本文選題：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) + 設(shè)施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)��； 參考：《中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著信息技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合產(chǎn)生了“智慧農(nóng)業(yè)”的概念。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是“智慧農(nóng)業(yè)”的核心技術(shù)。在設(shè)施農(nóng)業(yè)中,農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)充分發(fā)揮了智能感知、自動(dòng)控制的特點(diǎn),極大的促進(jìn)了設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能化建設(shè),有效地改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的條件。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是設(shè)施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)生命周期中一個(gè)重要階段,系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的缺陷會(huì)隨著系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的深入逐漸被放大。形式化方法是一種基于數(shù)學(xué)的方法對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模與分析的手段。為減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤,本文對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的特性進(jìn)行分析,利用形式化方法中的時(shí)間自動(dòng)機(jī)理論在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行建模與模型驗(yàn)證,提供了保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確性的方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新有：(1)研究了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型驗(yàn)證問(wèn)題,提出了一種基于時(shí)間自動(dòng)機(jī)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模與驗(yàn)證的方法。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考,當(dāng)前提出的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型僅對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述,并未提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確性的驗(yàn)證手段。本文引入時(shí)間自動(dòng)機(jī)作為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模與模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)理論,對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,根據(jù)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的實(shí)際情況,將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為感執(zhí)層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層,分別對(duì)每層的各個(gè)組成部分進(jìn)行形式化規(guī)約,生成感知設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)控制模塊及云端物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的時(shí)間自動(dòng)機(jī)模型,最后利用UPPAAL對(duì)建立的時(shí)間自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行了形式化驗(yàn)證；(2)研究了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的可靠性驗(yàn)證問(wèn)題,提出了基于時(shí)間博弈自動(dòng)機(jī)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)驗(yàn)證方法。針對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中存在控制信號(hào)與數(shù)據(jù)信息并存的信息傳輸方式,非可控信息的輸入會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生不確定性,非可控信息與可控信號(hào)在傳輸過(guò)程中表現(xiàn)為一種博弈狀態(tài),本文就此引入了時(shí)間博弈自動(dòng)機(jī)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)信息傳輸過(guò)程進(jìn)行建模,通過(guò)分析物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的信息傳輸方式,將信息傳輸?shù)膮⑴c者與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)分別規(guī)約為時(shí)間博弈自動(dòng)機(jī)模型,對(duì)上傳的數(shù)據(jù)信息與下發(fā)的控制信號(hào)分別進(jìn)行分析,最后利用模型驗(yàn)證工具UPPAAL-TIGA對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)信息傳輸過(guò)程進(jìn)行了驗(yàn)證；(3)研究了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的混雜系統(tǒng)形式化建模問(wèn)題,提出了一種時(shí)間自動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展方案。本文以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的組合服務(wù)為研究對(duì)象,組合服務(wù)由基礎(chǔ)服務(wù)組合而成,其中既有離散事件子系統(tǒng)又有連續(xù)變量子系統(tǒng),這使系統(tǒng)表現(xiàn)出混雜性。針對(duì)系統(tǒng)中的混雜性建模問(wèn)題,分析了其產(chǎn)生的原因并將系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)時(shí)間自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi),把涉及連續(xù)變量輸入的狀態(tài)單獨(dú)進(jìn)行了劃分,指定這類(lèi)狀態(tài)的約束關(guān)系及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法,形成時(shí)間自動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展方案。最后利用擴(kuò)展的時(shí)間自動(dòng)機(jī)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景下的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了形式化建模與驗(yàn)證。
[Abstract]:With the development of information technology, the concept of "intelligent agriculture" is produced by the combination of the Internet of things and agricultural production. The agricultural IOT is the core technology of "intelligent agriculture". In the facilities agriculture, the Internet of things of agriculture has fully developed the intelligent perception and automatic control characteristics, which greatly promoted the intelligent construction of the facilities agriculture and improved effectively. The system design of the Agricultural Internet of things is an important stage in the life cycle of the facility agricultural system development. The defects produced in the system design phase will be gradually enlarged with the deepening of the system development. The formalized method is a means of modeling and analyzing the system design based on the mathematical method. In this paper, the characteristics of the Agricultural Internet of things are analyzed, and the time automaton theory in the formal method is used to model and verify the design of the system in the design stage of the system. The method to ensure the correctness of the system design is provided. The main contents and innovations of this paper are as follows: (1) the research of agricultural products is made. A method of modeling and verification of the structure design of the IOT system based on time automata is proposed. The Internet of things architecture model is a reference for the structure design of the IOT system, and the present IOT architecture model is only described for the system structure, and it has not been proposed. This paper introduces time automata as the basic theory of the structure design modeling and model verification of the Agricultural Internet of things system, analyzes the structure design of the Agricultural Internet of things system. According to the actual situation of the implementation of the Agricultural Internet of things, the structure of the system is divided into the sense level, the network layer and the application layer, respectively. Form the formal specification of each component of each layer, generate the perceptual equipment, implement the equipment, the network, the field control module and the time automaton model of the cloud Internet of things service, and finally make a formal verification of the time automata model established by UPPAAL. (2) the reliability verification problem of the design of the IOT gateway is studied. An agricultural Internet of things gateway verification method based on time game automata is proposed. In the system of Agricultural Internet of things, there is an information transmission mode of coexistence of control signal and data information in the Agricultural Internet of things system. The input of uncontrollable information will lead to the uncertainty of the system operation, and the non controllable information and the controllable signal are shown as a kind of information during the transmission process. In this paper, the time game automaton is introduced to model the information transmission process of the Internet of things gateway. By analyzing the information transmission mode in the IOT system, the participants of the information transmission and the IOT gateway are divided into the time game automaton model respectively, and the data information and the control signals are sent to the next control signal respectively. In the end, the model verification tool UPPAAL-TIGA is used to verify the information transmission process of the IOT gateway. (3) the formal modeling problem of the hybrid system composed of the Agricultural Internet of things is studied, and an extension scheme of the time automata is proposed. This paper is based on the combination service of the IOT system as the research object and the combination service. It is composed of basic service composition, including both discrete event subsystem and continuous variable subsystem, which makes the system confounding. According to the hybrid modeling problem in the system, the causes of the system are analyzed and the system is optimized, the state of the time automata is classified and the state involving the input of the continuous variable is introduced. It is divided separately, specifies the constraint relation of the state and the state transformation method, and forms the extension scheme of the time automata. Finally, the extended time automata is used to form the formal modeling and verification of the agricultural IOT system in the real scene.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S126;TP391.44;TN929.5

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本文編號(hào)：1964066