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物聯(lián)網(wǎng)照明的技術和標準體系框架探討

時間:10-26 

照明技術規(guī)范和產(chǎn)品標準是照明行業(yè)發(fā)展的重要組成部分，隨著照明行業(yè)的技術跨界，照明技術規(guī)范和產(chǎn)品標準已經(jīng)不是照明行業(yè)本身的事情，而是一個多學科和綜合多行業(yè)技術的題目。本人就以在IT行業(yè)、通信行業(yè)和LED照明行業(yè)的近四十年的技術積累，以單薄的力量來初淺地大膽探討一下物聯(lián)網(wǎng)背景下的照明技術和標準體系框架“，僅作為拋磚引玉，提出單方面的一種見解，提供學術性的討論和參考。

　　1.問題的提出

　　傳統(tǒng)照明行業(yè)的光源或燈具在二十年前開始，被屬于半導體行業(yè)的LED為主體的照明光源和燈具逐步替代。近幾年又出現(xiàn)了由IT行業(yè)、通信行業(yè)、電子行業(yè)引領的物聯(lián)網(wǎng)，開始沖擊半導體行業(yè)主打的LED照明，使得照明的技術規(guī)范和標準制定難度越來越大，越來越復雜。當然近十多年的LED照明技術規(guī)范和產(chǎn)品標準制定成績斐然，并且開始走向國際，有目共睹。尤其自不久前的國家標準法頒布以來，團體照明技術規(guī)范和產(chǎn)品標準如春筍般出現(xiàn)，是一件標準開始深入人心和企業(yè)開始重視的好事情。不過問題為此也就出現(xiàn)了，具體表現(xiàn)在：

　　1.1

　　物聯(lián)網(wǎng)照明已經(jīng)不是單一光源和燈具，是一個系統(tǒng)，它集成了光電技術、傳感技術、通信技術、信息技術、大數(shù)據(jù)處理技術和信息安全技術的綜合體。而技術規(guī)范和產(chǎn)品標準的制定，仍然是單行業(yè)作戰(zhàn)，沒有形成合力。

　　1.2

　　傳統(tǒng)的甚至是半導體LED的單一光源和燈具的技術和標準框架體系，已經(jīng)不適應物聯(lián)網(wǎng)照明的技術規(guī)范和產(chǎn)品產(chǎn)品標準體系的現(xiàn)狀，因為物聯(lián)網(wǎng)照明是一個復雜的系統(tǒng)，是相互需要統(tǒng)一的接口(包括軟件和硬件)協(xié)議來協(xié)調(diào)工作。

　　1.3

　　系統(tǒng)的技術規(guī)范和產(chǎn)品標準，是一個多維度的立面體，需要前瞻性、全面性的多方方位來規(guī)劃和指導。

　　1.4

　　技術和產(chǎn)品涉及多行業(yè)、多領域，沒有規(guī)范和標準，不能做到技術統(tǒng)一和產(chǎn)品兼容，而沒有宏觀的規(guī)范和標準的體系框架，更沒有規(guī)范和標準的合理統(tǒng)一性和全面完善性。

　　為此，一個物聯(lián)網(wǎng)照明的技術規(guī)范和產(chǎn)品標準體系框架的形成十分必要。

　　2 .物聯(lián)網(wǎng)的基本架構

　　根據(jù)國家標準GB/T 33474-2016《物聯(lián)網(wǎng) 參考體系架構》中的感念模型，物聯(lián)網(wǎng)的基本架構有四個層面組成，四個層面分別為：物理感知層、傳輸網(wǎng)絡層、應用支撐層、服務應用層，見圖1：

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的四層圖解
Fig.1 The diagram of IOT

　　2.1設備感知層包括：設備上的各種傳感器(包括：光、電、氣、氣象、環(huán)境、速度、運動、紅外、流量)、RFID、智能卡、二維碼、讀寫器、生物識別、視頻、監(jiān)控、MEMS、GPS、北斗等等。

　　2.2傳輸網(wǎng)絡層包括：遠程的Internet 、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、eSIM、eMTC; 衛(wèi)星通信、PLC、近程的Bluetooth、WIFI、UWB、ZigBee、LoRa、Z-wave等等。

　　2.3應用支撐層包括： 各種中間功能件、大數(shù)據(jù)、云計算、云平臺、分布式并行計算、Web服務技術、邊緣計算、數(shù)據(jù)安全、人工智能等等。

　　2.4服務應用層則包括：智能零售、智能制造、智能物流、智能家居、智能安防、智能能源、智慧農(nóng)業(yè)、智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧建筑、智慧軍事等等。

　　2.5 以照明物聯(lián)網(wǎng)為例，解釋一下物聯(lián)網(wǎng)的工作過程 ：

　　物聯(lián)網(wǎng)照明一樣也有四層：物理感知層、傳輸網(wǎng)絡層、應用支撐層、服務應用層。見圖2：

圖2 照明物聯(lián)網(wǎng)示意圖
Fig.2 The diagram of IOT lighting

　　2.5.1 照明物聯(lián)網(wǎng)的設備感知層(路燈和控制節(jié)點或集中控制器上)包括：光敏傳感器、運動傳感器、帶時鐘的GPS(或北斗定位)等等。

　　2.5.2 照明物聯(lián)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡層包括：無線近距離通信(如Zigbee)或有線近距離通信(如485)、遠程無線通信GPRS、NB-IOT或Internet等等。

　　2.5.3 照明物聯(lián)網(wǎng)的應用支撐層包括：服務器及平臺軟件、各種中間功能件、大數(shù)據(jù)、或有云計算和邊緣計算。

　　2.5.4 照明物聯(lián)網(wǎng)的服務應用層主要是物聯(lián)網(wǎng)照明管理中心，中心包括幾個系統(tǒng)模塊：

　　控制模塊、統(tǒng)計模塊、地理模塊、檔案模塊、設置模塊、通信模塊等。

　　2.5.5一個簡單的城市道路物聯(lián)網(wǎng)照明的工作流程，主要有幾個過程：

　　感應器à單燈控制器à集中控制或監(jiān)控中心啟動à燈具點亮à狀態(tài)返回à各種中央后臺監(jiān)控管理。

　　注1：所有的“à”符號都表示一個單工或雙工的通信過程)

　　注2：感應器：包括了環(huán)境亮度感應、地理時間感應、人或車的運動感應等。這幾個條件在邏輯上是“與”的關系。具體的邏輯模型有設計者和使用者確定。

　　2.5.6從上面的簡單工作流程圖可以看出，物聯(lián)網(wǎng)照明不是一個燈具的事情，是一個系統(tǒng)過程，除了傳感器、驅動電源部件或燈具設備自身的技術規(guī)范和產(chǎn)品標準外，在各個部件之間、部件和設備之間、部件或設備和監(jiān)控中心之間，都存在硬件連接、通信協(xié)議和軟件數(shù)據(jù)結構的匹配協(xié)調(diào)問題。

　　2.5.7 物聯(lián)網(wǎng)照明的技術規(guī)范和產(chǎn)品標準體系框架，就是把部件、設備、通信、軟件平臺、應用軟件等等自身的，和它們之間的，需要做的技術規(guī)范、通信協(xié)議、產(chǎn)品標準、互換接口要求等理出來，便于相關的標準工作者了解需要做的工作。