物联网通信技术在智慧城市应用中的难点与疑点

　　智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。

　　智慧城市通过物联网基础设施、云计算基础设施、地理空间基础设施等新一代信息技术以及维基、社交网络、Fab Lab、Living Lab、综合集成法、网动全媒体融合通信终端等工具和方法的应用，实现全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用以及以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的可持续创新。伴随网络帝国的崛起、移动技术的融合发展以及创新的民主化进程，知识社会环境下的智慧城市是继数字城市之后信息化城市发展的高级形态。

　　物联网技术在智慧城市应用中的现状

　　国家物联网标准工作组对物联网的定义是，通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并作出反应的智能服务系统。连接使得大数据成为可能。就连接而言，目前也是处于”百花齐放”的局面，多种连接技术各有优缺点，都有其适合的应用场景，如图1。

　　物联网通信技术在智慧城市中的应用，我们以智慧城市中会用到的通信制式做个阐述：诸如高新兴针对“平安城市”的大规模视频监控系统C3M-Video，如图2。

　　上图中的标准协议设备(前端camera)采集到的视频流通过公网或专网LTE等网络传输到流媒体服务器，然后平台就可以对相关视频流进行实时监控以及人物识别等，此套系统可以帮助政府相关部门实时监控和视频分析，极大提升办公效率。

　　低速率在智慧城市建设中也应用很广。这里以井盖监控为例：在检测设备中预置2G通信模块，当传感器检测到井盖移位或丢失后，会通过2G网络把相关的告警数据传到后台，通知相关市政管理人员及时派出人力进行现场维修，最大限度降低由于井盖缺失造成的“井盖吃人”现象。

　　物联网技术在智慧城市应用中的难点与疑点

　　物联网技术在智慧城市应用中也存在一些难点问题：

　　1.功耗

　　智慧城市中很多应用场景是无法接外电，又不能把电池做太大，这样整个终端的功耗就直接决定了终端更换的频次。

　　诸如路边智能停车。车检器内置的电池容量有限，车检器通信单元的功耗大小直接决定了车检器到底能够使用多久后更换电池。

　　2.连接数

　　传统的无线通信基站，每个基站大概能支持几百个终端同时进行业务;物联网终端的部署特点就是比较集中。比如智能电表，一旦这些设备同时工作的时候，当达到基站承载的上限后会出现跟用户和其他终端互斥性连接。

　　3.深度覆盖

　　在地下3层，基本没有通信技术可以做到，严重影响了诸如智能停车等应用。

　　还有诸如地下通道内的通信需求，由于地下环境干扰严重，急迫需要一种具有深度覆盖的通信技术。

　　4.低时延高可靠度

　　诸如一些汽车碰撞检测防御系统，需要在10毫秒内完成端到端通信，并且一定要有高可靠度，不然就会出现碰撞检测防御不及时，车辆碰撞的风险。

　　5.热点高容量应用场景

　　比如在诸如机场、车站等这些人流密集型场景，人们都希望能够达到高达1GPS的体验速率，以确保能享受到4k、蓝光等高清视频。

　　6.高移动性

　　在高速行驶的列车上，人们希望能够得到流畅的网络通信保障。

　　低功耗广域网技术在智慧城市中的应用

　　低功耗技术的优点包括：1.更长的电池寿命。延长电池使用时间可长达10年。2.降低服务成本。由于广泛的覆盖范围和预期的每个单元的高端点容量，连接成本预计将低于宽带蜂窝服务。3.低成本硬件。芯片组和模块成本预计将远低于传统的蜂窝模块。4.扩展覆盖范围。改善地下室和停车场等地下的连通性。

　　低功耗广域网技术以及其中代表性的窄带蜂窝物联网技术NB-IoT的出现助力了智慧城市建设，其支持的应用场景包括5大方面：1.智慧市政。水、电、气、热等基础设施的智能管理。2.智慧交通。比如交通信息、应急调度、智能停车等领域;3.智慧环境。水、空气、土壤等实时监测控制。4.智慧物流。比如集装箱等物流资源的跟踪与监测控制。5.智慧家居。家居安防等设备的智能化管理与控制。

　　NB-IoT解决方案的实际应用主要有以下几个方面：

　　第一，基于NB-IoT的智能井盖解决方案。井盖是出现道路交通事故的因素之一，尤其在中国，很多地方道路年久失修，往往容易留下安全隐患，在南方等城市，遇到大暴雨时无法及时排水，容易淹没马路，井盖被打开或移位时不容易被监测到，从而引发交通事故。

　　基于NB-IoT的智能井盖解决方案通过全方位监管井盖状态，在井盖被打开、移位等情况下，可实现及时警告。NB-IoT技术能有效提高智能井盖监控系统的覆盖区域，消除覆盖死角，降低建设维护成本。

　　第二，基于NB-IoT的智能停车解决方案。智能停车解决了广大车主停车难的困扰，实现了对城市停车资源的高效管理，对停车行为的实时监控，对运维团队的有力支撑，并最终实现为各类车主提供全面的交通信息服务。智能停车系统将能实现预定、转租停车位等功能，低功耗和高穿透能力使得这个方案更具可靠性。

　　第三，基于NB-IoT的环境检测解决方案。实时监测环境的PM值、温度、湿度、光感亮度等。

　　第四，基于NB-IoT的智能垃圾箱解决方案。智能垃圾箱解决方案，其通过对服务区域中的垃圾箱进行智能改造，为其加装嵌入NB-IoT无线芯片的声波传感器，以判断垃圾箱是否已满。并通过NB-IoT无线网络将状态信息上报给管理服务器，服务器根据上报信息为垃圾车规划最优路径，此举可将垃圾清运车的调度效率提升1倍以上，为每个城市的垃圾管理节省每年数百万美元的车辆和人力成本。

　　第五，基于NB-IoT的智能家居应用方案。智能家居的NB-IoT方案设计实现了从终端数据采集、数据可靠传输、远程控制到平台数据分析的完整的全链路动态展示。对于智慧家庭来说，NB-IoT可以作为主要或者备份通信手段满足未来“永在线”的需求，并实现对于家居产品的远程控制、安防报警及运行状态监控等。

　　物联网通信技术在智慧城市中的发展趋势

　　智慧城市中遇到的这些难点与疑点，其实不仅仅是智慧城市中特有的，在物联网的很多行业领域中都或多或少存在，而这些难点与疑点也正是物联网通信技术急迫需要解决的。

　　物联网未来一个肯定的演进方向是：从LTE开始，物联网技术向着两个方向发展：高性能、高移动性方;另外一个方向是向着低功耗、低成本、广覆盖方向发展，如图3。

　　在高性、高移动性方向，5G是未来的发展方向，用于满足智慧城市中对速率、端到端时延要求极高的领域。5G的应用中，可以提供低至1毫秒的端到端通信，在连接数密度上可以高达每平方公里100万连接数，可以在高达500Km/h的速度下流程通信，峰值达到几十Gbps的速率。在低成本、低复杂度方向，NB 5G是未来的发展方向，用于满足智慧城市中对功耗、深度覆盖等方面有高要求的应用领域。