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发展中的物联网与智慧城市

[日期:2017-03-03] 来源:  作者: [字体: ]

  最近有几则关于智慧城市的新闻:首先是白宫宣布斥资50亿启动新智慧城市战略,包括60项城市计划将于2016年启动,投入超过1.6亿美元启动新的智慧城市发展计划,这是美国智慧城市整体战略的一环

发展中的物联网与智慧城市

  物联网的下一页应用-智慧城市快速发展中

  最近有几则关于智慧城市的新闻:首先是白宫宣布斥资50亿启动新智慧城市战略,包括60项城市计划将于2016年启动,投入超过1.6亿美元启动新的智慧城市发展计划,这是美国智慧城市整体战略的一环,通过中央提供的庞大资源,来与全美超过20个城市共同合作。其次,是英国要建造物联网专用网络,2015年打通全英10城市物联网络,英国计划将建造高速网络外新的“物联网专用网络”,以应对未来数百万台物联网公共设备的连网需求。第三则是基隆市、台中市与科技大厂思科签署了智慧城市合作备忘录。

  所谓物联网

  谈智慧城市之前就一定会由物联网发展来看。物联网的概念起源于 1995年比尔盖茨的《未来之路》一书,2005年ITU正式提出物联网这个词,随着无线网络、硬件及感测设备的逐渐成熟与小型化,实现的程度越来越贴近人们的生活。从推动经济发展的角度来说,作为计算机、互联网、移动通讯后又一次的信息化产业浪潮;从长远来看,物联网有望成为后金融危险时代经济增长的引擎。中国的物联网、车联网相关个股近二年来火到不行,可见一斑。

  物联网与我们熟知的互联网之间的区别与连系可从两个部份来看:

  1.物联网应用系统运行于互联网核心交换结构基础上,并根据自身需要选择RFID或无线感测网络的接人方式。

  2.互联网系统通过Telnet、FTP、Web、P2P等人工方法获取数据信息,而物联网则是通过RFID、传感器自动获取,传输内容主要为RFID数据信息,包括物品名、物品编码、物品制造商、制造时间等。而智慧城市则是物联网应用之一,以传感器为基底筑起的硬件网络、通过无线网络串连到现有的互联网或另外建构专属核心网络、信息处理系统通过分布式雾运算或集中式云运算中心。

  智慧城市中的物联网应用

  这是一个正在进行中的现象 –智慧城市的举措越来越多。在全球中城市纷纷采用了智慧技术,包括高速光纤网络、物联网、SDN及NFV,以提高他们小区的宜居性、可持续性及效率。公共服务的项目包括推动艺术文化、改善空气质量、改善交通、犯罪打击与维安、节约能源、有效使用水资源及健康等等,积极影响人们的生活。

  物联网设备对于智慧城市至关重要。例如,安全摄影机、智能电表、智能交通灯号、天气与二氧化碳传感器等等,所有数据传输到中心处理与分析,用以缓解交通、查明漏水、方便停车、改善空气质量等等。而所有数据流均需通过光纤网络传送、SDN灵活调配、通过NFV支持负载平衡之服务链。

  美国新智慧城市战略起飞,这些新智慧城市战略突然出现在美国各地。这些项目背后的一个关键球员是US Ignite,这是美国国家科学基金会和白宫办公室底下科技政策的合资企业,其汇集了产业界,学术界和政府合作伙伴,以帮助创建下一代互联网应用程序,其提供变革性的公益目的。开放网络基金会(ONF) 应用程序开发的重点是被视为国家优先的六个方面:教育和劳动力、能源、健康、公共安全、运输、和先进制造业。在未来五年内,合作伙伴生态系统预计将在200多个小区试验床,提供数十个应用。与其他智慧城市的努力,开发商正在利用高速,低延迟网络(关键处理未压缩的视频多路双向流),以及SDN和OpenFlow。 SDN将提高在网络路由和优化控制,以利用匹配整个网络的应用需求,并支持分布式可编程资源的虚拟网络。

  智慧城市显现各种各样其中之一的问题就是停车场。以英国米尔顿凯恩斯这个城市而言,英国电信集团(BT)的力量联合英国开放大学及其他合作伙伴成立了智慧城市的合作,以帮助支持城市的扩张,同时满足消费和碳减排的目标。估计全市将需要一些1.2万个停车位,到2020年将再增加50%。他们的智慧城市项目的目标之一是确定自由空间并将该信息发送到路边显示器和智能手机应用程序,引导司机停车位。最大限度地利用现有的停车设施以减少需要新的基础设施,以及减少燃料的使用和寻找停车位的车辆所需碳排放。最初的试点在城市的火车站推出来管理短期停车位。安装在每个停车位传感器检测到车辆的抵达和离开,并以无线方式发送信息。以灯杆安装,太阳能为动力的中继器,从而汇总数据并通过互联网上发送到BT托管数据中心。一旦处理和分析后,该数据会提供在米尔顿凯恩斯市议会公开信息仪表板,也会通过浏览器在谷歌地图上,显示停车位的状态为红色(占用)或绿色(空的)。该试点是成功的:在市议会能够在火车站设置一个合适的停车时间限制,及证明了全市范围内的停车空间优化的可行性。

  物联网发展的关键技术

  为了创造人、事、时、地、物都能相互联系与沟通的物联网及智慧城市环境,当中有几个关键技术的成熟与否扮演着相当重要的角色,包含:

  1.低功率奈米微型化嵌入式技术或射频识别技术(RFID):可将信息记录在物体上,提供存取功能,并可长时间运作、接收网络讯息或计算数据能力;

  2.无线感知网络与后端数据传输的无线技术:让传感器之间可以传送数据;

  3.智能型匝道技术:包括网络链接、雾运算、数据安全

  4.回程网络与骨干网络

  5.云端中心、管理与自动化、及应用支持平台。

  就节能低功耗而言、物联网的产品比手机产品需要的 IC 要更节能,电源管理以及创新节能技术,会是半导体产业的重点。荷兰埃因霍芬理工大学研究人员Hao Gao打造了一个只有2mm2、重1.6毫克的温度传感器,放在手指上的传感器就如同一粒砂大小,该传感器可通过特制的路由器,经由无线电波充电,可望解决物联网时代下传感器供电的问题。以荷兰Peter Knorringa的教授团队研发出一种可以无线充电的温度传感器。不是让你不用换电池,而是它小到根本不能换电池─因为它大概就一粒芝麻大。这样的技术能让互联网和智慧建筑的合作跨出重要的一步。它不必任何电池或电线,通过无线讯号就能获得电力。首先传感器有专用的路由器,路由器能将电磁波集中能量传输给传感器,借此充电。当电力足够时,它就能感测温度并回传数据。除此之外,它还可以在油漆、塑料和混凝土下运作,并且除了温度之外,将来也能开发出感测其他东西的传感器,比如说动作、湿度或者光线。售价还不到一美元。

  一、雾计算

  雾计算在2011年被人提出,是由性能较弱、更为分散的各类功能计算器或内嵌在匝道器的服务器组合,渗入工厂、汽车、电器、街灯、及人们物质生活中的各类物品。将网络计算中心扩展到网络边缘,低延时和位置感知、更广泛的地理分布、适应移动性的应用、支持更多的边缘节点。例如「车联网」,其应用和部署要求有丰富的连接方式和相互作用,车到车、车到接入点 (无线网络、3G、LTE、智能交通灯、导航卫星网络等)、接入点到接入点。试想如果城市中所有交通灯都需要有数据中心云计算来统一计算而指挥所有交通灯,这样子不仅不及时也容易出错。智能交通灯本意是根据车流量来自动指挥车辆通行,避免无车遇红灯时也要停车等绿灯再行。

  二、云计算

  云计算承载着业界的厚望。然而,将数据从云端导入、导出实际上比人们想象的要更为复杂和困难。由于接入设备(尤其是移动设备)越来越多,在传输数据、获取信息时,带宽就显得捉襟见肘。因此,搭配分布式的雾计算,通过智慧路由器等设备和技术手段,在不同设备之间组成数据传输带,可以有效减少网络流量,数据中心的计算负荷也相应减轻。雾计算可以作为介于M2M(机器与机器对话)网络与云计算之间的计算处理,以应对M2M网络产生的大量数据。运用处理程序对这些资料进行预处理,以提升其使用价值。

  结语

 

  思科的系统预测,到2022年时,物联网节省的成本和获得的营收将高达14.4兆美元。通用公司在2012年11月发表的研究结论也指出,智能工业网络将促使效率提升,生产力大有斩获,而到2025年,这些进展将在几乎每个经济部门产生回响,对大约一半的全球经济体系产生巨大冲击。此外,逐一观察每个产业,更能体会建立史上第一个智慧基础建设,甚至建立一个伟大的智慧城市,能促使生产力产生多大的潜在进展。

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