基于MQTT的架构,用于实时数据收集和在智能牲畜住房中检测异常

科学领域:

• 农业工程 农业工程
• 物联网 (IoT) 的物联网 (IoT) 的物联网.
• 环境监测 环境监测

背景情况:

• 智能畜牧住房需要可靠,低延迟的环境数据采集,以有效管理和异常检测.
• 现有的通信框架可能在实时农业应用中难以保持稳定性,延迟性和可扩展性.

研究的目的:

• 设计和验证基于消息队列远程测量运输 (MQTT) 的通讯框架,用于智能牲畜住房.
• 实现稳定,低延迟 (软实时) 的数据采集,并使畜牧环境中的异常检测成为可能.
• 评估不同服务质量 (QoS) 级别和系统可扩展性的性能.

主要方法:

• 开发了一个基于MQTT的框架,包括环境传感器节点,Mosquitto MQTT经纪商和基于Gated Recurrent Unit (GRU) 的异常检测模型.
• 利用WiFi进行数据传输,并比较各种MQTT服务质量 (QoS) 级别以获得最佳性能.
• 进行了传感器节点扩展实验和集成系统测试,以评估延迟,数据速率和正常运行时间.

主要成果:

• MQTT QoS 1 配置实现了最稳定的性能,平均延迟时间为 ~150 ms,数据收集率为 ≥99%,数据包丢失率为 ≤0.5%.
• 该系统保持了高达10-15个传感器节点的响应速度 (≤200毫秒),GRU模型实现了97.5%的准确性和18.5毫秒/样本推断延迟.
• 综合系统的平均端到端延迟为185.4毫秒,数据保留率为98.9%,系统正常运行时间为99.6%.

结论:

• 拟议的MQTT框架与QoS 1和基于GRU的异常检测可确保稳定,低延迟的软实时监控在牲畜住房.
• 该系统有效地获取环境数据并检测异常,为智能农业应用提供可扩展的解决方案.
• 这种方法为通过智能环境控制增强动物福利和农场管理提供了坚实的基础.