高級路燈網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計初稿

高級路燈解決方案1背景智慧城xx的建設(shè)依托于人工智能，大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)作為智慧城xx的感知層，是未來智慧城xx建設(shè)的基石，有著巨大的研究價值和XX闊的應(yīng)用前景。通XX技術(shù)已步入5G時代，5G技術(shù)的推XX，給物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動力；各種物聯(lián)網(wǎng)通XX技術(shù)層出不窮，呈現(xiàn)出百花齊放，百家爭鳴的面。城xx級網(wǎng)絡(luò)的部署，即要求有覆蓋XX度，也要有覆蓋深度，同時未來智慧城xx的建設(shè)不僅是智能城xx，也要是資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的城xx，這就要求我們的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該是資源節(jié)約型和環(huán)境友好型網(wǎng)絡(luò)。路燈網(wǎng)絡(luò)是城xx天然的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源，通過路燈網(wǎng)絡(luò)架設(shè)城xx級物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)，不僅節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)的部署成本，還形成了一個有覆蓋XX度和深度的傳感網(wǎng)絡(luò)。路燈網(wǎng)絡(luò)必將在城xx的公共安全，公共管理和公共服務(wù)領(lǐng)域內(nèi)起到卓越的作用。2射頻技術(shù)選擇2.1應(yīng)用場景分析城xx物聯(lián)感知應(yīng)用的場景，從領(lǐng)域的角度，可以劃分為公共安全，公共管理和公共服務(wù)3個領(lǐng)域。在各領(lǐng)域的具體應(yīng)用XX，視頻XX的場景約占了一半，其余為各種終端傳感器的應(yīng)用場景。視頻XX的場景很多，包括街面治安，街面秩序，街面設(shè)施管理以及xx容xxXX等場景；視頻XX的特點(diǎn)是XX范圍有限，所以XX設(shè)施必須在XX場所的適當(dāng)范圍內(nèi)。因此燈桿網(wǎng)絡(luò)做視頻XX，僅可XX燈桿周邊可視范圍內(nèi)的應(yīng)用場景；視頻XX是網(wǎng)關(guān)的功能，不涉及到底層網(wǎng)絡(luò)的無線組網(wǎng)和無線通XX，因此本方案不討論視頻XX的具體實(shí)施。傳感器感知的場景也是多種多樣，比如：可燃?xì)怏w監(jiān)測、XX弧監(jiān)測、煙霧監(jiān)測、明火監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測，顆粒物監(jiān)測、噪聲監(jiān)測，燈光監(jiān)測，水壓監(jiān)測等。相對的，對應(yīng)的傳感器終端類型更是多種多樣。這些傳感器有的部署在路邊，有的部署在路邊的建筑物內(nèi)，有的部署在工地上，與路燈網(wǎng)絡(luò)的距離也是長短不一。2.2傳感器終端數(shù)據(jù)特點(diǎn)傳感器終端產(chǎn)生的傳感數(shù)據(jù)一般在10字節(jié)以內(nèi)，正常發(fā)送數(shù)據(jù)的周期比較長，這符合低功耗XX域網(wǎng)對終端設(shè)備的要求。2.3傳感器終端的通XX特點(diǎn)定期上報心跳，傳感數(shù)據(jù)，狀態(tài)XX息等數(shù)據(jù)。正常上報周期從30分鐘到2小時不等。當(dāng)監(jiān)測到異常發(fā)生時，需要在3~5秒內(nèi)將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺。支持主動下行，支持遠(yuǎn)程重啟，配置等功能。2.4傳感器終端的續(xù)航能力一般要求可持續(xù)工作20000小時，約3年。2.5目前已知的傳感器終端無線射頻技術(shù)目前應(yīng)用在傳感器終端的無線射頻技術(shù)包括：NB-IoT，LoRa，WiFi，433MHz，868MHz，藍(lán)牙等。NB-IoT也是一種通XX協(xié)議，優(yōu)點(diǎn)是功耗低，組網(wǎng)部署成本低（不需要架設(shè)基站）；但是下行通XX延時太長，對于需要遠(yuǎn)程控制的設(shè)備，這樣的體驗(yàn)就太差了。LoRaWan是基于LoRa技術(shù)的一款通XX協(xié)議，主要優(yōu)點(diǎn)是功耗低，容量大，覆蓋范圍XX；缺點(diǎn)是帶寬小，對下行通XX支持的不好，終端接收主動下行是，必須要換為CLASSB或者CLASSC的模式，這樣則增加了終端的功耗。WiFi的通XX距離短，容量有限。433868頻段FSK調(diào)制的通XX方式，距離和通XX速率尚可，可作為近距離物聯(lián)網(wǎng)終端的通XX手段。藍(lán)牙傳輸速率大，但是傳輸距離有限。2.6LoRa和433MHzLoRa技術(shù)有效的解決了低功耗和遠(yuǎn)距離之間的矛盾，最大發(fā)射功率20dB，可視范圍最遠(yuǎn)通XX距離可達(dá)20公里（SF12），可調(diào)的擴(kuò)頻參數(shù)，讓LoRa技術(shù)既適用于近距離通XX，也適用于遠(yuǎn)距離通XX；因此可以滿足城xx物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)對覆蓋深度的要求。在這傳感器終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量很小，且發(fā)送頻次很低；LoRa通XX帶寬可以滿足傳感器終端的帶寬要求。較低的休眠功耗，休眠模式下，射頻芯片的XX流約為0.1uA，可顯著提高傳感器終端的續(xù)航能力。433多采用FSK的調(diào)制方式通XX，通XX距離不如LoRa，但是通XX帶寬高于LoRa，可在近距離的應(yīng)用場景下使用，作為LoRa通XX的補(bǔ)充。綜上，本方案選擇LoRa和433作為燈網(wǎng)的基礎(chǔ)射頻技術(shù)。3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部署在燈桿上網(wǎng)關(guān)設(shè)備，我們稱之為骨干節(jié)點(diǎn)。顯然，骨干節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與路燈網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)一致，屬于網(wǎng)狀拓?fù)?，更進(jìn)一步的，可以認(rèn)為#字形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，由骨干?jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)我們稱之為上層網(wǎng)絡(luò)。燈網(wǎng)系統(tǒng)包括，傳感器終端，網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)憑條構(gòu)成，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。（暫時先用LoRaWan系統(tǒng)的拓?fù)鋱D，我們的系統(tǒng)與LoRaWan的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一致的，不過某些通XX細(xì)節(jié)有些不同）4.終端管理物聯(lián)感知終端復(fù)雜多樣，如何將各種各樣的終端設(shè)備整合在一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，這就需要學(xué)有效的對XX斷進(jìn)行管理。4.1設(shè)備地址設(shè)備地址占8字節(jié)，由3個數(shù)據(jù)域組成;表1所示，DEVID：設(shè)備地址；AppServerID:應(yīng)用服務(wù)商ID；TerminalClass：終端類型；TerminalID：終端ID表14.1.1應(yīng)用服務(wù)商ID應(yīng)用服務(wù)商接入網(wǎng)絡(luò)之前，需要向運(yùn)營商申請應(yīng)用服務(wù)商ID，一個應(yīng)用服務(wù)商僅能申請1個ID，作為該服務(wù)商在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的唯一標(biāo)識。共支持65534個應(yīng)用服務(wù)商申請。4.1.2終端類型終端類型由網(wǎng)路運(yùn)營商定義，對接入網(wǎng)絡(luò)的傳感器類型進(jìn)行編號，已申請ID的應(yīng)用服務(wù)商可使用已編碼所有傳感器類型。4.1.3終端ID終端ID與終端類型和應(yīng)用服務(wù)商ID共同構(gòu)成了設(shè)備地址，全球唯一ID。應(yīng)用商在生產(chǎn)終端之前，需要向運(yùn)營商申請該傳感器終端類型下的終端ID。4.2入網(wǎng)管理網(wǎng)絡(luò)XX所有的終端設(shè)備均采用空XX激活的方式（OTAA）入網(wǎng)。入網(wǎng)過程描述如下：終端設(shè)備通過無線射頻手段（LoRa或者433）發(fā)送入網(wǎng)請求幀，入網(wǎng)請求幀XX攜帶設(shè)備地址。網(wǎng)關(guān)接收到終端設(shè)備的入網(wǎng)請求幀后，進(jìn)行mac層解析，解析通過后，將入網(wǎng)請求幀發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器收到網(wǎng)關(guān)發(fā)送的終端入網(wǎng)請求，解析終端設(shè)備地址，檢查是否合法的應(yīng)用服務(wù)商ID，如是合法的服務(wù)商，將終端設(shè)備地址發(fā)送給對應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)平臺進(jìn)行校驗(yàn)；如果ID校驗(yàn)通過，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器向網(wǎng)關(guān)發(fā)送入網(wǎng)應(yīng)答許可。網(wǎng)關(guān)接收到