总16期
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物联网应用的特点及其技术实现
文/马洪光
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物联网( Internet of things, IoT )即 “万物相连的互联网”,是移动互联网的延伸和扩展,是移动互联网的2.0阶段。物联网将各种信息传感设备与互联网结合起来,通过智能化应用,实现人、机、物的互联互通,助力城市及企业的数字化转型及升级。

物联网应用的特点

物联网应用具有以下典型特点:

1. 业务驱动

数字化时代下,服务模式及管理模式面临再一次的转型及升级,物联网技术也成为智慧城市、智慧教育、智慧园区等用户异常关注的内容,如何通过物联网技术更好地提升管理效率,优化服务质量成为用户及相关物联网企业深入思考的一个问题。物联网最大的价值和驱动力不是将物理世界中的实体联网,而是由最终用户业务驱动建设,用户基于自身业务的深刻理解,摸索并提出业务转型方向,通过物联网技术优化甚至变革用户的业务行为方式。

2. 方案交付

传统有线及无线网络作为数据通道存在,建设内容相对比较清晰,关注网络本身的性能、稳定性、可维护性等相关网络层面指标即可,而物联网和传统网络不同,物联网和用户业务是强耦合关系,业务模式优化及建设方案明确后,物联网的建设才可以为用户创造价值,所以物联网的交付是端到端解决方案的交付。

3. 网络协议多样化,需求严重碎片化

物联网解决的最大问题是物理世界中终端及传感器联网需求,终端及传感器应用场景碎片化异常严重,传感器类型及设备形态差异化也非常大,随着业务场景的不同,对于网络传输协议的要求也存在巨大的差异。对于物联网业务的划分,通常可划分为位置服务及信息采集和控制,从位置服务的角度来看,广域网环境下定位及局域网定位对于定位精度及定位服务的业务场景就存在巨大差异。如城市环境下的电动车综合治理方案,基础就是电动车的位置跟踪,目前通常采用GPS定位方式,网络回传通常为NB-IoT方式以降低网络传输过程中消耗的功耗,同时降低定位终端的维护成本。局域网环境下的资产管理和人员管理方案也是基于位置服务,但是对于定位精度要求要远高于广域网环境,同时还需要满足室内定位的需求,故通常采用RFID或蓝牙技术来实现,所以物联网的网络连接协议由于使用场景,业务类型的不同,丰富性和复杂度要远高于人联网。

4. 模式灵活

由于物联网的方案交付、网络的复杂化及需求碎片化的特点,整体方案涉及上层场景化应用、网络通信和场景化物联传感终端等,这几部分对于物联网企业的要求是非常专业化的,由于不同企业的优势和专攻领域的不同,实际情况下的方案交付通常为多个企业的产品及方案的集成化形态交付,单独一个企业角度难度很大。基于这种背景,物联网产业的商业模式对于各个物联网企业来说也非常重要,运作模式也非常灵活,物联网相关企业可根据自身的特点和优势确定适合自己的商业模式和交付模式,对于最终用户而言,物联网的落地一定是生态落地的结果。

物联网技术体系架构

物联网应用的体系架构从底层向上依次分为感知层、网络层、平台层、应用层。

图1 物联网的技术体系架构

感知层 感知层是物理世界实体数字化的层面,属于数字化时代重要的数据来源,如物理世界中的能效管理涉及的电灯、空调;消防管理的烟感、可燃气体监测;教育领域的学生卡、资产等等。物理世界的数字化是物联网建设的基础,也是数字化时代下重要内容。

网络层 网络层为南向物联终端及传感数据传输层,整体分为高速网络及低速率网络。高速网络为有线网络、Wi-Fi网络及即将商用的5G网络,通常为视频监控、人脸识别及车联网等业务提供高带宽、低时延的网络连接服务;低速网络为当前物联网建设的主要内容,低速网络协议分为远距离、广覆盖及低功耗和近距离、精细化覆盖两部分,满足不同场景需求。

低功耗广域网协议分为运营商授权频段的NB-IoT技术及非授权频段的LoRa技术,在城市级环境下,网络工勘、部署成本较高,而NB-IoT网络覆盖是基于运营商原有基站软件升级即可满足,因此基于城市场景下的低功耗广域网覆盖可通过运营商网络满足;非授权频段的低功耗广域网技术LoRa则适用于园区网场景,为保证用户业务数据在留存在本地,非授权频段网络用户可采用自建的方式,LoRa协议架构相对比较简单(如图2),基站形态普遍较为小巧,覆盖范围根据实际楼宇密度覆盖范围1-10km,可满足园区内部消防、基础设施管理等。

图2 基于LoRa协议的物联网应用架构

平台层 物联网平台是物联网整体产业链的枢纽,随着物联网部署的规模化,物联网平台的作用变为尤为重要,是最终生态交付的核心,向下实现多样化、碎片化的终端接入及管理,多样化终端数据统一处理,向上面向应用提供应用开发、终端对接的统一化数据接口及工具,快速支撑物联网生态链上下游企业进行方案的整合,降低生态整合成本。

应用层

数字化时代应用为王,应用是优化用户业务服务流程,提升管理水平及效率的重要支撑,同时也是用户评估物联网建设与否的关键性因素,平台、网络及终端是最终业务应用的支撑和载体。

物联网应用建设要点

当前我国物联网建设正向规模化、规范化方向发展,由于场景化、碎步片化等特点,物联网以往建设模式均为烟囱式建设方案,随着规模化部署及物联网大面积建设的来临,面临了网络无法公用,重复建设现象严重,各个系统管理分裂,管理成本高,未形成统一化建设标准,各个系统之间数据壁垒严重,所以在物联网规模化背景下,硬件网络融合部署、物联网平台的统一化管理和建立统一的物联网数据标准变得尤为重要。

1. 硬件网络融合部署

物联网络协议最为复杂的场景为园区场景,路灯、井盖、消防等管理需要通过低功耗广域网技术实现,资产管理、人员管理等需要通过短距离物联网协议实现,且园区内的业务系统极为复杂,面临着数十个甚至几十个业务系统,实际部署中无法为每个业务系统单独部署网络,部署成本极高,且无法做到网络的有效管理,故为了满足多物联网业务系统的网络传输,需要充分考虑多业务系统网络的融合部署,以降低部署成本及管理成本。

用户在建设物联网过程中,硬件网络的融合部署可通过两个层面考量:

一体化设备 当前Wi-Fi网络已经成本园区的基础需求,在室外场景,Wi-Fi覆盖通常为100m左右,部署密度远低于室内场景AP部署密度,可以将非授权频段LoRa技术芯片直接嵌入在Wi-Fi设备中,便于在Wi-Fi网络部署过程中直接将LoRa网络做到室外场景的全覆盖,满足未来室外消防管理、基础设施管理、环境监测等业务的开展

室内场景下根据房间大小、并发人数的不同需要选择场景的AP产品进行覆盖,可考虑在场景化AP选型过程中选择内嵌蓝牙及RFID芯片产品,资产管理、人员管理等业务直接通过融合场景化AP产品进行网络接入,避免网络的二次部署。

基于Wi-Fi产品扩展融合 在物联网终端高密度接入、物联网多业务系统并发的情况下,单一的Wi-Fi物联网一体化网关无法满足要求的情况下,可考虑Wi-Fi建设过程中要求全场景的设备支持物联网的链式扩展,AP对物联网网关进行供电和数据回传,按需部署,满足多业务、高并发的需求。

2. 物联平台统一管理

物联网平台是物联网方案的核心,是解决烟囱式部署及数据壁垒问题的根本,通过物联网平台对网络及终端的统一接入、统一管理,降低用户管理成本,打破多业务系统壁垒。

统一接入:物联网平台需要提供多协议数据解析服务。以园区为例,LoRa网络、RFID网络、蓝牙网络、Zigbee网络等均会有一定的应用,物联网平台提供多协议解析,将南向物联终端的传感数据打通,北向通过标准化接口对接相应的上层应用。

统一管理:在多协议、大规模网络及碎片化终端并存的情况下,如何有效管理及监控网络及终端也成为用户的关注点,常规网络建设过程中,用户关注的重点为网络的管理,物联网建设中除了网络管理外,智能化终端及传感器的管理也是重点需要考量的,如终端电量、工作状态等。

3. 建设统一的物联网数据标准

物联网的落地离不开生态。对于企业而言,产业链上下游生态链的整合尤为重要,对于最终用户而言,为满足未来物联网业务的统一管理及多业务系统智能化联动的需求,需要物联网平台具备南向碎片化终端的可视化对接模式,自动生成北向数据接口对接上层应用,降低各个企业物联网方案落地成本,依托于物联网平台的可视化对接工具,建立统一的物联网数据标准,使后续的物联网建设按照规范要求逐渐推进。

结束语

数字化转型不是一蹴而就的,物联网的建设同样如此,业务流程变革驱动下的物联网建设在当前的阶段务必要引起企业领导者的高度重视,统筹规划,融合建设,降低部署成本,统一管理提升信息化设施管理手段,建立统一标准让数据尽其用。

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