各类物联网技术在智慧系统中的应有吴建方

各类物联网技术在智慧系统中的应有吴建方

吴建方

（湖州宇讯通信工程有限公司浙江湖州313000）

摘要：随着社会经济的发展，各类智慧系统成为社会关注的热点，在智慧系统的底层，是基于各类传感器、数据采集器和物联网技术。

关键词：物联网；智慧系统；LoRa；ZigBee；NB-LOT

1概述

物联网（InternetofThings，IOT）是指通过物体中的传感设备，将物体信息按照约定的协议传输至互联网络，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、监控和管理的一种网络。物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，其网络结构可分为感知层、网络层和应用层３层结构。感知层主要采用射频识别（RFID）技术、传感器与传感器网络技术、遥测遥感技术和短距离无线通信技术等手段，感知与采集数据。网络层将传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合，把采集和感知的信息进行可靠传送，实现广泛的互联功能。应用层通过对感知的数据进行分析处理、挖掘和融合，完成信息处理和人机交互，实现广泛智能化的应用。目前物联网技术主要有LoRa、ZigBee和NB-LOT。

2主要物联网技术

2.1LoRa技术

LoRa技术是一种基于扩频技术的无线通信技术，其主要特点是长距离且低能耗，主要应用于为电池供电的无线局域网与无线广域网。因为LoRa的无线电信号是经过Sub-GHz的频段，对通信信号具有放大作用，使通信设备在较低功耗的情况下能够完成长距离通信，并且可以使用电池或其他能量供应方式进行供电，同时得益于较低的数据传输速度，电池的寿命与网络容量在一定程度上得到增加。由于LoRa技术的信号穿透力较强，在大规模建筑中也毫不逊色，因此更加适用于大规模低成本的物联网系统的构建。

2.2ZigBee物联网技术

ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，可工作在2.4GHz（全球流行）、868MHz（欧洲流行）和915MHz（美国流行）3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内，但可以继续增加。ZigBee具有如下特点：

（1）低功耗：由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。

（2）成本低：ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5—2.5美元，并且ZigBee协议是免专利费的。

（3）时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。

（4）网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。

（5）可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

（6）安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

2.3NB-LOT

NB-LOT作为低功耗广域物联网的一种技术，发展迅速，NB-LOT具有以下几大优势：

大连接：相比传统的基站，NB-LOT能够提升50－100倍的上行容量，一个扇区能够支持10万个连接，能够支持低设备成本、低延时敏感度、低设备功耗和优化的网络架构。

广覆盖：NB-LOT技术有效的提升了功率谱密度，相比LTE，NB-LOT提升20dB增益，即提升了100倍区域覆盖的能力，而NB-LOT覆盖能力的增强不仅体现在室内覆盖上，即便在地下车库、地下管道等信号难以到达的地方，NB-LOT也可以覆盖到，而这正好解决了LTE信号无法全面覆盖的难题，在地下管道、地下车库等地方部署电表、气表等问题也可以有效解决。

低功耗：耗能低是物联网的一项重要指标，NB-LOT采用DRX和PSM节电技术，通过让设备在PSM状态时不接受寻呼信息来达到省电的目的，极大地提升了设备的续航能力和使用时间，数据表明，NB-LOT终端模块的待机时间可长达10年，这对于那些无法持续供电或者无法更换电池的场景，如恶劣条件下的传感器设备等，有着相当强的适用性。

低成本：与NB-LOT技术相比NB-LOT不需要重建新网，天线和射频都是可以复用。

3各类技术在智能楼宇中的应用

3.1基于LORA的大体积混凝土测温

由于LoRa物联网对于信号接收的灵敏度较高，因此在运行过程中其能耗被最大程度降低。由于LoRa物联网支持多信号通道、多数据速率的同时处理，因此系统容量较大，信号处理速度较快。基于终端与集中器的系统还支持测距与定位，极大程度地丰富了LoRa的使用功能。

例如大体积混凝土测温，外界温度和混凝土施工过程产生的温度都是导致大体积混凝土出现裂缝的重要因素之一。在大体积混凝土浇筑现场，利用测温仪采集各个维度的温度，从而实现测量大体积混凝土的中心温度、表面问题、外界温度，测温仪数据通过LoRa进行无线传输，进而与中继设备实现数据交流，。温度数据处理工作由PC端软件进行，针对混凝土温度曲线进行分析与存档，以实现整个公司所有项目的统筹控制，完成数据化。

3.2利用ZigBee实现智慧家居快速实施

基于ZigBee的网络控制系统可以实现对各种家电设备的控制和调节，只需要对旧式家电（家居）进行改装，或加入必要的驱动电路，便可以实现小信号对交流电器的控制。同时利用ZigBee手拉手式的网络特性，通过安装智慧面板直接解决复杂室内的无线信号控制问题。

3.3共享创新式NB-LoT智能停车管理

智能停车时智慧城市规划的重要组成部分，是智能交通不可或缺的一环。系统通过无处不在的NB-Lot网络，将园区内的停车场连接起来，并全面整合停车场数据资源。利用运营商级的NB-LoT网络，通过整合城市全局管理平台实时采集，发布和共享泊位信息，并通过服务平台和终端APP提供停车诱导服务，大幅减少开车人寻找停车位的无效交通流，提高利用效率。

4结论与建议

笔者认为，当前主流的三种物联网没有一种具有明显的绝对优势，在智慧系统中应根据三种技术的优缺点具体分析，结合实际环境决定采用具体技术。对于大数据和即将到来的5G时代，我们应充分利用各类物联网终端技术，建设安全、共享的大数据平台，实现全社会智慧化。

参考文献：

[1]董新平《物联网产业成长研究》2012.11

[2]周建明、孙宏彬《基于NB-LOT的智慧园区建设实践》

[3]詹良《基于ZigBee技术的职能家居无线网络系统》2008.3