廣域融合物聯(lián)網(wǎng)下智慧城市建設(shè)淺析

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【摘要】廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有網(wǎng)格拓?fù)洹⒎植贾悄芗败浖x等特征，與智慧城市建設(shè)有很高的適配性。在此基礎(chǔ)上分析廣域融合物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市建設(shè)中的作用，如在城市照明系統(tǒng)中的應(yīng)用、在建筑電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用等。

【關(guān)鍵詞】廣域聯(lián)合；物聯(lián)網(wǎng)；智慧城市建設(shè)

1引言

在疫情沖擊和我國數(shù)字經(jīng)濟化內(nèi)需提升的背景下，智慧城市建設(shè)投資體量大幅增加，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等科學(xué)技術(shù)手段在信息領(lǐng)域不斷進步創(chuàng)新，加速了智慧城市建設(shè)的進程。同時，智慧城市建設(shè)具有的數(shù)字經(jīng)濟特征使智能企業(yè)需要考慮使用創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品對新應(yīng)用場景及新使用模式進行構(gòu)建。

2智慧城市建設(shè)技術(shù)

從廣義上講，智慧城市的別稱是智慧社會，可涵蓋廣闊范圍。智慧社會擁有多個行業(yè)及多個領(lǐng)域，包含個人、企業(yè)以及政府。社會應(yīng)用除了購物消費和家居生活外，還有教育醫(yī)療與公共安全等。從狹義上講，智慧城市即城市管理，是指政府職能有關(guān)領(lǐng)域，除公共安全和民生服務(wù)外，還有應(yīng)急管理和市政設(shè)施[1]。在智慧城市頂層設(shè)計中，首先是場景層，其范圍除智慧生活、社區(qū)及醫(yī)療外，還有智慧園區(qū)、物流及工廠等。其次是數(shù)據(jù)層，其范圍除數(shù)據(jù)融合服務(wù)、城市服務(wù)平臺和城市大數(shù)據(jù)中心外，還有城市綜合指揮中心和城市公共計算及存儲服務(wù)中心等。最后是硬件層，可分為云、網(wǎng)、端三方面。云包括了邊緣計算、云邊協(xié)同以及云網(wǎng)協(xié)同。網(wǎng)包括了超高速光纖網(wǎng)、物聯(lián)專網(wǎng)以及5G無線寬帶。端包括了智能基礎(chǔ)設(shè)施與傳感節(jié)點以及智能終端。智慧城市建設(shè)技術(shù)要求通過以移動技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)全面感知、泛在互聯(lián)、普適計算與融合應(yīng)用。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合了射頻識別技術(shù)、激光掃描技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)以及紅外傳感技術(shù)等多種復(fù)雜技術(shù)，是一種復(fù)合型多功能智能化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在智慧城市建設(shè)中有效運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可進一步提高城市的整體服務(wù)水平。

3廣域融合物聯(lián)網(wǎng)性能優(yōu)勢

為研究廣域融合物聯(lián)網(wǎng)性能優(yōu)勢，需先理解“廣域”和“融合”，就“廣域”而言，一方面，廣域指的是產(chǎn)業(yè)鏈的所有單位主體，除了投資方和咨詢設(shè)計研究院外，還有建設(shè)單位以及運維單位。另一方面，廣域為物理層面的廣域，是指智慧城市建設(shè)覆蓋的范圍很廣、體量很大、接入設(shè)備數(shù)量很多。對“融合”來說，包括系統(tǒng)平臺融合與業(yè)務(wù)場景融合。廣域融合是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要驅(qū)動力，在廣域融合物聯(lián)網(wǎng)中，覆蓋范圍、距離及對象均在逐漸增加，可融合運用兩個系統(tǒng)，并非系統(tǒng)集成。無線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)核心地位，維度可分為速率與距離。假如通信速率很快，有效距離很短。假如通信速率較慢，有效距離較長[2]。

3.1廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的抗干擾性、可靠性、安全性

選取WF-Iot、NB-Iot、ZigBee、LoRa、BlueTooth、Wi-Fi、移動通信進行比較。首先，在抗干擾能力方面進行比較。就干擾而言，WF-IoT、NB-IoT、LoRa、BlueTooth、移動通信技術(shù)不存在干擾，ZigBee存在干擾，Wi-Fi具有嚴(yán)重干擾。就抗干擾技術(shù)來說，WF-IoT包括FDMA、FHSS、DTDMA、CSMA；NB-IoT包括FDMA、TDMA；ZigBee為CSMA；LoRa包括FDMA、TDMA；BlueTooth為TDMA；Wi-Fi為CSMA；移動通信包括FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA。其次，在通信可靠性方面進行比較。WF-IoT可靠性超過99%、NB-IoT可靠性超過98%、ZigBee允許丟包、LoRa可靠性超過95%、BiueTooth可人工干預(yù)、Wi-Fi允許丟包、移動通信可靠性超過98%。最后，在數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)安全方面進行比較。就發(fā)射而言，空中加密的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括WF-IoT、NB-IoT、LoRa、移動通信，不存在發(fā)射情況的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括ZigBee、BlueTooth、Wi-Fi。就接收而言，WF-IoT、NB-IoT、ZigBee、LoRa、Wi-Fi、移動通信均為終端鑒權(quán)，BlueTooth不存在接收情況。通過比較，能夠發(fā)現(xiàn)廣域融合物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢除了傳輸距離遠、傳輸速率快以及抗干擾水平高外，還具有很高的通信可靠性以及網(wǎng)絡(luò)安全性。

3.2廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在無線通信方面的優(yōu)勢

選取NB-IoT、LoRa、WF-IoT進行比較，在技術(shù)屬性方面，NB-IoT源自國外，中國引領(lǐng)國際標(biāo)準(zhǔn)；LoRa源自國外，正在形成國際標(biāo)準(zhǔn)；WF-IoT源自國內(nèi)，充分自主可控。在網(wǎng)絡(luò)類型方面，NB-IoT為授權(quán)網(wǎng)，運營商收費；LoRa為非授權(quán)網(wǎng)，免費；WF-IoT為非授權(quán)網(wǎng)，免費。在協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)方面，NB-IoT為國際標(biāo)準(zhǔn)，LoRa為LoRaWAN協(xié)議，WF-IoT為ALL協(xié)議。在工作頻率方面，NB-IoT為B5頻段及B8頻段，即850MHz，900MHz；LoRa為470MHz至510MHz；WF-IoT為780MHz，2.45GHz。在通信頻率方面，NB-IoT不超過40Kbit/s；LoRa為0.3Mbit/s至50Mbit/s；WF-IoT為250Kbit/s至2Mbit/s。在通信距離方面，NB-IoT為終端至基站，達到15km；LoRa為終端至基站，城區(qū)是2km，郊區(qū)是20km；WF-IoT包括終端至終端和終端至基站，終端至終端的通信距離是80m到300m，終端至基站的通信距離超過20km。在通信方式方面，NB-IoT及LoRa是點播，WF-IoT包括點播、組播以及廣播。在并發(fā)信道方面，NB-IoT為12個，LoRa為8個，WF-IoT超過3000個。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫妫琋B-IoT及LoRa是星形拓?fù)洌琖F-IoT則是網(wǎng)格拓?fù)洹Ｔ诰W(wǎng)絡(luò)容量方面，NB-IoT及LoRa是每個基站六萬，WF-IoT則是每個子網(wǎng)六萬。在功耗等級方面，NB-IoT屬于低功耗，LoRa和WF-IoT屬于超低功耗。在應(yīng)用場景方面，NB-Iot及LoRa均可運用在小數(shù)據(jù)量和時延不夠敏感的需要場景，WF-IoT能夠運用到大數(shù)據(jù)量和時延敏感需求場景中。在比較廣域物聯(lián)網(wǎng)的無線通信性能后，能夠發(fā)現(xiàn)廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有完全自主可控特點，其優(yōu)勢除了通信速率很高和并發(fā)信道較多外，還有終端至終端的通信距離很長。由于智慧城市具有使用大數(shù)據(jù)量和時延敏感需要，廣域融合物聯(lián)網(wǎng)擁有很高的適用性。

4將廣域融合物聯(lián)網(wǎng)運用至智慧城市建設(shè)工作

4.1廣域聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

對城市物聯(lián)網(wǎng)來說，廣域融合物聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)的運用表明照明技術(shù)得到升級，其升級過程如下。1）照明節(jié)能階段按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用節(jié)能燈具，就節(jié)能來說，LED擁有顯著優(yōu)勢。2）健康照明階段LED特點除光源小巧與容易控制外，還有可以調(diào)節(jié)，功能除光健康與光保健外，還有光治療。3）超越照明階段此階段的燈具從它控升級到AI自控，完成由智能照明至智慧照明的升級，不僅能夠控制照明系統(tǒng)，而且能和其他系統(tǒng)完成互動控制操作。在廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，其核心為國產(chǎn)WF-IoT芯片和系列模組，唐芯系列芯片可以輕易達到融合運用目的，功能除了開關(guān)控制功能、色溫連續(xù)調(diào)節(jié)功能和狀態(tài)檢測功能外，還有亮度連續(xù)調(diào)節(jié)功能以及電壓電流計量功能。使用廣域融合物聯(lián)網(wǎng)下的照明系統(tǒng)同樣可滿足照明產(chǎn)業(yè)升級需求。對LED產(chǎn)業(yè)來說，在增量發(fā)展之后，急需在廣域融合層面完成轉(zhuǎn)型升級和突破[3]。就廣域融合物聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)來說，此系統(tǒng)無論在經(jīng)濟意義與社會意義方面，都具有短期與長期優(yōu)勢。①照明系統(tǒng)除普遍運用至城市和園區(qū)外，還廣泛使用在建筑中，不必再次搭建物聯(lián)網(wǎng)。②在城市更新和已有建筑改造中實現(xiàn)無縫升級目標(biāo)，在新建建筑設(shè)計工作和新建建筑安裝工作中，無需改變方式。③廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和其余照明控制技術(shù)相比，在控制效果一致時，此技術(shù)擁有更低的造價。④廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有更加廣闊的控制范圍與更快的控制速度，能夠在終端上達到融合運用目的。⑤廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在芯片模組及照明一體化結(jié)合方面表現(xiàn)很好，具備AI智慧照明功能。⑥廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，不僅能夠保障數(shù)據(jù)安全，還具有開放平臺。

4.2廣域聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)在建筑電氣系統(tǒng)的應(yīng)用

對建筑電氣技術(shù)來說，廣域融合是其主要發(fā)展趨勢，廣域融合范圍除了一次二次融合、硬件軟件融合及有線無線融合外，還有單點網(wǎng)絡(luò)融合、軟件平臺融合及平臺AI融合。對建筑電氣系統(tǒng)廣域融合來說，其發(fā)展過程包括以下階段：首先是廣域融合1.0階段，在模擬技術(shù)和硬線連接基礎(chǔ)上融合；其次是廣域融合2.0階段，在總線技術(shù)基礎(chǔ)上進行廣域融合；最后是廣域融合3.0階段，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上進行廣域融合[4]。舉例說明，在電梯增加電動車禁入系統(tǒng)中，各方案如下：首先是傳統(tǒng)方案，利用增加物理隔斷方式達到物理阻擋電動車目的，此方案擁有許多弊端；其次是智能方案，利用增加光幕方式達到識別電動車目的，與門禁控制和電梯集控系統(tǒng)進行聯(lián)動，此方案效果較差；最后是智慧方案，利用AI攝像頭軟件達到準(zhǔn)確識別電動車和使用人員數(shù)據(jù)目的，對通道應(yīng)急處理流程進行控制，可監(jiān)視電梯能否在正常狀態(tài)下運行。在廣域融合組網(wǎng)拓?fù)渲校髯泳W(wǎng)組成除物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)外，還有協(xié)議集成器與控制器等。各子網(wǎng)在網(wǎng)關(guān)作用下，利用有線和無線再次連接。對廣域融合運用來說，廣域融合會運用WF-IoT節(jié)點，讓異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)輕易完成融合與集成工作，使系統(tǒng)復(fù)雜程度有所下降。任意節(jié)點均有一定幾率為中心，達到萬物直接互聯(lián)目的。廣域融合使系統(tǒng)變得更加可靠，假如某一節(jié)點出現(xiàn)故障，不會影響系統(tǒng)其他區(qū)域。廣域融合讓事件響應(yīng)效率有所提升，使系統(tǒng)運用范圍得到拓展。

5結(jié)語

在“十四五”規(guī)劃綱要中，要求將智慧城市建設(shè)使用數(shù)字化形式推動城市發(fā)展以及治理模式的創(chuàng)新，使智慧城市運行效率以及宜居程度得到全方位提升，智慧城市建設(shè)工作將迎來全新篇章。對智慧城市建設(shè)來說，廣域融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可發(fā)揮關(guān)鍵作用，但是此技術(shù)的推廣應(yīng)用還有很大進步空間，不僅需要設(shè)計院配合，還需要工程商及廠家合作，以達到產(chǎn)業(yè)鏈廣域融合目的，更加深入推進智慧城市發(fā)展建設(shè)。

參考文獻

[1]郭金龍，周碩.智慧城市建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)在消防滅火救援中的應(yīng)用研究[J].今日消防，2021，6（11）：50-52.

[2]高天，羅文清，張樂穎，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].中國住宅設(shè)施，2021（8）：7-8.

[3]趙羚志，謝輝，張國輝，等.聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)應(yīng)用中的難點與疑點[J].長江信息通信，2021，34（3）：216-218.

[4]夏婷婷，邱偉軍.低功耗物聯(lián)網(wǎng)在新型智慧城市建設(shè)中的實施路徑探析[J].中國信息化，2020（11）：93-94.

作者:蔡芙蓉 單位:航天科工廣信智能技術(shù)有限公司