREF _Toc358112192 h 16 HYPERLINK l _Toc358112193 3.3.1 数据中心 PAGEREF _Toc358112193 h 16 HYPERLINK l _Toc358112194 3.3.2 软件平台 PAGEREF _Toc358112194 h 16 HYPERLINK l _Toc358112195 3.3.3 硬件设备 PAGEREF _Toc35811

18、2195 h 16 HYPERLINK l _Toc358112196 3.4 本章小结 PAGEREF _Toc358112196 h 16 HYPERLINK l _Toc358112197 第四章 WEB开发的相关技术 PAGEREF _Toc358112197 h 17 HYPERLINK l _Toc358112198 4.1 C/S模式体系架构 PAGEREF _Toc358112198 h 17 HYPERLINK l _Toc358112199 4.1.1 传统的两层C/S 模式 PAGEREF _Toc358112199 h 17 HYPERLINK l _Toc358112

19、200 4.1.2 三层C/S 模式 PAGEREF _Toc358112200 h 17 HYPERLINK l _Toc358112201 4.2 WEB开发中用到的技术 PAGEREF _Toc358112201 h 19 HYPERLINK l _Toc358112202 4.2.1 开发语言综述 PAGEREF _Toc358112202 h 19 HYPERLINK l _Toc358112203 4.2.2 MySQL数据库的选用 PAGEREF _Toc358112203 h 20 HYPERLINK l _Toc358112204 4.2.3 Servlet简介 PAGERE

20、F _Toc358112204 h 21 HYPERLINK l _Toc358112205 4.2.4 JSP 简介 PAGEREF _Toc358112205 h 21 HYPERLINK l _Toc358112206 4.2.5 TOMCAT 简介 PAGEREF _Toc358112206 h 22 HYPERLINK l _Toc358112207 4.3 本章小结 PAGEREF _Toc358112207 h 23 HYPERLINK l _Toc358112208 第五章 系统的设计与实现 PAGEREF _Toc358112208 h 24 HYPERLINK l _Toc

21、358112209 5.1 MyEclipse介绍 PAGEREF _Toc358112209 h 24 HYPERLINK l _Toc358112210 5.2 数据库设计 PAGEREF _Toc358112210 h 24 HYPERLINK l _Toc358112211 5.2.1 数据库设计 PAGEREF _Toc358112211 h 24 HYPERLINK l _Toc358112212 5.2.2 概念模型设计(E-R图) PAGEREF _Toc358112212 h 25 HYPERLINK l _Toc358112213 5.2.3 数据库表及关系建立 PAGER

22、EF _Toc358112213 h 26 HYPERLINK l _Toc358112214 5.2.4 详细数据库结构设计 PAGEREF _Toc358112214 h 26 HYPERLINK l _Toc358112215 5.3 系统模块详细设计 PAGEREF _Toc358112215 h 27 HYPERLINK l _Toc358112216 5.3.1 用户模块设计 PAGEREF _Toc358112216 h 28 HYPERLINK l _Toc358112217 5.3.2 模拟显示模块设计 PAGEREF _Toc358112217 h 29 HYPERLINK

23、 l _Toc358112218 5.3.3 后台管理模块设计 PAGEREF _Toc358112218 h 30 HYPERLINK l _Toc358112219 5.4 软件界面设计 PAGEREF _Toc358112219 h 30 HYPERLINK l _Toc358112220 5.4.1 养殖户登录页面 PAGEREF _Toc358112220 h 32 HYPERLINK l _Toc358112221 5.4.2 登录失败页面 PAGEREF _Toc358112221 h 32 HYPERLINK l _Toc358112222 5.4.3 养殖户注册页面 PAGE

24、REF _Toc358112222 h 33 HYPERLINK l _Toc358112223 5.4.4 池塘信息页面 PAGEREF _Toc358112223 h 33 HYPERLINK l _Toc358112224 5.4.5 报警页面 PAGEREF _Toc358112224 h 34 HYPERLINK l _Toc358112225 5.4.6 趋势图页面 PAGEREF _Toc358112225 h 34 HYPERLINK l _Toc358112226 5.5 本章小结 PAGEREF _Toc358112226 h 35 HYPERLINK l _Toc3581

25、12227 第六章 总结及展望 PAGEREF _Toc358112227 h 36 HYPERLINK l _Toc358112228 6.1 总结 PAGEREF _Toc358112228 h 36 HYPERLINK l _Toc358112229 6.2 展望 PAGEREF _Toc358112229 h 36 HYPERLINK l _Toc358112230 致 谢 PAGEREF _Toc358112230 h 37 HYPERLINK l _Toc358112231 参 考 文 献 PAGEREF _Toc358112231 h 38第一章 绪 论物联网水产养殖管理系统架构

26、和功能随着物联网技术迅速开展，基于物联网的设施渔业信息化已经成为设施渔业生产向集约、高产、高效、优质方向开展的重要推动力。物联网利用ZigBee无线网络技术组成无线传感器网络，感知养殖场的水质情况，例如温度、溶解氧浓度、PH值等，将这些数据实时发送至物联网网关。网关将养殖场的环境数据利用3G模块或GPRS模块发送至控制中心的效劳器，效劳器利用专家管理系统依据水产品的生长模型结合人工智能技术向网关发送控制指令，网关依控制指令利用控制箱驱动电机采取动作调节养殖场的水产品的生长环境，从而利于水产品生长。物联网网关留有摄像头接口，能够根据用户需求将生产现场的图片或者视频发至控制中心效劳器，效劳器上部署

27、软件并接入Internet网络，用户可以利用个人电脑或者 登录到效劳器，查询养殖水域内外环境数据、浏览生产现场图片、观看现场视频，还可以远程控制各种生产设备。当养殖场环境异常时，除了效劳器中的专家系统发出指令驱动电机调节环境如增氧机增加溶解氧，控制中心的告警箱也能够发出声光告警，效劳器向相关人员发出告警短信。控制中心内的显示器或者大屏幕上能够显示各个传感器的工作状态、读数、现场图片等信息。因此，物联网技术能够实现设施渔业养殖的动态实时监管、数据统计分析、科学决策、预警及风险控制、专家咨询等生产过程的科学化、数字化。1.1 物联网技术开展状况 “物联网(IOT，Internet of Thing

28、s)也叫“传感网，是“传感网在国际上的通称；它是指物体通过装入各种信息传感设备，比方射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器或其它方式进行连接，然后与互联网或移动通信网络结合起来最终形成一个巨大的智能网络，通过电脑或 实现对物体的智能化管理。物联网的核心和根底仍然是互联网，它是在互联网根底上的延伸和扩展。然而，物联网将网络连接延伸到任何物体之间，物联网比互联网更为庞大。这些物体通过各种信息传感设备与互联网连接在一起，进行更为复杂的信息交换和通信。因此，物联网的开展目标是：全面感知、可靠传送及智能处理。在物联网中，物品(商品)能够彼此进行“交流，而无需人的干预。物联网产业链

29、可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。终端感知、网络连接及后台运算，是物联网三大关键技术，而终端感知是物联网三大关键技术的根底。物联网可广泛应用于城市公共平安、工业平安生产、环境监控、智能交通、智能家居、公共卫生、健康监测等多个领域，让人们享受到更加平安轻松的生活；正日益成为备受全球社会各界共同关注的热点和焦点。物联网的开展从概念到技术研究、试点实验阶段，已经取得了突破性进展。伴随国家和企业，政策和资金的大力支持，政策、金融、研发机构、人员四大环境的不断增强和投入，物联网将会顺应生产力变革的要求不断开展下去。

30、作为物联网行业关键的参与者，国内三大电信运营商正在积极承接国家战略，充分利用自有优势资源，对既有产品进行挖掘、对新产品进行探索，努力开发物联网产品；同时，发挥运营商产业链职能，参与标准制订、技术研究与产品开发、市场推广，积极推动物联网产品的开展。如今，促进中国物联网开展的政策、产业环境以及支撑其运行的网络根底正在逐渐完善，中国物联网开展已拥有了良好的根底，将进入开展快车道，中国物联网开展前景良好。但同时仍存在本钱、技术标准、关键核心技术攻关、成熟商业模式建立等问题，物联网的秋天还需要时日，物联网的开展任重而道远。1.2 国内外物联网水产养殖的技术现状从整体上看，水产养殖是一个由“环境气候水生技

31、术等多个子系统的时间序列相对清楚的复杂系统，各子系统及其因素之间变现为互相交叉的网络联系，单凭人的经验和操作是无法有效准确的掌控这一系统。而目前计算机技术，特别是由人工智能、互联网、传感器技术组合而成的物联网技术开展非常迅猛，成为科技革命的一大主流。可以相信，借助于先进的计算机管理技术建立的辅助水产科学养殖决策系统将会是水产养殖获得更高、更稳的经济效益。2010年8月12日，江苏省宜兴市高塍镇某养殖户，根据蟹塘内水质智能传感器传来的实时监测数据，通过 及时遥控启动了蟹塘内的增氧泵。专程从北京赶来的中国农业大学信息与电气工程学院博士生导师李道亮教授，详细观察了这套水产养殖环境智能控制系统的运作情

32、况，并给予了充分肯定。2021年3月，在国家农业部、省和无锡市相关部门支持下，宜兴市农林部门联合鹏鹞生态农业，与中国农业大学合作建立了江苏省首个物联网水产养殖基地。在5户试点农户计1000亩河蟹养殖池内，他们安装了13个水质参数采集点、5个无线控制点、5个GPRS设备，配备了一座小型气象站、设立了一个监控中心。宜兴移动公司还专门架设了3.8公里的电线杆，为该基地接入了专用光纤。水产养殖环境智能监控系统是基于智能传感技术、智能处理技术及智能控制技术等物联网技术开发的，集数据、图像实时采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体的现代化水产养殖支撑系统。示范基地采用的水产养殖环

33、境智能监控系统，可以对蟹塘内的溶解氧、P H值、水温等进行在线监测，及时调节水质，预测各种病情发生，使水产品在最适宜的环境下生长，到达增产、节能、省工、适时用药、减少环境污染等效果。据宜兴市农林部门测算，采用这套系统后，每亩河蟹养殖水面监控本钱约400元，每亩增产约10%15%，亩均增效可达1000元左右，且减少了水产养殖对周边水体环境的污染。国外方面，厄瓜多尔有研究把物联网与水产养殖中虾病害早期诊断，通过GIS的统计，分析出虾病害的开展状况、趋势，并做出及时措施，可有效的减少虾病害带来的经济损失。苏格兰有研究利用物联网技术来实时监控鱼虾养殖中对不同地区发散私聊和鱼虾排泄物的污染程度，并得出模

34、型预测，预测模型的校验准确率到达了58.1%。总得来说，目前中国利用物联网技术对农业系统上的信息采集已经去的比较大的进步，但是技术跟国外相比，还是有比较大的差距。1.3 论文课题的工程背景随着人们生活水平的提高，水产品的需求量越来越大，水产养殖的用户越来越多，规模也越来越大，种类也越来越丰富。传统的养殖方式一般是根据观察鱼或虾等浮头情况来判断水中是否缺氧，根据水中的混浊度来判断水中的氨氮等多种成份的含量，根据经验来判断水中的PH值及水温，需要人工来开启增氧设备。然而随着养殖规模的不断扩大，这种传统的养殖方式所出现的问题越来越多：影响水产养殖环境的关键参数就是水温、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亚硝

35、酸盐、PH等，这些关键因素既看不见又摸不着很难准确把握，靠经验来判断误差非常之大，再加上养殖规模越来越大，靠这种传统的方式显得越来越力不从心，稍有不慎就会导致重大损失。为此我们需要开发一套人工智能的，方便养殖户操作，实现无人化24小时监控，能够实时查询水产品信息的水产养殖管理系统。物联网水产养殖系统是面向水产养殖集约、高产、高效、生态、平安的开展需求，基于智能传感、无线传感网、通信、智能处理与智能控制等物联网技术开发的，集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能处理、预警信息发布、决策支持、远程与自动控制等功能于一体的首选技术，所以开发这一系统具有很高的经济和使用价值。这一技术能将我国水

36、产养殖业推向世界的新顶峰。1.4 论文研究的主要内容本文主要研究面向工程需求的一种可行的解决方案，侧重于物联网系统中应用层的设计和实现，对于物联网的感知层和网络层相关的技术只做简要介绍。针对工程特点，通过JAVA语言编写的程序来模拟对养殖户水质参数的采集和入库，再利用WEB开发相关知识和技术，将数据库中的养殖户信息和水质参数进行相关的操作和管理。论文结构大体如下：第一章是绪论，给出了课题的背景，物联网水产养殖的技术现状、开展状况，选题的意义以及课题研究任务和主要内容。 第二章主要介绍物联网的整体结构和感知层、网络层中运用到的相关技术进行简要的的介绍。第三章对物联网水产养殖管理系统的总体设计及完

37、成功能进行介绍。第四章关于对WEB开发的相关技术和优点行讨论第五章先介绍MYECLIPSE开发工具和MYSQL数据库，对水产养殖管理系统进行软件设计，并对其进行仿真。 第六章总结及展望，对整个系统的设计及仿真进行总结，并对未来进行展望。第二章 物联网的相关技术介绍2.1 物联网概念及介绍物联网原理只是国际电信联盟所提出的一个概念，麻省理工学院的Auto-ID研究中心在1999年提出物联网的概念:利用射频识(Radio Frequency Identification, RFID)与条码等信息传感设备将所有的物品和互联网连接,从而实现智能化的管理与识别。2021年美国在IBM的提议下，正式的把物

38、联网投入国家战略。在2021年的两会期间,物联网被写进了政府的工作报告当中,从而物联网成为五大新兴国家战略产业之一，2021年10月的?国务院关于加快培育和开展战略性新兴产业的决定?中,物联网也被列为战略性的新兴产业。所以说物联网成为了继计算机、互联网之后第三次世界信息产业革命。 物联网体系架构物联网的根本体系架构(DCM)主要由三层构成：感知层、网络层和应用层。感知层是物联网开展和应用的根底，本层由各种具有感知能力的设备组成，物联网中由本层负责物体的识别和信息采集，实现全面感知的功能。网络层由各种通信网络和互联网融合而成，本层负责将感知到的数据进行分类、会聚、处理，并能够可靠传输出去。应用层

39、那么将物联网技术与各种行业专业技术相结合，为不同的用户提供各种应用，例如智能交通、环境保护、公共平安、平安家居、工业监测、个人健康、军事侦察等如图2-1所示。物联网感知层存在大量的传感器，这些传感器组成许多传感器网络，而传感器网络感知的数据又需要传递到网络层，由网络层的广域网络传送出去。因此，网关在物联网时代将扮演非常重要的角色，利用物联网网关可以实现传感器网络与广域网之间的协议转换，从而实现信息广域互联。在互联网中，网关又称网间连接器或协议转换器，它工作于传输层，用于两个高层协议不同的网络互连。在物联网中，网关主要用于无线传感网与现有通信网络的互联。作为连接传感器网络和传统通信网络的桥梁，物

40、联网网关应具有如下功能：a.多种接入能力：网关需要具备接入多种现有通信网的能力，这些通信网包括：2G/3G/4G移动通信网络、无线局域网、有线网络。因此，网关必须具备相应网络的接口和软硬件的接入能力。b.协议转换能力：物联网中传统网络和传感器网络需要相互交换信息，物联网网关需要在它们之间提供协议转换能力。这种能力不仅包括将不同的感知层协议通过协议适配后，转换为格式统一的数据和控制信令，而且包括在感知层网络和互联网之间进行协议转换，保证数据和控制指令穿透各种网络可靠传输。c.可管理能力：对于任何网络而言，管理能力是必不可少的。特别对通常用于无人值守环境下的无线传感网，管理能力尤为重要。物联网网关

41、需要对无线传感网中的传感节点、路由器等设备进行管理，同时它也需要对网关设备进行管理。前者负责获取传感器节点的标识、状态、属性等，并且实现远程启动、关闭、控制和分析等功能；后者负责网关设备的注册管理、诊断管理、配置管理、升级维护等。图2-1 物联网体系架构示意图 物联网感知层感知层所需要的关键技术包括检测技术、中低速无线或有线短距离传输技术等。具体来说，感知层综合了传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器的协作实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将

42、所感知信息传送到接入层的基站节点和接入网关，最终到达用户终端，从而真正实现“无处不在的物联网的理念。感知层中涉及的技术包括即传感器技术、物品标识技术RFID和二维码以及短距离无线传输技术ZigBee和蓝牙等技术。在水产养殖管理系统中物联网的感知层主要用于检测养殖水质环境的检测和监控，利用各种传感器例如：PH值检测仪、水溶氧分析仪、水温测试仪等如图2-2所示。他们是系统的最底层，充当着系统的“感知器官。图2-2 智能水质传感器图 物联网网络层物联网的价值在什么地方？主要在于网，而不在于物。感知只是第一步，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那这个网络就没有意义。物联网

43、网络层是在现有网络的根底上建立起来的，它与目前主流的移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样，主要承当着数据传输的功能，特别是当三网融合后，有线电视网也能承当数据传输的功能。在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高平安性地进行传送，它解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题。同时，物联网网络层将承当比现有网络更大的数据量和面临更高的效劳质量要求，所以现有网络尚不能满足物联网的需求，这就意味着物联网需要对现有网络进行融合和扩展，利用新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。由于广域通信网络在早期物联网开展中的缺位，早期的物联网应用往往在部

44、署范围、应用领域等诸多方面有所局限，终端之间以及终端与后台软件之间都难以开展协同。随着物联网开展，建立端到端的全局网络将成为必须。由于物联网网络层是建立在Internet和移动通信网等现有网络根底上，除具有目前已经比较成熟的如远距离有线、无线通信技术和网络技术外，为实现“物物相连的需求，物联网网络层将综合使用IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技术，实现有线与无线的结合、宽带与窄带的结合、感知网与通信网的结合。同时，网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括物联网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的技术。水产养殖

45、管理系统的网络层，用来传递从感知层中获取来的信息，为实现远程监控提供了保障。 物联网应用层物联网最终目的是要把感知和传输来的信息更好地利用，甚至有学者认为，物联网本身就是一种应用，可见应用在物联网中的地位。本节将介绍物联网架构中处于关键地位的应用层及其关键技术。应用是物联网开展的驱动力和目的。应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和效劳。这一层解决的是信息处理和人机界面的问题。物联网的应用可分为监控型物流监控、污染监控，查询型智能检索、远程抄表，控制性智能交通、智能家居、路灯控制，扫描型 钱包、高速公路不停车收费等。目前，软件开发、智

46、能控制技术开展迅速，应用层技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。同时，各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也给整个物联网产业链带来利润。物联网应用层能够为用户提供丰富多彩的业务体验，然而，如何合理高效地处理从网络层传来的海量数据，并从中提取有效信息，是物联网应用层要解决的一个关键问题。应用层主要运用到M2M技术、用于处理海量数据的云计算技术、人工智能、数据挖掘等相关技术。在管理系统中主要用于分析各种水质参数，充当着系统的“大脑。2.2 基于Zigbee技术的无线传感器的简介 无线传感器网络无线传感器网络是由大量部署在监测区域内的具有感知、计算和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式

47、构成的网络。它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术,能够根据环境自主完成监测、目标发现、识别与跟踪等任务。作为一种新的信息获取方式和处理模式,无线传感器网络目前已成为国内外备受关注的研究热点,广泛应用于军事、环境监测、医疗监护、工农业以及智能家居等多个领域。 Zigbee技术无线传感器网络的无线通信技术种类众多，如Bluetooth、Wi-Fi(IEEE 802.11)、RFID、Ir-DA、Zigbee等等，他们各自有其特点,由于基于ZigBee的无线传感器网络具有功耗低、网络容量大、本钱低、覆盖范围广、时延短、动态组网、自动路由等特点,综合

48、比较后在无线传感器网络水质监测系统中选用Zigbee技术。ZigBee(IEEE 802.15.4)技术是基于ZigBee协议的一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低本钱的双向无线通信技术，工作频段分别为214GHz，868MHz(欧洲)及915MHz(美国),均为免执照频段，具有16个扩频通信信道。ZigBee协议是由ZigBee联盟制定的无线通信标准，它以IEEE802.15.4标准定义的物理层及MAC层为根底,并对其进行了扩展，对网络层协议和API进行了标准化,定义了一个灵活、平安的网络层，此外，ZigBee联盟还制定了应用接口层、高层应用标准等。 Zigbee技术在系统中的作用无

49、线传感器网络主要作用是对水质监测，是实现水质的综合监测和水污染的早期预警，在监测水域内随机大量部署在水质监测传感器节点，各节点自行协调并迅速组建通信网络，在能量利用率优先考虑原那么下进行工作任务划分以获取监测区域信息，并经过多跳后路由到会聚节点，会聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，一般通过固定的持续电源供电，它连接ZigBee网络与Internet等外部网络，实现两种协议之间的通信协议转换，监测数据由Internet到达管理节点，用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。2.3 GPRS无线通信技术概念及简介GPRS即通用分组无线效劳技术(Gener

50、al Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动 用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为廉价。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。水产养殖管理系统中主要利用的就是GPRS作为网络层来传输数据。 GPRS相关技术GPRS通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组的形式传送资料到用户手上。虽

51、然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。目前，香港作为第一个进行GPRS实地测试的地区，已经取得了良好的收效。 由于使用了“分组的技术，用户上网可以免受断线的痛苦。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先拨号连接，而上网后便不能同时使用该 线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动 的应用提升到一个更高的层次。而且开展GPRS技术也十分“经济，因为只须沿用现有的GSM网络来开展即可。GPRS的

52、用途十分广泛，包括通过 发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。 现在 上网的口号就是Always Online、IP In Hand，使用了GPRS后，数据实现分组发送和接收，这同时意味着用户总是在线且按流量计费，迅速降低了效劳本钱。对于继续处在难产状态的中国移动/联通WAP资费政策，如果将CSD (电路交换数据，即通常说的拨号数据，欧亚WAP业务所采用的承载方式)承载改为在GPRS上实现，那么意味着由数十人共同来承当原来一人的本钱。 而GPRS的最大优势在于：它的数据传输速度不是WAP所能比较的。目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒9.6K字节，GPRS 在今年年初推出时已到达56Kbps

53、的传输速度，到现在更是到达了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的两倍)。 GPRS的网络结构 GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如GGSNGateway GPRSSupporting Node，网关GPRS支持节点和SGSNServing GSN，效劳GPRS支持节点。 GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS存放器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。

54、GSN有两种类型：一种为SGSNServing GSN，效劳GSN，另一种为GGSNGatewayGSN，网关GSN，SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。 GPRS协议模型Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC Mdium Acce

55、ssControl层、LLCLogical Link Control层、SNDCSubnetwork DependantConvergence层和网络层。 Um接口的物理层为射频接口局部，而物理链路层那么负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口的载频带宽为20OkHz，一个载频分为8个物理信道。 如果8个物理信道都分配为传送GPRS数据，那么原始数据速率可达200kb/s。考虑前向纠错码的开销，那么最终的数据速率可达164kb/s左右。 MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。GPRS的逻辑信道共有3类，分别是公共

56、控制信道、分组业务信道和GPRS播送信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。播送信道那么是用来给移动台发送网络信息。 LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。另外，LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。 BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。 SNDC被称为子网依赖结合层。它的主

57、要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元。SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。 网络层的协议目前主要是Phase 1阶段提供的TCP/IP和L25协议。TCP/IP和X.25协议对于传统的GSM网络设备如BSS和NSS等设备是透明的。 GPRS在系统中的作用GPRS无线传输技术运作在物联网系统中的网络层，连接了感知层和应用层，是在整个系统的神经线，利用其通信方式解决水质检测中的数据传输打到无人值守和无线传输的目的，大大减少了人力资源的浪费。2.4 本章小结本章是对物联网相关技术的介

58、绍，简单介绍了物联网的体系节结构，Zigbee技术和GPRS技术的相关知识。首先使我们对物联网整体结构有个简单的认识，其次对基于Zigbee技术的传感器技术和GPRS无线通信技术，这两个物联网的核心技术重点介绍，为整个系统的后台运作做一个个知识储藏。本章节的研究为后续局部打下了根底，是整个工程不可或缺的环节。第三章 水产养殖管理系统的总体设计及其功能3.1 物联网水产养殖管理系统的设计流程通过第一章的介绍可以发现，传统的水产养殖技术，都是靠人工管理，大量的人力物力，且生产效率低下，对环境的污染也比较严重，遇到特殊天气，苗种死亡的概率也是相当的高，给养殖户们带来了很大的风险。论文将在本章中详细分

59、析物联网水产养殖管理系统的架构和特性，并提出相应的解决方案。 为了保证方案实施的可行性，本章将对系统设计的核心问题和关键技术进行理论分析，重点讨论在物联网的应用层中怎样来实现对养殖户的信息进行管理和查询，并在水质参数超标时做出报警。本系统以物联网的DCM三层架构来建立完整的水产养殖管理系统，每层架构应用最先进的物联网技术，并始终表达 “软件即效劳的思想，并实现效果和设计理念上表达可视化、泛在化、智能化、个性化、一体化的特点。工程的整体架构如图3-1所示。下面介绍一下整个系统的运作流程：首先管理系统在养殖地布置硬件设备：多个水上节点(水质参数采集节点、远程视频采集节点、水质参数调节节点、ZigB

60、ee+GPRS无线网关)。在系统运作之初，要对硬件设备进行自检测，查看受否有硬件出现故障，如果发生及时通过GPRS向用户发送短信息。其次通过水质参数采集节点实时采集PH值、水温、水位、溶氧量等水质参数，并通过ZigBee Endpoint上传给无线网关的ZigBee Coor dinator，再由后者经串口送入GPRS传送到TOMCAT效劳器。 最后在效劳器上的信息管理系统将对数据进行统计、分析、入库，如发现水质参数超出了适宜的参数指标，那么通过GPRS向用户发出警告，提醒用户是否需要向水质参数调节节点发送控制信息，用户可通过 、PC、平板电脑或PDA等方式登录浏览器，查看实时的水质信息，确认