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物联网照明的技术和标准体系框架探讨

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物联网照明的技术和标准体系框架探讨

发布日期:2018-10-29 作者:VUNHO 点击:

    照明技术规范和产品标准是照明行业发展的重要组成部分,随着照明行业的技术跨界,照明技术规范和产品标准已经不是照明行业本身的事情,而是一个多学科和综合多行业技术的题目。本人就以在IT行业、通信行业和LED照明行业的近四十年的技术积累,以单薄的力量来初浅地大胆探讨一下物联网背景下的照明技术和标准体系框架“,仅作为抛砖引玉,提出单方面的一种见解,提供学术性的讨论和参考。

  1 问题的提出

  传统照明行业的光源或灯具在二十年前开始,被属于半导体行业的LED为主体的照明光源和灯具逐步替代。近几年又出现了由IT行业、通信行业、电子行业引领的物联网,开始冲击半导体行业主打的LED照明,使得照明的技术规范和标准制定难度越来越大,越来越复杂。当然近十多年的LED照明技术规范和产品标准制定成绩斐然,并且开始走向国际,有目共睹。尤其自不久前的国家标准法颁布以来,团体照明技术规范和产品标准如春笋般出现,是一件标准开始深入人心和企业开始重视的好事情。不过问题为此也就出现了,具体表现在:

  1.1 物联网照明已经不是单一光源和灯具,是一个系统,它集成了光电技术、传感技术、通信技术、信息技术、大数据处理技术和信息安全技术的综合体。而技术规范和产品标准的制定,仍然是单行业作战,没有形成合力。

  1.2 传统的甚至是半导体LED的单一光源和灯具的技术和标准框架体系,已经不适应物联网照明的技术规范和产品产品标准体系的现状,因为物联网照明是一个复杂的系统,是相互需要统一的接口(包括软件和硬件)协议来协调工作。

  1.3 系统的技术规范和产品标准,是一个多维度的立面体,需要前瞻性、全面性的多方方位来规划和指导。

  1.4 技术和产品涉及多行业、多领域,没有规范和标准,不能做到技术统一和产品兼容,而没有宏观的规范和标准的体系框架,更没有规范和标准的合理统一性和全面完善性。

  为此,一个物联网照明的技术规范和产品标准体系框架的形成十分必要。

  2 物联网的基本架构

  根据国家标准GB/T 33474-2016《物联网 参考体系架构》中的感念模型,物联网的基本架构有四个层面组成,四个层面分别为:物理感知层、传输网络层、应用支撑层、服务应用层,见图1:

  图1 物联网的四层图解

  Fig.1 The diagram of IOT

  2.1设备感知层包括:设备上的各种传感器(包括:光、电、气、气象、环境、速度、运动、红外、流量、、、)、RFID、智能卡、二维码、读写器、生物识别、视频、监控、MEMS、GPS、北斗等等,

  2.2传输网络层包括:远程的Internet 、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、eSIM、eMTC; 卫星通信、PLC、近程的Bluetooth、WIFI、UWB、ZigBee、LoRa、Z-wave等等,

  2.3应用支撑层包括: 各种中间功能件、大数据、云计算、云平台、分布式并行计算、Web服务技术、边缘计算、数据安全、人工智能等等,

  2.4服务应用层则包括:智能零售、智能制造、智能物流、智能家居、智能安防、智能能源、智慧农业、智慧交通、智慧医疗、智慧建筑、智慧军事等等。

  2.5 以照明物联网为例,解释一下物联网的工作过程 :

  物联网照明一样也有四层:物理感知层、传输网络层、应用支撑层、服务应用层。见图2:

  图2 照明物联网示意图

  Fig.2 The diagram of IOT lighting

  2.5.1 照明物联网的设备感知层(路灯和控制节点或集中控制器上)包括:光敏传感器、运动传感器、带时钟的GPS(或北斗定位)等等

  2.5.2 照明物联网的传输网络层包括:无线近距离通信(如Zigbee)或有线近距离通信(如485)、远程无线通信GPRS或Internet等等。

  2.5.3 照明物联网的应用支撑层包括:服务器及平台软件、各种中间功能件、大数据、或有云计算和边缘计算。

  2.5.4 照明物联网的服务应用层主要是物联网照明管理中心,中心包括几个系统模块:

  控制模块、统计模块、地理模块、档案模块、设置模块、通信模块等。

  2.5.5 一个简单的城市道路物联网照明的工作流程,主要有几个过程:

  感应器à单灯控制器à集中控制或监控中心启动à灯具点亮à状态返回à各种中央后台监控管理。

  注1:所有的“à”符号都表示一个单工或双工的通信过程)

  注2:感应器:包括了环境亮度感应、地理时间感应、人或车的运动感应等。这几个条件在逻辑上是“与”的关系。具体的逻辑模型有设计者和使用者确定。

  2.5.6从上面的简单工作流程图可以看出,物联网照明不是一个灯具的事情,是一个系统过程,除了传感器、驱动电源部件或灯具设备自身的技术规范和产品标准外,在各个部件之间、部件和设备之间、部件或设备和监控中心之间,都存在硬件连接、通信协议和软件数据结构的匹配协调问题。

  2.5.7 物联网照明的技术规范和产品标准体系框架,就是把部件、设备、通信、软件平台、应用软件等等自身的,和它们之间的,需要做的技术规范、通信协议、产品标准、互换接口要求等理出来,便于相关的标准工作者了解需要做的工作。

  3 物联网照明标准体系框架

  体系框架见图3:

  图3 物联网照明标准体系框架


  Fig.3 The technology and standard system framework of IOT lighting

  4 基本框架的解释和说明

  4.1 框架的搭建基础和思路是按物联网的模型体系,并按照照明设备的自身特点来进行的,是横向按层面来搭建的。也有按从底层到中央后台的纵向,以物联网的应用场景一个个来搭建,但纵向的搭建,会产生重复的框架内容。

  4.2 框架按物联网的基本四个分层加设备层,分为五个部分。每个部分有独立的技术规范和产品标准,也有每个部分相互之间的接口技术规范和通信协议。

  4.3 框架中涉及的部分可以参考,但不局限于此的物联网照明相关国家标准、行业标准、团体标准标准号和名称,和本文提出的框架标号和名称做个对照,参见对照表1:

  表1 框架标号和参考标准名称对照表

  Tab.1 Reference for the sequence number in framework and issued standard

  4.4 框架中的部分标准,有的虽然已经发布,但还是有需要修订的地方。比如去年发布的GB/T 33745-2017《物联网 术语》中,最基本的“物联网系统”术语也没有定义,却在其他物联网相关标准中却经常出现。

  4.5 框架中所列的仅是照明物联网的内容,但也是多功能路灯的基本体系框架,如果加上其他功能(环境监测、安全监控、WiFi基站、信息显示等等)的技术规范和产品标准体系,就可以形成多功能路灯物联网的体系框架。

  4.6 这个框架也不是完备的,有很多探讨的空间。可以集思广益,百家争鸣,最后得出切合实际现状和符合未来发展的体系框架,这是本文的目的。

  5.发展趋势

  当前,物联网应用集中在智能家居、智慧城市、车联网、工业物联网等热门领域,这些热门领域带动了人工智能、大数据、云平台云计算、无线通信、语音识别等等技术的发展。而随着物联网技术的日趋成熟,物联网产品迭代速度加快,各行各业的应用也在不断深化,这将催生更多的新技术、新产品、新应用、新模式。

  对于上面探讨的体系框架,会存在下面可以预见的变化:

  5.1对于物联网的传输网络层 ,随着NB-IOT越来越普及后的成本下降,传输网络层不再会有近距离加远程的模式实现,而是直接由NB-IOT和eSIM(或者eMTC)的模式一步完成。

  5.2未来5G的商业化,传输网络层将会发生翻天覆地的变化,而且也不分窄带和宽带的通信模式。鉴于本人还没实践过5G,所以不能具体描述它的变化,但无论在带宽上、性能上、成本上怎么变化,传输网络层总是存在的,技术和标准的架构不会变化。

  5.3边缘计算最快的应用场景将是在智能网关上,将会改变目前的多模式多协议的局域和近程通信模式。

  5.4 边缘计算近期异军突起,虽然它位于通信传输层的上端或下端,但它是对云计算的一种补充和优化,让云计算成为真正的中心计算。

  5.5 随着智能路灯向多功能路灯发展,笔者认为现在俗称的“智慧路灯”,只能称“多功能路灯“或”多功能灯杆”,它没有到智慧的程度,只是把几个以前分开应用的场景集成到路灯灯杆上而已。所以上述的物联网照明体系框架具有基础的意义,“多功能路灯物联网的技术和标准体系框架”可以在这个基础上增加修订。

  5.6 随着近期国家公布的低轨道卫星通信系统的实现,物联网的延申将遍布地球的山山水水任何一个地方。


来源:阿拉丁照明网

相关标签:物联网照明

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