物联网 时代路灯智能单灯 控制系统的选择

邵统海

安徽省滁州市城市照明管理中心 安徽省 滁州市 239000

摘要：随着物联网时代的到来，现在的路灯控制系统已不能满足智慧城市发展的需要。物联网时代路灯智能单灯控制系统将是必然趋势。对比电力线载波、基于Zigbee通信技术、NB-IoT技术和LoRa技术四种单灯控制系统；物联网时代，NB-IoT单灯控制系统和LoRa单灯控制系统将是选择方向，两种通信技术也各有优缺点。

关键词：道路照明、物联网；路灯智能单灯控制系统；zigbee；NB-IoT；LoRa；

一、我国路灯控制的现状

随着我国城镇化建设的推进，城市道路照明路灯的数量越来越多，能耗越来越高，供电趋于紧张。此外，城市照明的维护工作和高昂的维护成本 （人工控制、路灯巡查等），也给城市管理造成了巨大的困难。城市道路照明发展至今，随着规模发展和技术进步其控制方式一直在革新，从人工每天手动开关灯，到挂时控钟、经纬仪（定期设置）、再到目前较普及的三遥智能控制系统（遥控、摇信、遥测）智能化控制系统”）实现远程控制管理，道路照明控制看似已经很智能。但是，目前国内城市道路照明系统大部分“三遥”智能化控制系统只能以区域为单位对照明设备进行远程开关灯控制，多数城市路灯的开、 关控制仍由每台变压器 ( 配电箱 ) 分散控制，这种控制方法缺乏灵活性，并不能实时获取每盏路灯的状况，也无法根据实际情况对路灯进行单灯控制和监控，调节路灯的亮度，无法实现有效节能。这种城市照明管控方式随着城市建设管理水平和国家节能减排要求的提高越发显得相对简单、粗放，服务质量和节能水平偏低，已经无法满足现代化城市照明管理的需要，更不符合目前如火如荼开展的智慧城市的建设理念，万物互联时代智慧城市中的路灯控制系统需要更加精确、更加节能、更加智慧的智能单灯控制系统，需要将城市中的所有路灯串联起来，形成物联网，从而实现城市照明的人性化管理、单灯智能控制、数据监测、主动告警、维修主动化等功能，最终实现路灯照明的智慧管控。

二、物联网时代路灯单灯控制系统选择

目前，行业内路灯单灯控制系统主要分为电力线载波单灯控制系统、基于Zigbee通信技术单灯控制系统、基于NB-IoT技术单灯控制系统和基于LoRa技术单灯控制系统。

（一）基于电力线载波单灯控制在路灯行业早已有之，是指利用现有的路灯传输电力的线路作为控制用的数字信号的通信信道来传输数据，利用功率放大电路和 LC 谐振电路把信号向高频载波上进行调制并传输的一种通信模式。但是由于故障率高、抗干扰差、通讯距离短等各种原因此种技术的单灯控制不被路灯管理部门认可，而没有普及开来，在物联网时代将更加不符合万物互联理念。

（二）基于Zigbee通信技术的单灯控制系统。Zigbee 通信技术是利用电磁波信号进行数字信号传输，需在每杆路灯上集成部署一个 Zigbee 无线通信模块，电磁波信号构成一个专用的无线局域网在自由空间中传输，属于一种低速短距离传输的物联网无线通信技术。现阶段基于Zigbee通信技术的单灯控制系统是最成熟的并能够满足城市单灯控制系统。但是随着智慧城市建设的快速发展，未来对智慧路灯要求跟高，zigbee这种短距离通信技术对于道路照明可能将无法满足。

（三）基于NB-IoT技术单灯控制系统和基于LoRa技术单灯控制系统。NB-IoT和LoRa均属于LPWAN（low-powerWide-AreaNetwork，低功耗广域网），即广域网通信技术。在众多LPWAN中NB-IoT和LoRa两种技术都具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，成为最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。这两种LPWAN技术均适合低功耗物联网应用，而基于这两种技术的路灯单灯控制系统也应运而生，并将是物联网时代未来智慧路灯控制的主要选择。

三、NB-IoT技术和LoRa技术的比较

（一）NB-IoT和LoRa定义

NB-IOT(NarrowBandInternetofThings，NB-IoT，又称窄带物联网)，基于蜂窝的窄带物联网，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。它采用3GPP授权频段能避免干扰问题，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络。是由3GPP标准化组织定义的一种技术标准，是一种专为物联网设计的窄带射频技术；

LoRa(LongRange)是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，并融合了数字扩频、信号处理和前向纠错编码技术。

（二）NB-IoT和LoRa采用的通信频段

NB-IoT使用了授权频段，有三种部署方式：独立部署、保护带部署、带内部署。全球主流的频段是800MHz和900MHz。NB-IoT属于运营商建网，业务方不需要自己来考虑基站的部署，比较省心。目前国内电信运营商移动、联通、电信等正积极布局相关基础设施，为其发展提供广阔的空间。

LoRa使用的是免授权ISM频段，但各国或地区的ISM频段使用情况是不同的。主要运行在全球免费频段的433、868、915 MHz。在中国市场，由中兴主导的中国LoRa应用联盟（CLAA）推荐使用470-518MHz。由于LoRa是工作在免授权频段的，无需申请即可进行网络建设，网络架构简单，运营成本也低。但是LoRa，属于自建网络，基站需自己部署，后续需自己运维、优化等，覆盖的点位、网络质量及安全等维度都要自己负责。

（三）NB-IoT和LORa的通信距离

NB-IoT通信距离：

移动网络的信号覆盖范围取决于基站密度和链路预算。NB-IoT具有164dB的链路预算。一般地，NB-IoT的通信距离是15km。

LoRa通信距离：

LoRa以其独有的专利技术提供了最大168dB的链路预算。一般来说，在城市中无线距离范围是1-2公里，在郊区无线距离最高可达20km。

（四）NB-IoT和LoRa成本对比

LPWAN协议无论多强大都需要考虑其低成本，否则它们就不算可行的物联网解决方案。LoRa在这方面有优势，LoRa模组的总体成本约为NB-IoT等蜂窝LTE模块价格的一半而且非授权频段也不需要支付额外的频谱成本。NB-IoT网络的复杂性越高，知识产权相关（授权频段方面）费用更高，提高了NB-IoT的总成本。NB-IoT升级到先进的基站比LoRa通过工业网关或塔顶网关部署更昂贵。随着技术和市场越来越成熟，两项技术的成本预计将进一步下降。

通过以上比较我们可以看出NB-IoT和LoRa两种技术各有优缺点，而基于NB-IoT技术和LoRa技术的单灯控制系统在道路照明上目前都还处于发展的起步阶段，全国各大城市对单灯控制系统均处在小规模试验阶段。对路灯管理者来说，只有结合各自城市的具体情况，采用最合适自己城市发展的路灯单灯控制系统进行大规模部署，才是最好的选择。

四、结语

总之，物联网时代智能路灯单灯控制系统作为路灯发展的必然趋势，能为市民出行带来便利，并能有效地提升城市友好度，对建设智慧城市，提升城市竞争力具有重要的现实意义。同时，它的互联特性，是移动互联网的重要入口，商业价值可挖掘潜力大；另外，大量汇集的实时数据，对于大数据应用具有重要的实用价值。

参考文献：

[1]傅晓明，柴广跃，钟海涛，等.基于ZigBee的LED智能照明定位应用研究[J].照明工程学报，2017(5):32-41.

[2]郝张红，赵琳，王雅君，等.绿色智能照明控制系统设计[J].电子制作，2017(7):13-14.

[3]U学在线，NBIoT与LoRa技术详解及竞争态势分析.http://www.cclycs.net/z23481.html，2017-03-25.