局部和室内种植案例
在探讨如何开发云端连接的本地化种植系统之前，了解室内种植的潜在优势至关重要。其三大主要优势如下：
1. 提高产品供应量：
如果能在特定地区本地种植水果、坚果、蔬菜和绿叶菜等非本地产作物，就能更快、更高效地满足全球对这些产品的需求。这也有助于减少食物里程：虽然这未必能降低碳排放强度，但肯定有助于提高粮食安全，并增加原本需要长途运输的产品的供应。其他益处包括延长生长季，使特定粮食作物全年供应，以及在地球气候模式不稳定的情况下也能维持高效的全球粮食生产。
2. 减少栖息地破坏。
增加室内作物种植（CEA）或非谷物室内作物的种植也有助于减少栖息地破坏。虽然这可能存在争议，但农业对栖息地和环境的威胁常常被忽视，而人们的注意力大多集中在土地开发和木材行业的森林砍伐上，这其中不乏令人信服的原因。世界自然基金会（WWF）指出，基于这三大因素，“地球每年损失1870万英亩森林”，并且“全球约50%的宜居土地已被转化为耕地”。主要的土地用途包括放牧和圈养牲畜、大规模农业生产以及种植供人类食用的蔬菜和谷物，其中超过三分之一的土地用于生产牲畜饲料作物，例如玉米、大麦、燕麦、高粱和大豆。越来越明显的是，消耗大量土地的农业技术是不可持续的。
3. 更健康的饮食。
除了减少传统耕作方式所需的土地面积外，环境可持续性（ES）和室内种植也有助于促进更健康的饮食。医学界已证实，虽然人类是杂食动物，但以蔬菜、水果和坚果为主，减少肉类摄入的饮食更有益于人类健康。这种饮食方式的广泛推广将显著减少牲畜饲料的生产，从而从根本上改变世界人口的生活方式，使其更加可持续。此外，这还可以减少牲畜养殖的数量，从而降低食品运输需求，并减少温室气体（GHG）排放。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据，全球畜牧业产生的温室气体排放量占所有人为温室气体排放量的14.5%。
垂直农业和大规模室内农业尚处于起步阶段。虽然最常见的做法是在大片土地上建造温室等室内设施，但建造定制的垂直农业设施，例如改造后的多层工厂或仓库，正成为一种日益流行的趋势。这使得房地产和土地能够更高效、更务实地用于种植非谷物作物。垂直农业也非常适合养殖家禽，因为家禽养殖可能是一种更可行的肉类来源。.
大规模室内外种植需要满足几个前提条件。为了重现并维持原生环境，种植者需要定期监测温度、人工照明、湿度、土壤水分等参数，如果是水培/气培，还需要监测水和营养液的浓度。专业的种植者通常会拥有多栋建筑，每个建筑内都设有封闭式种植环境，并且每个环境都必须针对特定的生长条件进行优化。这就需要使用云端连接的传感器，持续测量环境参数，并将数据上传至中央监控站。.
系统部署最佳实践
第一步是记录本地或非本地的外部条件，作为参考点，以便在需要时进行必要的环境调整。.
接下来，需要决定部署何种类型的网络。随着物联网传感器连接的日益普及，部署由中央集线器或网关管理的网络更为合理，该集线器或网关与本地控制器或计算机通信（见图 1）。控制器用于将数据上传到云端进行进一步分析。云平台可以是专有的，也可以是由成熟或新兴的云服务提供商提供的。.
农民可能认为无需对传感器数据做出即时反应。在这种情况下，云端可以在可接受的时间范围内发出指令或执行操作。然而，如果需要将传感器数据发送与中央计算机发出操作或指令之间的延迟降至最低甚至为零，种植者可以采取中间步骤，在网关和云端之间使用边缘控制器，以加快从分析到执行操作的时间。最终，环境控制越精确，作物生长就越好。.
边缘计算的实现可分为后端和前端两部分，两者在优化封闭环境作物生产中都发挥着至关重要的作用。后端涵盖边缘计算和云计算元素，而前端则包括传感器网络和网关。一个由硬件供应商和系统集成商组成的生态系统将会涌现，为日益增多的物联网部署和跨行业用例提供支持，从而构建出支持该解决方案架构的所有必要组件。传感器网络尤为重要，因为它将被尽可能靠近作物部署，监测作物生长环境并收集数据传输至网关。此外，众多独立的传感器节点必须具备以下关键特性：简单易用、可靠、易于维护、低功耗运行以延长电池寿命，并通过各种无线连接方式与网关以及最终的云服务提供商进行通信。.
首选的无线连接方式是低功耗蓝牙 (BLE) 或新型 802.11ah 低功耗 Wi-Fi® 标准。这将确保解决方案能够在免许可频段运行，并在 10 至 100 米的典型室内种植距离内进行通信。802.11ah 标准的传输距离最远，可达 1 公里。BLE 和 Wi-Fi 802.11ah 的数据速率分别为 10 千比特每秒 (Kbps) 至 10 Mbps 和 50 Kbps 至 100 Kbps，为所测量的各种数据参数提供了充足的带宽。.
传感器节点必须具备强大的安全性。正如其他行业一样，许多农民或大型企业集团都会参与室内种植或大规模的作物种植和加工（CEA）行业。任何能够帮助供应商获得竞争优势的信息都意味着更高的收入和利润。人们普遍接受、认可并理解黑客入侵无线网络以获取此类优势数据的意愿和能力。降低风险的最佳方法是采用基于硬件的解决方案，该方案可以对数据和节点进行加密和身份验证。固件或软件方案普遍被认为容易受到黑客攻击。.
传感器节点的设计者和制造商将基于硅芯片解决方案来构建产品，这些方案能够实现用户友好、模块化和可升级的最终系统设计，同时具备低功耗、强大的安全性和支持必要无线连接选项的灵活性。这些供应商还积极与领先的云服务提供商合作。如果解决方案要与云平台无关，供应商必须能够将其配置为与提供所有必要功能的专有云平台通信。.
此类解决方案的一个例子是Microchip Technology提供的Google Cloud IoT Core开发平台（参见图2和图3）。该开发板集成了微控制器、安全元件和经过全面认证的Wi-Fi网络控制器，为将传感器节点连接到Google Cloud IoT Core平台提供了最简单高效的方式。用户可以直接连接到预先配置了免费沙盒帐户的Google Cloud，也可以连接到虚拟沙盒环境来查看光照和温度数据。此外，还可以使用广泛销售的MikroElektronika Click™扩展板连接其他传感器，从而简化设计中集成其他功能的过程。.
更佳的全球粮食供应方式：环境控制
环境（ECE）和室内农业有望以远小于传统耕作方式的地理占用空间，实现更安全、更可靠、更高效的全球粮食生产。实现这一愿景需要环境控制技术，该技术能够大规模地确保非本地作物稳定的室内生长环境。其中最重要的技术之一是传感器网络，它负责收集环境监测传感器的数据并将其传输到云端进行处理和分析。领先的云服务提供商已推出可快速部署的解决方案，以满足这些需求，为各种环境控制环境和室内农业应用及用例提供简单灵活的支持。
可控环境农业（CEA）：一种基于技术的食品生产方式。CEA 的目标是在作物生长发育的整个过程中保护并维持最佳生长条件。生产在封闭的生长设施中进行，例如温室或建筑物。植物通常采用水培法种植，以便将适量的水分和养分输送到根系区域。CEA 优化了水、能源、空间、资金和劳动力等资源的利用。CEA 技术包括水培、水产养殖和鱼菜共生。可控变量包括：温度（空气、营养液、根系区域）；湿度（%RH）；二氧化碳（CO2）；光照（强度、光谱、范围）；养分浓度（百万分之几，即 PPM，和电导率，即 EC）；肥料；以及营养液 pH 值（酸碱度）。CEA 设施的复杂程度各不相同，从配备计算机控制系统的全自动温室（用于灌溉、照明和通风）到低技术解决方案（例如覆盖在田间作物上的塑料薄膜或覆盖物，称为“温室罩”）以及塑料覆盖的隧道式种植系统，应有尽有。.
