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物聯(lián)網(wǎng)照明的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系框架探討

時(shí)間:10-26 

照明技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(shù)跨界，照明技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不是照明行業(yè)本身的事情，而是一個(gè)多學(xué)科和綜合多行業(yè)技術(shù)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(shù)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(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系框架“，僅作為拋磚引玉，提出單方面的一種見解，提供學(xué)術(shù)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(dǎo)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(lǐng)的物聯(lián)網(wǎng)，開始沖擊半導(dǎo)體行業(yè)主打的LED照明，使得照明的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)制定難度越來越大，越來越復(fù)雜。當(dāng)然近十多年的LED照明技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定成績(jī)斐然，并且開始走向國(guó)際，有目共睹。尤其自不久前的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法頒布以來，團(tuán)體照明技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)如春筍般出現(xiàn)，是一件標(biāo)準(zhǔn)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(gè)系統(tǒng)，它集成了光電技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和信息安全技術(shù)的綜合體。而技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)體LED的單一光源和燈具的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)框架體系，已經(jīng)不適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)照明的技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系的現(xiàn)狀，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)照明是一個(gè)復(fù)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(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)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(dǎo)。

　　1.4

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

　　為此，一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)照明的技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系框架的形成十分必要。

　　2 .物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33474-2016《物聯(lián)網(wǎng) 參考體系架構(gòu)》中的感念模型，物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)有四個(gè)層面組成，四個(gè)層面分別為：物理感知層、傳輸網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用支撐層、服務(wù)應(yīng)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(shè)備感知層包括：設(shè)備上的各種傳感器(包括：光、電、氣、氣象、環(huán)境、速度、運(yùn)動(dòng)、紅外、流量)、RFID、智能卡、二維碼、讀寫器、生物識(shí)別、視頻、監(jiān)控、MEMS、GPS、北斗等等。

　　2.2傳輸網(wǎng)絡(luò)層包括：遠(yuǎn)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(yīng)用支撐層包括： 各種中間功能件、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、云平臺(tái)、分布式并行計(jì)算、Web服務(wù)技術(shù)、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)安全、人工智能等等。

　　2.4服務(wù)應(yīng)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(luò)層、應(yīng)用支撐層、服務(wù)應(yīng)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(shè)備感知層(路燈和控制節(jié)點(diǎn)或集中控制器上)包括：光敏傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、帶時(shí)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(luò)層包括：無線近距離通信(如Zigbee)或有線近距離通信(如485)、遠(yuǎn)程無線通信GPRS、NB-IOT或Internet等等。

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

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

　　控制模塊、統(tǒng)計(jì)模塊、地理模塊、檔案模塊、設(shè)置模塊、通信模塊等。

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

　　感應(yīng)器à單燈控制器à集中控制或監(jiān)控中心啟動(dòng)à燈具點(diǎn)亮à狀態(tài)返回à各種中央后臺(tái)監(jiān)控管理。

　　注1：所有的“à”符號(hào)都表示一個(gè)單工或雙工的通信過程)

　　注2：感應(yīng)器：包括了環(huán)境亮度感應(yīng)、地理時(shí)間感應(yīng)、人或車的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)等。這幾個(gè)條件在邏輯上是“與”的關(guān)系。具體的邏輯模型有設(shè)計(jì)者和使用者確定。

　　2.5.6從上面的簡(jiǎn)單工作流程圖可以看出，物聯(lián)網(wǎng)照明不是一個(gè)燈具的事情，是一個(gè)系統(tǒng)過程，除了傳感器、驅(qū)動(dòng)電源部件或燈具設(shè)備自身的技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)外，在各個(gè)部件之間、部件和設(shè)備之間、部件或設(shè)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(jié)構(gòu)的匹配協(xié)調(diào)問題。

　　2.5.7 物聯(lián)網(wǎng)照明的技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系框架，就是把部件、設(shè)備、通信、軟件平臺(tái)、應(yīng)用軟件等等自身的，和它們之間的，需要做的技術(shù)規(guī)范、通信協(xié)議、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、互換接口要求等理出來，便于相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作者了解需要做的工作。