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【光电热点大家谈】用分布式物联的方式,构建高速在线的智能服务空间
发布时间: 2019-4-20 15:47:04

首先我们来说目前市面上比较流行的智能化路灯(俗称智慧灯杆),整套设备集成了智能照明、传感器、摄像头、显示屏、充电桩等设备,这些想必大家都耳熟能详,我这里重点讲的是他们的连接通信方式区别。

 

目前市面上的常规连接方式主要有三种:Zigbee、NB-IOT、LoRa(PLC基本已被淘汰),每种连接方式各有千秋,现在我分别介绍:


1、  Zigbee:中文名为紫峰,主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输,是一种高可靠的无线数传网络,类似于CDMA和GSM网络。可工作在2.4GHz(全球)、868MHz(欧洲)和915 MHz(美国)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,传输距离在10-75m的范围内。其技术相对来说较为成熟,早在2004年,Zigbee的第一个规范就已ZigBee V1.0诞生,此技术已在市场上应用数十年时间,稳定性相对可靠。但Zigbee主要采用ISM频段中的2.5G频率,其衍射能力弱,穿墙能力弱,所以适合在户外,或无遮挡区域使用。


Zigbee与灯具结合主要是每个灯具安装一个单灯控制器,现场每个配电箱在安装一个集中管理器(俗称网关)。单灯控制器的发射功率为10db,低于欧盟要求(20db)。单灯控制器有NEMA接口和接线式两种(根据灯具外形设计择优选择)。每个单灯控制器检测灯具内的电压,电流,温度,用电时间等,反馈到网关中,网关接收信号后,发送到后台管理系统,后台管理系统可监控灯具的实时情况,且可远程控制灯具的开关,调光等状态。注:Zigbee在网关上会插入3G,4G卡进行数据传输,或把3G,4G卡部分更换wifi模块进行数据传输。



大家有不同意见的可以留言,互相学习交流,下面我就介绍一下LoRa。


1、 LoRa:

LoRa是美国semtech(升特)公司创建的低功耗局域网无线标准。LoRa的名字就是远距离无线电(Long Range Radio),它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远,实现了低功耗和远距离的统一,它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍,且穿墙性能优。LoRa改变了以往传输距离与功耗的折衷考虑方式,为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统,进而扩展传感网络。目前,LoRa主要在全球免费频段运行,包括433、868、915 MHz等。



LoRa与灯具结合主要由LoRa单灯控制器、网关(或称基站)、服务器和云四部分组成,应用数据可双向传输。实现功能与Zigbee连接模式一样。LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术,此前,只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术,而随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。LoRa技术能够以低发射功率(Zigbee相对来说为中功耗了)获得更广的传输范围和距离,这种低功耗广域技术正是我们所需的。


LoRa采用点对点通信方式,实现远距离传输的目的,无需网格化网络(mesh)。注:LoRa在网关上会插入3G,4G卡进行数据传输,或把3G,4G卡部分更换wifi模块进行数据传输。



下面我在介绍一下NB。


窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT),物联网络的一个重要分支。其构建于蜂窝网络,消耗大约180KHz带宽,直接部署GSM网络、UMTS网络或LTE网络。NB-IoT射频带宽为200kHz。


因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势,使其可以广泛应用于多种垂直行业,如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。


全球大多数运营商使用900MHz频段来部署NB-IoT,有些运营商部署800MHz频段。中国联通的NB-IoT部署在900MHz、1800MHz频段,目前只有900MHz 可以试验。中国移动为了建设NB-IoT物联网,将会获得FDD牌照,并且允许重耕现有的900MHz、1800MHz频段。中国电信的NB-IoT部署在800MHz频段,频率只有5MHz。


需要注意的是,不同于Zigbee和LoRa的单灯控制器,NB-IoT的单灯控制器模块需要单独的NB卡支持,及各个国家规定的入网许可证。SIM卡与IMEI号码需要绑定。NB卡需要单位、学校或者个人向运营商的物联网部门申请,才能够拿到。由于每个产品上有NB卡,所以流量消耗是Zigbee和LoRa的十倍甚至几十倍之多,但NB-IoT是没有网关的。


NB-IoT对于移动运营商(华为、中兴、移动、联通、电信)来说,尤其关键, Zigbee和LoRa,连接方式只能控制灯具,并不能与之进行物联网环境搭建。而NB-IoT单灯控制器模块有单独的NB卡,所以每个灯具可以形成一个物联网窄体,构建分布式物联网的连接模式(Zigbee和LoRa是集中式)。人与人之间的通讯规模已近天花板,物与物的则刚刚进入增长快车道。随着可穿戴、车联网、智能抄表等新兴市场的开启,工业4.0、智慧城市、智慧农业等理念照进现实,万物互联的时代正加速到来。NB-IoT连接技术在中国不同领域 范围越来越广。


中国联通2016年在7个城市(北京、上海、广州、深圳、福州、长沙、银川)启动基于900MHz、1800MHz的NB-IoT外场规模组网试验,以及6个以上业务应用示范。2018年将开始全面推进国家范围内的NB-IoT商用部署。中国移动计划于2017年开启NB-IoT商用化进程。中国电信计划于2017上半年部署NB-IoT网络。华为联合六家运营商(中国联通、中国移动、沃达丰、阿联酋电信、西班牙电信、意大利电信)在全球成立六个NB-IoT开放实验室,聚焦NB-IoT业务创新、行业发展、互操作性测试和产品兼容验证。中兴通讯联合中国移动在中国移动5G联合创新中心实验室完成NB-IoT协议的技术验证演示。


市面上三种主流的智慧路灯连接方式,我觉得各有千秋,要分不同场所,不同需求,择优选择,以便满足客户需求的同时,在实现利润最大化。



在中国,由于运营商基站覆盖面广(形成蜂窝网络),流量费用低,且国家大力提倡物联网技术,所以目前越来越多的项目会使用NB-IoT(NB-IoT中的NB卡要使用运营商专用的授权频段)。但在国外,由于基站覆盖范围少,发达程度相对中来来说落后,所以NB-IoT就不适用,这时,就应选择Zigbee和LoRa。


但在中国,LoRa工作频段(150MH-1GHz)受限制,如470-510MHz频段作为民用无线电计量仪表使用频段,且限单频点使用,不能用于组网应用,所以LoRa在中国的发展前景我个人不看好(NB-IoT是中国大力推行的技术,LoRa是美国技术,所以政府相对会抵制LoRa)。


NB-IoT工作在运营商私有频段,Zigbee工作在2.4GHz(全球)、868MHz(欧洲)和915 MHz(美国),3个专用频段上,技术应用超过10年时间,故全球范围均接受Zigbee方案。若项目中障碍物较多,需要多次穿墙使用,则此时优先考虑LoRa,若无此限制, Zigbee与LoRa均可选择。


所以,NB-IoT建议在国内使用,LoRa用于国外穿墙环境,且距离较长的项目上,Zigbee用于穿墙环境较少的场景中。

需要注意的是,NB-IoT没有网关,LoRa网关不受安装限制,Zigbee网关必须安装在配电箱内。所以在制定方案时,还要考虑到网关的因素。


讲完了智能灯杆的连接方式后,现在来讲讲具体案例,主要是针对客户的使用环境,进行智能化定制方案的案例讨论(此处智能化定制方案灯具只是其中一部分)。


某新建公园,要求全部采用智能化安防、监控、可视对讲、智能照明、wifi全园覆盖,且不能破坏公园地表,不得进行挖沟,填埋等工作,一切连接尽量用无线方式实现。

 

解决方案:我司在了解客户需求后,专门为其制定了智慧管理系统解决方案,项目的主要的亮点在于,全程视频安防监控数据无线化实时传输,不影响公园正常运营及游客参观。照明运用NB-IoT方案,实现统一集中化管理。小范围wifi运用灯具中的NB卡,实现热点wifi上网,运用我司的智能物联网全功能装置可实现大范围wifi覆盖(带宽不低于200M),造价比原始的有线施工方式节省了30%以上,无线智能化系统定制方案也得到了客户的认可。



另外还有某电厂的洗煤车间,地下四层无基站无信号(通信目前仅靠有线电话方式),要求实现无线视频通讯,完成对高清摄像头所在区域的智能组网,实现车间的监控、人脸识别考勤打卡,及地下四层的智能照明控制。


解决方案:我司在了解客户需求后,专门为其制定了智慧管理系统解决方案,采用我司的智能物联网全功能装置实现去中心化无线组网与覆盖,完成对电厂摄像头所在区域的网络覆盖。通过一个主站多个副站进行链路连接的方法,在车间内完成网络覆盖。因为无基站,照明采用Zigbee方案,把SD模块部分换成wifi连接方式,网线连接我司的智能物联网全功能装置网孔,数据传输由wifi进行,解决了没有基站,数据传输不出的情况。人脸识别考勤打卡装置连接我司智能物联网全功能装置,实现无线连接,避免了有线连接造成的布线麻烦,施工周期久等问题。





最后总结一下,在智能化快速发展的今天,如何把智能化,物联网等新技术与我们传统行业的产品相结合,进行升级改造是很紧急的事,根据不同的应用场景,客户越来越趋近于小型定制化解决方案,所以我们要提升制定解决方案的能力,也是未来的趋势。



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