廣域融合物聯網下智慧城市建設淺析

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【摘要】廣域融合物聯網技術具有網格拓撲、分布智能及軟件定義等特征，與智慧城市建設有很高的適配性。在此基礎上分析廣域融合物聯網在智慧城市建設中的作用，如在城市照明系統中的應用、在建筑電氣系統中的應用等。

【關鍵詞】廣域聯合；物聯網；智慧城市建設

1引言

在疫情沖擊和我國數字經濟化內需提升的背景下，智慧城市建設投資體量大幅增加，人工智能、大數據、云計算、物聯網等科學技術手段在信息領域不斷進步創新，加速了智慧城市建設的進程。同時，智慧城市建設具有的數字經濟特征使智能企業需要考慮使用創新技術產品對新應用場景及新使用模式進行構建。

2智慧城市建設技術

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及多個領域，包含個人、企業以及政府。社會應用除了購物消費和家居生活外，還有教育醫療與公共安全等。從狹義上講，智慧城市即城市管理，是指政府職能有關領域，除公共安全和民生服務外，還有應急管理和市政設施[1]。在智慧城市頂層設計中，首先是場景層，其范圍除智慧生活、社區及醫療外，還有智慧園區、物流及工廠等。其次是數據層，其范圍除數據融合服務、城市服務平臺和城市大數據中心外，還有城市綜合指揮中心和城市公共計算及存儲服務中心等。最后是硬件層，可分為云、網、端三方面。云包括了邊緣計算、云邊協同以及云網協同。網包括了超高速光纖網、物聯專網以及5G無線寬帶。端包括了智能基礎設施與傳感節點以及智能終端。智慧城市建設技術要求通過以移動技術為代表的物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術應用實現全面感知、泛在互聯、普適計算與融合應用。其中，物聯網技術融合了射頻識別技術、激光掃描技術、衛星定位技術以及紅外傳感技術等多種復雜技術，是一種復合型多功能智能化的網絡技術，在智慧城市建設中有效運用物聯網技術，可進一步提高城市的整體服務水平。

3廣域融合物聯網性能優勢

為研究廣域融合物聯網性能優勢，需先理解“廣域”和“融合”，就“廣域”而言，一方面，廣域指的是產業鏈的所有單位主體，除了投資方和咨詢設計研究院外，還有建設單位以及運維單位。另一方面，廣域為物理層面的廣域，是指智慧城市建設覆蓋的范圍很廣、體量很大、接入設備數量很多。對“融合”來說，包括系統平臺融合與業務場景融合。廣域融合是物聯網發展的重要驅動力，在廣域融合物聯網中，覆蓋范圍、距離及對象均在逐漸增加，可融合運用兩個系統，并非系統集成。無線通信技術在物聯網中占據核心地位，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廣域物聯網技術的抗干擾性、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、移動通信技術不存在干擾，ZigBee存在干擾，Wi-Fi具有嚴重干擾。就抗干擾技術來說，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、Wi-Fi允許丟包、移動通信可靠性超過98%。最后，在數據及網絡安全方面進行比較。就發射而言，空中加密的物聯網技術包括WF-IoT、NB-IoT、LoRa、移動通信，不存在發射情況的物聯網技術包括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，BlueTooth不存在接收情況。通過比較，能夠發現廣域融合物聯網的優勢除了傳輸距離遠、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絡安全性。

3.2廣域物聯網技術在無線通信方面的優勢

選取NB-IoT、LoRa、WF-IoT進行比較，在技術屬性方面，NB-IoT源自國外，中國引領國際標準；LoRa源自國外，正在形成國際標準；WF-IoT源自國內，充分自主可控。在網絡類型方面，NB-IoT為授權網，運營商收費；LoRa為非授權網，免費；WF-IoT為非授權網，免費。在協議標準方面，NB-IoT為國際標準，LoRa為LoRaWAN協議，WF-IoT為ALL協議。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，城區是2km，郊區是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。在并發信道方面，NB-IoT為12個，LoRa為8個，WF-IoT超過3000個。在網絡拓撲方面，NB-IoT及LoRa是星形拓撲，WF-IoT則是網格拓撲。在網絡容量方面，NB-IoT及LoRa是每個基站六萬，WF-IoT則是每個子網六萬。在功耗等級方面，NB-IoT屬于低功耗，LoRa和WF-IoT屬于超低功耗。在應用場景方面，NB-Iot及LoRa均可運用在小數據量和時延不夠敏感的需要場景，WF-IoT能夠運用到大數據量和時延敏感需求場景中。在比較廣域物聯網的無線通信性能后，能夠發現廣域融合物聯網技術具有完全自主可控特點，其優勢除了通信速率很高和并發信道較多外，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據量和時延敏感需要，廣域融合物聯網擁有很高的適用性。

4將廣域融合物聯網運用至智慧城市建設工作

4.1廣域聯合物聯網在照明系統中的應用

對城市物聯網來說，廣域融合物聯網照明系統的運用表明照明技術得到升級，其升級過程如下。1）照明節能階段按照相關標準選用節能燈具，就節能來說，LED擁有顯著優勢。2）健康照明階段LED特點除光源小巧與容易控制外，還有可以調節，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，而且能和其他系統完成互動控制操作。在廣域融合物聯網技術中，其核心為國產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，功能除了開關控制功能、色溫連續調節功能和狀態檢測功能外，還有亮度連續調節功能以及電壓電流計量功能。使用廣域融合物聯網下的照明系統同樣可滿足照明產業升級需求。對LED產業來說，在增量發展之后，急需在廣域融合層面完成轉型升級和突破[3]。就廣域融合物聯網的照明系統來說，此系統無論在經濟意義與社會意義方面，都具有短期與長期優勢。①照明系統除普遍運用至城市和園區外，還廣泛使用在建筑中，不必再次搭建物聯網。②在城市更新和已有建筑改造中實現無縫升級目標，在新建建筑設計工作和新建建筑安裝工作中，無需改變方式。③廣域融合物聯網技術和其余照明控制技術相比，在控制效果一致時，此技術擁有更低的造價。④廣域融合物聯網技術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廣域融合物聯網技術在芯片模組及照明一體化結合方面表現很好，具備AI智慧照明功能。⑥廣域融合物聯網技術具有自主知識產權，不僅能夠保障數據安全，還具有開放平臺。

4.2廣域聯合物聯網在建筑電氣系統的應用

對建筑電氣技術來說，廣域融合是其主要發展趨勢，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，還有單點網絡融合、軟件平臺融合及平臺AI融合。對建筑電氣系統廣域融合來說，其發展過程包括以下階段：首先是廣域融合1.0階段，在模擬技術和硬線連接基礎上融合；其次是廣域融合2.0階段，在總線技術基礎上進行廣域融合；最后是廣域融合3.0階段，在物聯網技術基礎上進行廣域融合[4]。舉例說明，在電梯增加電動車禁入系統中，各方案如下：首先是傳統方案，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進行聯動，此方案效果較差；最后是智慧方案，利用AI攝像頭軟件達到準確識別電動車和使用人員數據目的，對通道應急處理流程進行控制，可監視電梯能否在正常狀態下運行。在廣域融合組網拓撲中，各子網組成除物聯網節點及物聯網網關外，還有協議集成器與控制器等。各子網在網關作用下，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節點，讓異構物聯網輕易完成融合與集成工作，使系統復雜程度有所下降。任意節點均有一定幾率為中心，達到萬物直接互聯目的。廣域融合使系統變得更加可靠，假如某一節點出現故障，不會影響系統其他區域。廣域融合讓事件響應效率有所提升，使系統運用范圍得到拓展。

5結語

在“十四五”規劃綱要中，要求將智慧城市建設使用數字化形式推動城市發展以及治理模式的創新，使智慧城市運行效率以及宜居程度得到全方位提升，智慧城市建設工作將迎來全新篇章。對智慧城市建設來說，廣域融合物聯網技術可發揮關鍵作用，但是此技術的推廣應用還有很大進步空間，不僅需要設計院配合，還需要工程商及廠家合作，以達到產業鏈廣域融合目的，更加深入推進智慧城市發展建設。

參考文獻

[1]郭金龍，周碩.智慧城市建設中物聯網和大數據在消防滅火救援中的應用研究[J].今日消防，2021，6（11）：50-52.

[2]高天，羅文清，張樂穎，等.物聯網技術在智慧城市建設中的應用研究[J].中國住宅設施，2021（8）：7-8.

[3]趙羚志，謝輝，張國輝，等.聯網技術在智慧城市建設應用中的難點與疑點[J].長江信息通信，2021，34（3）：216-218.

[4]夏婷婷，邱偉軍.低功耗物聯網在新型智慧城市建設中的實施路徑探析[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有限公司