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

物聯(lián)網(wǎng)照明的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系框架探討照明技術(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)制定成績斐然，并且開始走向國際，有目共睹。尤其自不久前的國家標(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)國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T33474－2016《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．1ThediagramofIOT2．1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．2ThediagramofIOTlighting2．5．1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。3．物聯(lián)網(wǎng)照明標(biāo)準(zhǔn)體系框架體系框架見圖3：圖3物聯(lián)網(wǎng)照明標(biāo)準(zhǔn)體系框架Fig．3ThetechnologyandstandardsystemframeworkofIOTlighting4．基本框架的解釋和說明4．1框架的搭建基礎(chǔ)和思路是按物聯(lián)網(wǎng)的模型體系，并按照照明設(shè)備的自身特點(diǎn)來進(jìn)行的，是橫向按層面來搭建的。也有按從底層到中央后臺(tái)的縱向，以物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景一個(gè)個(gè)來搭建，但縱向的搭建，會(huì)產(chǎn)生重復(fù)的框架內(nèi)容。4．2框架按物聯(lián)網(wǎng)的基本四個(gè)分層加設(shè)備層，分為五個(gè)部分。每個(gè)部分有獨(dú)立的技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，也有每個(gè)部分相互之間的接口技術(shù)規(guī)范和通信協(xié)議。4．3框架中涉及的部分可以參考，但不局限于此的物聯(lián)網(wǎng)照明相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)和名稱，和本文提出的框架標(biāo)號(hào)和名稱做個(gè)對(duì)照，參見對(duì)照表1：表1框架標(biāo)號(hào)和參考標(biāo)準(zhǔn)名稱對(duì)照表Tab．1

Referenceforthesequencenumberinframeworkand

issuedstandard4．4框架中的部分標(biāo)準(zhǔn)，有的雖然已經(jīng)發(fā)布，但還是有需要修訂的地方。比如去年發(fā)布的GB／T33745－2017《物聯(lián)網(wǎng)術(shù)語》中，最基本的“物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”術(shù)語也沒有定義，卻在其他物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中卻經(jīng)常出現(xiàn)。4．5框架中所列的僅是照明物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容，但也是多功能路燈的基本體系框架，如果加上其他功能（環(huán)境監(jiān)測、安全監(jiān)控、WiFi基站、信息顯示等等）的技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系，就可以形成多功能路燈物聯(lián)網(wǎng)的體系框架。4．6這個(gè)框架也不是完備的，有很多探討的空間?？梢约紡V益，百家爭鳴，最后得出切合實(shí)際現(xiàn)狀和符合未來發(fā)展的體系框架，這是本文的目的。5．發(fā)展趨勢當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用集中在智能家居、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等熱門領(lǐng)域，這些熱門領(lǐng)域帶動(dòng)了人工智能、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)云計(jì)算、無線通信、語音識(shí)別等等技術(shù)的發(fā)展。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品迭代速度加快，各行各業(yè)的應(yīng)用也在不斷深化，這將催生更多的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用、新模式。對(duì)于上面探討的體系框架，會(huì)存在下面可以預(yù)見的變化：5．1對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)層，隨著NB－IOT越來越普及后的成本下降，傳輸網(wǎng)絡(luò)層不再會(huì)有近距離加遠(yuǎn)程的模式實(shí)現(xiàn)，而是直接由NB－IOT和eSIM（或者eMTC）的模式一步完成。5．2未來5G的商業(yè)化，傳輸網(wǎng)絡(luò)層將會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化，而且也不分窄帶和寬帶的通信模式。鑒于本人還沒實(shí)踐過5G，所以不能具體描述它的變化，但無論在帶寬上、性能上、成本上怎么變化，傳輸網(wǎng)絡(luò)層總是存在的，技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)不會(huì)變化。5．3邊緣計(jì)算最快的應(yīng)用場景將是在智能網(wǎng)關(guān)上，將會(huì)改變目前的多模式多協(xié)議的局域和近程通信模式。5．4邊緣計(jì)算近期異軍突起，雖然它位于通信傳輸層的上端或下端，但它是對(duì)云計(jì)算的一種補(bǔ)充和優(yōu)化，讓云計(jì)算成為真正的中心計(jì)算。5．5隨著智能路燈向多功能路燈發(fā)展，筆者認(rèn)為現(xiàn)在俗稱的“智慧路燈”，只能稱“多功能路燈“或”多功能燈桿”，它沒有到智慧的程度，只是把幾個(gè)以前分開應(yīng)用的場景集成到路燈燈桿上而已。所以上述的物聯(lián)網(wǎng)照明體系框架具有基礎(chǔ)的意義，“多功能路燈物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系框架