烟草种植物联网技术方案
基于IPv6的烟草现代农业
物联网技术应用
解
决
方
案
湖南电信股份有限公司
2010年4月
目录
1 概述 (2)
1.1 项目背景 (2)
1.1.1 互联网发展趋势 (2)
1.1.2 物联网的发展趋势 (2)
1.1.3 烟草现代农业技术的发展趋势 (3)
1.2 项目情况 (3)
1.3 项目建设目标 (3)
2 系统设计 (5)
2.1 设计原则 (5)
2.2 设计功能 (6)
2.2.1 系统管理 (6)
2.2.2 用户管理 (6)
2.2.3 设备管理 (6)
2.2.4 认证管理 (6)
2.2.5 权限控制 (7)
2.2.6 视频展示 (7)
2.2.7 传感器数据展示 (7)
2.2.8 远程控制 (7)
2.2.9 远程操作维护 (8)
2.2.10 告警管理 (8)
2.2.11 日志管理 (8)
2.2.12 资源及配置管理 (8)
2.2.13 性能管理 (9)
3 解决方案 (10)
3.1 可扩展性 (10)
3.2 可靠性 (10)
3.3 易使用性 (10)
3.4 可维护性 (10)
3.5 稳定性需求 (10)
3.6 系统展示客户端 (11)
4 我们的优势 (12)
1 概述
1.1 项目背景
1.1.1 互联网发展趋势
随着宽带IP业务的持续发展，IP地址资源进展的状况日益凸显，向以IPv6为代表的下一代互联网的演进已成为必然趋势。目前的全球互联网所采用的协议族是TCP/IP，IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4，简称为IPv4，它的下一个版本就是IPv6，即第六版互联网协议。IPv6仍旧采用存储转发机制，它的最显著的特征是采用了128位长度的地址结构，网络地址空间得到了显著增大。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2010年间将被分配完毕，而IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。IPv6可以彻底解决传统互联网存在IP 地址不足的问题，恢复了原来因地址受限而失去的端到端连接功能，并将促进互
联网的进一步普及与发展。
1.1.2 物联网的发展趋势
物联网的英文名称为“The Internet of Things” 。由该名称可见，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
1.1.3 烟草现代农业技术的发展趋势
根据“用现代物质条件装备烟草农业，用现代科学技术改造烟草农业，用现代产业体系提升烟草农业，用现代经营形式推进烟草农业，用现代发展理念引领烟草农业，用培养新型烟农发展烟草农业”的总体思路，围绕国家局局长姜成康提出的“一基四化”的总体要求进行系统设计、整体推进，通过与社会主义新农村建设相结合，与卷烟工业企业原料基地建设相结合，加强烟叶生产基础设施建设，扎实推进规模化种植、集约化经营、专业化服务、信息化管理来达到提高土地产出率、资源利用率和劳动生产率，确保烟叶生产降本节工、提质增效，烟农收入持续增加，烟叶产业持续、稳定、健康发展。
1.2 项目情况
本项目最大的特色就是要实现湖南XX烟草现代农业示范基地的实时数据采集和智能化控制。智能控制是为了达到节能、舒适、便利的目的，要求对市政、家庭、农业等的智能控制和监视制定细致的策略和方案。但是，传统的智能控制系统由于很多因素的制约，很难达到要求。
为了解决这些问题，业界尝试了很多办法，但基本上都属于封闭式的，多采
用私有协议，彼此间难以互通，导致结构不透明，灵活性、扩充性不佳。从长远看，智能控制系统的发展趋势是走向开放，尤其是智能控制与互联网的融合是其中一个重要发展趋势
1.3 项目建设目标
在上述背景下，本次项目的总体目标是开发基于IPv6的物联网技术应用并在湖南省烟草现代农业示范基地进行商业化部署，提供电信物联网业务服务。
系统的所有构成均需要实现IPv6协议，系统采用SIP信令架构实现。具体来说，目标如下：
?实现传感器无线接入
?实现控制器无线接入
?实现集中管理控制，包括用户管理、设备管理、认证管理、权限管理?实现视频展示、传感器数据可视化展示和远程控制
?实现湖南省烟草现代农业示范基地的现场部署，为烟草农业研究和生产提供有效工具
2 系统设计
2.1 设计原则
IPv6智能监控系统融合IPv6技术、SIP技术、宽带技术、无线技术，具备开展商业运营的能力，并能构建覆盖全国的智能监控平台。该网络具有以下几个特点：
架构的可扩展性：系统的管理控制与视频媒体流分离的架构设计，管理控制等信令流经过中心平台，在注册、认证通过后，用户访问网络摄像机的媒体流不经过监控系统平台，而是直接建立媒体流，有效消除了系统平台的负荷，消除了系统平台形成瓶颈的缺陷，使得系统能够支持大容量部署。
可运营、可管理：具有完善的后台支撑系统，包括灵活的计费和用户管理功能。业务平台的管理者可以很便捷的掌握整个网络的运行情况，对网络各个组成部分的运行情况、各终端的状态、用户的接入授权等具有完备的管理能力；系统能够根据业务开展的需求提供多种计费功能，满足开展商业运营后的需求。
高可靠性：系统从硬件到软件设计实现冗余设计，数据库系统采用双机HA 设计保证靠可用性，连接管理系统、业务管理系统，认证系统等均采用主备冗余设计，无单点故障，提高系统的可靠性，满足运营系统需求。
安全性：具有完整的端到端鉴权、加密体系，可以控制授权用户安全的进行访问，同时屏蔽恶意用户的接入，用户的任何访问都会被审计和记录，以便溯源和追查，最大程度的保证监控网络和用户使用安全。
通用性：系统基本采用国际标准，并专门设计了多种终端接入和网络协议的协商功能，可以兼容多种编码格式，因此可以完成来自采用不同的厂家的产品混合使用，并保证终端间的互通。
可靠性：系统对于关键的控制部分采用先进的控制算法保证系统的可靠性，防止误操作。
无线传感器支持：传感器采用无线ZigBee方式实现介入。充分利用无线方
便快捷实施部署、成本低廉等优点，促进IP智能监控行业和IPv6行业的发展。
2.2 设计功能
2.2.1 系统管理
业务管理员管理实现增加业务管理员、浏览业务管理员功能。业务管理员主要完成智能监控业务的管理工作，包括用户管理、设备管理、权限管理、报警管理、日志管理等。增加业务管理员包括管理员ID、密码、管理员类型、姓名、电话等。
2.2.2 用户管理
系统要求实现对用户管理，包括添加用户、修改用户、删除用户、查看在线用户列表等；系统实现用户密码加密传输，用户自服务功能。系统实现黑名单管理。
2.2.3 设备管理
系统要求实现对视频监控前端设备、传感器前端设备、控制器前端设备的管理，包括添加设备、修改设备、删除设备。添加设备必须增加SIP ID，密码和设备型号，其它如设备位置、设备管理人等为可选项。
系统要求实现对设备实行注册管理，防止非法设备接入系统平台。
系统要求实现能够实时监测设备状态，当设备上线/下线或者故障时能够告警通知。故障包括设备本身软硬件故障、网络故障以及带宽不足等。
2.2.4 认证管理
系统要求实现对用户的认证管理，包括用户的身份认证、权限认证；
系统要求实现对设备的认证管理，所有的设备需要认证才能接入系统平台，防止非法设备接入。
2.2.5 权限控制
系统要求实现用户权限控制，能够根据用户实现灵活的权限控制，满足智能监控业务运营的需要。
系统要求实现的具体权限控制功能包括：视频访问、传感器实时数据查看、传感器历史数据查看、录像查看、网络摄像机云台镜头控制、设备参数修改、网络参数配置、控制器控制等权限。
2.2.6 视频展示
系统提供视频展示手段，能够基于Web或者专用客户端的方式实现对视频监控前端的实时视频查看以及历史录像的检索与查看，检索支持按时段方式。
视频展示能够实现同时对多个视频前端实时视频的查看，并能够实现云台转动、调整焦距等的远程控制。
历史录像查看支持快进，鼠标拖动等方式实现录像查看。
2.2.7 传感器数据展示
系统提供传感器数据的采集与展示。传感器数据要求集中数据库存储，采用Web或者专用客户端实现可视化展示，具备很好的展示度。展示方式要求必须支持折线图、数据场图。能够展示实时采集的传感器数据，也能展示传感器历史数据。
2.2.8 远程控制
系统提供远程控制手段，实现远程控制农业大棚的相关操作；远程控制要求具备高可靠性，不能有控制错误的情形。
2.2.9 远程操作维护
系统提供远程操作维护功能，能够通过工作站电脑或智能手机终端实现对监控前端的网络摄像机、智能控制器以及各种无线传感器、控制等进行远程配置设备参数、网络参数；能够实现远程控制网络摄像机的云台、镜头变焦；能够实现远程软件、固件自动升级等。
2.2.10 告警管理
网络摄像机、传感器接收到的报警信息，统一传递到智能监控系统平台的报警管理服务器，由报警管理服务器进行集中处理，记录到数据库，并根据报警联动的配置，将该报警信息传递给设定的其他处理模块，例如，录像服务器收到报警信息触发录像，PC或手机终端收到报警信息立即显示并发起视频会话。
2.2.11 日志管理
系统提供必要的日志管理功能，能够提供如下日志：
?平台进程运行日志；
?用户登录及使用日志；
?设备在线日志；
?设备故障日志；
?以及提供日志分析报告。
2.2.12 资源及配置管理
系统提供资源管理功能，系统能够对所有的网络摄像机、传感器、控制器等设备进行资源功能及配置功能。
?系统支持所有前端设备的资产管理，包括网络摄像机、传感器、控制器设备；
?系统支持远程配置网络摄像机的网络参数、设备参数；
?系统支持远程配置IPv6智能控制的网络参数，设备参数，包括传感器采集周期、采集的参数类型等。
2.2.13 性能管理
系统提供性能监测工具，能够实现对服务器性能实时监视，包括CPU利用率、内存利用率、网络带宽占用率、硬盘使用情况等；实现对进程性能监视，包括进程CPU利用率、内存利用率、进程运行状态等。
系统实现对监控前端设备（包括网络摄像机、IPv6智能控制器）的网络性能、设备性能进行监测。
3 解决方案
3.1 可扩展性
系统设计应充分考虑可扩展性，能够以多种方式支持系统的扩展。系统应支持以下方面的扩展：
?业务功能的增加。
?业务规模的扩展。
应支持系统扩容。应能够通过硬件扩容、软件分布部署等实现扩容要求。
3.2 可靠性
系统应有高可靠性机制，保证系统平台运行可靠，系统的监控数据采集准确，远程控制实现99.999%的可靠性。
3.3 易使用性
系统应提供美观、友好的中文界面，界面的功能菜单名称、参数名称、参数值等应易于维护人员理解。应合理组织功能模块，便于维护人员操作。
3.4 可维护性
系统应具有完善的自身监视和管理功能，要求具有故障诊断和故障定位功能。
3.5 稳定性需求
?系统必须支持平均无故障时间不小于8760 小时（1 年）。
?系统针对平台的处理能力应该采用相应的流量控制措施，满足对处理时延、CPU占有率的要求，保证系统的稳定运行。
3.6 系统展示客户端
系统展示软件包括PC展示软件和手机展示软件，该展示软件基于BS架构实现，主要负责查看远程视频，查看各种传感器的实时或者历史数据，远程控制网络摄像机或者控制风机、天窗、遮阳布、外遮阳、水帘、灌溉等设施。
本展示系统可主要分为五个部分：用户认证，权限管理，视频展示，传感器数据展示和设备控制。本项目的研发任务主要为系统展示软件的开发。
4 我们的优势
物联网虽然是一个新兴的高科技产业，但其发展和以往任何一个产业一样，离不开产业链的繁荣，离不开一大批企业的参与和投入，特别是需要具有实力的主流企业的支持。作为中央国企和国内主要的电信运营商，中国电信肩负着落实国家发展战略的责任，中国电信将在“感知中国”的发展过程中，积极参与，开拓创新，务实工作，先行一步、超前一步、跨越一步，认真落实国家领导人“早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”的指示要求。
在推动物联网的进程中，中国电信拥有几点鲜明的优势：首先，从网络资源和用户资源拥有方面看，中国电信拥有固移融合、天地一体的网络，是全球最大的固定通信网运营公司、全球最大的互联网运营公司、全球最大的CDMA网络公司、国内唯一一家拥有卫星通信能力的运营商。基于这样庞大的网络和用户资源，中国电信能够最准确地了解社会信息化需求的方方面面，提供无所不在的网络和服务支撑物联网的发展。
其次，从技术层面看，中国电信在一些技术领域的研发已有所突破。例如中国电信的IPv6技术已进入实用阶段，将IPv6和物联网结合的实验项目也获得成功。在云计算方面，基于中国电信遍布各省的大型主机托管中心，公司已经开始研究和部署基于云计算方面的工作。在光通信方面，中国电信拥有国内最先进的光通信网络和成功的运营经验，具有大容量、广覆盖、高可靠性的明显优势。
其三，从信息化服务看，中国电信早在2004年就着手企业战略转型，从传统的电信运营商转型为综合信息服务提供商。基于转型的需要，中国电信推出很多社会信息化应用和行业信息化应用项目，积累了丰富的系统集成和信息化服务
方面的经验，有着非常明显的技术优势、项目管理优势和人才优势。2004年开始开发的“全球眼”其实就是物联网的一种应用，这一技术已经广泛应用在城市安全监控、港口监控、网吧监控等数十个行业应用中，在全国160多个城市布放了30万个监控点。
基于这几点优势，中国电信有信心也有勇气按照国家的部署和要求，积极推动物联网的发展。目前，中国电信物联网应用和推广中心、物联网技术重点实验室已经在无锡高新科技园落户并开展了工作。中国电信还加入到CCSA标准组，参与传感器通信标准的制定，并参加了“中国传感（物联）网技术产业联盟”的筹建工作。
总之，物联网无论对我们的国家还是企业来说，都是一次难得的发展机遇，我们现在已然走在世界前列，未来能否继续保持领先地位，真正通过物联网带动国民经济的跨越式发展，要靠国家、行业、企业等各方面的参与和支持。中国电信在自身应用创新的同时，也愿与其他企业共同努力，高度关注物联网发展动向，参与物联网建设，分享物联网成果，充分利用新技术手段提高生产服务水平和市场竞争力，推动产业链的合作共赢，为我国占领物联网这一新兴产业发展的制高点作出贡献。
中国电信望城百果园国家发改委领导率
农业物联网应用示范基地“国家战略性新兴产业”发展调研组实地考察