智能互聯(lián)照明和物聯(lián)網(wǎng)

人類是充滿智慧的，所以我們發(fā)明了能夠?yàn)樽约禾峁┱彰鞯难b置。在世界各地大大小小的城市、城鎮(zhèn)和村莊，人們利用自己創(chuàng)造的照明設(shè)備把黑暗的地方照亮。我們所處的文明社會各個(gè)方面都有著千絲萬縷的聯(lián)系，這是一種社會秩序，推動(dòng)著社會向前發(fā)展。這些照明設(shè)備能夠?qū)⒏鱾€(gè)地方照亮，為我們提供一個(gè)更加光明的未來。

曾幾何時(shí)人們采用的是簡單的蠟燭來照明。如果要照亮一個(gè)大的房間并保持良好的照明條件，一定要花一番功夫。

然而目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展是能夠開發(fā)一個(gè)智能互聯(lián)照明系統(tǒng)，我們可以通過有線或者無線通信的方式將數(shù)據(jù)安全傳輸給智能照明系統(tǒng)。本文闡述的內(nèi)容就是智能互聯(lián)系統(tǒng)如何幫助我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)光明的未來。

智能互聯(lián)照明

一個(gè)變革的時(shí)代即將到來，物聯(lián)網(wǎng)革命正初露端倪。智能傳感器技術(shù)和射頻（RF）無線互聯(lián)相結(jié)合，會衍生出新的方式來感知和采集數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。物聯(lián)網(wǎng)使工業(yè)和個(gè)人（家庭）可以使用的建筑自動(dòng)化系統(tǒng)成為可能，城市里的建筑和自動(dòng)化設(shè)施正日益智能化。具體來說是通過協(xié)調(diào)和集成的方式設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模仿甚至改進(jìn)人類智能，從而實(shí)現(xiàn)一種具有一定智能水平的自動(dòng)化系統(tǒng)。在這種情況下智能意味著具備能夠完成一定任務(wù)的能力或者實(shí)現(xiàn)某一特定目標(biāo)的能力。這些技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是開發(fā)出一個(gè)更加智能且強(qiáng)大的系統(tǒng)，從而改善人們的生活條件，同時(shí)降低成本并減少對環(huán)境帶來的負(fù)面影響。

互聯(lián)照明系統(tǒng)包括三個(gè)關(guān)鍵的組成部分：

在過去幾年經(jīng)歷了從傳統(tǒng)光源到發(fā)光二極管 (LED) 的快速發(fā)展，LED光源的采用是一個(gè)巨大的成功，是軟件控制、智能、數(shù)字化以及互聯(lián)照明系統(tǒng)發(fā)展的自然趨勢。過去我們使用的是簡單的上/下或按鈕開關(guān)，現(xiàn)在我們把物聯(lián)網(wǎng)和電子控制照明產(chǎn)品結(jié)合起來，使得智能互聯(lián)的照明系統(tǒng)成為可能。

智能互聯(lián)照明系統(tǒng)主要部署在智能建筑中，把包括運(yùn)動(dòng)傳感器在內(nèi)的多個(gè)電子系統(tǒng)和平臺與各種照明控制方法相集成，從而為所有燈光控制需求提供解決方案。通過接入物聯(lián)網(wǎng)，采用開放可配置的基礎(chǔ)設(shè)施，我們可以采集數(shù)據(jù)并利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行智能決策和高效運(yùn)營。軟件的高度靈活性、數(shù)字化設(shè)計(jì)和控制的簡單性為智能照明系統(tǒng)提供了優(yōu)勢。目前領(lǐng)先的電子元件供應(yīng)商正在為智能照明產(chǎn)品開發(fā)LED、LED驅(qū)動(dòng)器、傳感器、電力電子和電子控制設(shè)備。這是一個(gè)明顯的趨勢，這些制造商正在努力確保他們的產(chǎn)品能夠成功的與建筑自動(dòng)化行業(yè)相融合。

按這種方式建立的自動(dòng)化照明系統(tǒng)稱為智能照明，未來企業(yè)與業(yè)主將越來越多的利用互聯(lián)照明和物聯(lián)網(wǎng)提供的優(yōu)勢。智能照明允許自動(dòng)和采用程序來控制照明的亮度和顏色，同時(shí)確定何時(shí)對交通或建筑內(nèi)照明條件進(jìn)行調(diào)整，為用戶和業(yè)主提供更優(yōu)化的體驗(yàn)。無論是辦公室照明、家庭照明，還是路燈、交通燈、行人燈，現(xiàn)代城市景觀中隨處可見的自動(dòng)化智能照明，智能照明正迅速成為智能城市和智能自動(dòng)化建筑的主流 (圖1)。

有線和無線的通信方式

智能照明系統(tǒng)的控制要求有可靠的通信連接，將智能照明和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起的網(wǎng)絡(luò)通信方式目前主要有兩種：有線和無線。此外這兩種主要的組網(wǎng)方法可以應(yīng)用于各種協(xié)作組合中，使用各種通信方法和協(xié)議，比如藍(lán)牙mesh網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)然采用哪種方式主要取決于應(yīng)用需求和工程師的選擇。

有線網(wǎng)絡(luò)依賴于網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間直接的物理電氣連接；無線網(wǎng)絡(luò)不需要設(shè)備之間的物理連接、不需要硬連線，可以便捷地使用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備。兩種方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，聰明的設(shè)計(jì)工程師會考慮對整個(gè)應(yīng)用哪個(gè)是最好的，并可能設(shè)計(jì)出一種解決方案既能利用這兩種網(wǎng)絡(luò)方法各自的優(yōu)勢，又能避免它們各自的不足之處。

工程師結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的智能互聯(lián)照明系統(tǒng)要求，了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)速度、帶寬以及低延遲規(guī)范等內(nèi)容，按照特定的規(guī)格參數(shù)硬連接系統(tǒng)無疑具有最好的性能，但是照明裝置和開關(guān)之間需要硬連接，這無疑降低了靈活性。無線設(shè)計(jì)的結(jié)合可能會犧牲一些性能，但是提供了配置和管理的靈活性，這些是在硬連接設(shè)計(jì)的限制下無法實(shí)現(xiàn)的，然而RF無線技術(shù)性能的持續(xù)改進(jìn)提供了以前無法想象的性能和靈活性。

智能照明控制和物聯(lián)網(wǎng)通常會采用無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間可以互相通信 (圖2)。這種所謂的“多對多”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供了豐富的智能照明控制功能：主要是因?yàn)樗鼈兊娜哂喙?jié)點(diǎn)互聯(lián)可以防止單點(diǎn)故障，同時(shí)保證低延遲、高速度和更高的效率。Zigbee和藍(lán)牙是兩種流行的協(xié)議。

Zigbee和藍(lán)牙

低功耗和基于標(biāo)準(zhǔn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN) 產(chǎn)品的采用可以滿足智能連接照明應(yīng)用的需求，拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)部署在世界各地范圍，安全連接各種智能設(shè)備，提供更加智能、環(huán)保和高效的解決方案。

Zibgee和藍(lán)牙一樣也是無線網(wǎng)絡(luò)通信的一種協(xié)議規(guī)范。Zigbee技術(shù)具備低成本、低功耗、低占空比等特性，它是無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN) 和其他低功耗網(wǎng)絡(luò)的理想選擇，它支持長距離的通信傳輸，Zigbee是建立在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上，但是添加了信標(biāo)功能和路由協(xié)議等特性，支持星型網(wǎng)絡(luò)和對等網(wǎng)絡(luò) (例如網(wǎng)格和集群樹) 拓?fù)?，使得Zigbee具有動(dòng)態(tài)定、可伸縮性和分散性。Zigbee技術(shù)并不會與WiFi (IEEE 802.11) 或藍(lán)牙 (IEEE 802.15.1) 等技術(shù)產(chǎn)生競爭，相反Zigbee是為數(shù)據(jù)傳輸速率低、功率小、容量大等重要應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。

藍(lán)牙網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)技術(shù) (2017年7月推出) 是一種基于低功耗藍(lán)牙 (BLE) 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，應(yīng)用于智能互聯(lián)照明和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，采用藍(lán)牙無線電技術(shù)，支持100米到1000米距離內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信。作為一個(gè)新的領(lǐng)域，它仍然試圖展示出大規(guī)模部署、效率和優(yōu)越性，各方面的技術(shù)人才和企業(yè)都在推動(dòng)這一技術(shù)的發(fā)展。

數(shù)據(jù)

蘇格拉底 (公元前470-399) 認(rèn)為美德就是知識，佛朗西斯?培根 (1561-1626) 宣稱知識帶來力量。在未來的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)的采集、存儲和分析將驅(qū)動(dòng)知識的擴(kuò)展。物聯(lián)網(wǎng)將利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來幫助企業(yè)和個(gè)人做出決策。這一趨勢將為實(shí)施和利用智能互聯(lián)照明提供一系列新的方法，包括保護(hù)和監(jiān)測電力故障，協(xié)助安排定期維護(hù)并保持最高水平的整體運(yùn)行效率。人類對于低延遲、實(shí)時(shí)決策和響應(yīng) (<0.05s) 是無法察覺的。這將促使系統(tǒng)內(nèi)集成更多的傳感器用于采集數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將會在智能終端設(shè)備中進(jìn)行分析處理，提供最新最智能化的決策意見，同時(shí)增加新市場和價(jià)值創(chuàng)造的機(jī)會。智能互聯(lián)照明將使基于數(shù)據(jù)的決策變?yōu)楝F(xiàn)實(shí) (圖3)。

安全

數(shù)據(jù)的傳輸必須保證在不利的突發(fā)情況下依然能夠安全，所以需要可靠和安全的連接。有線連接系統(tǒng)可能被切斷或者竊聽，無線連接系統(tǒng)則可能會受到干擾、數(shù)據(jù)丟失甚至?xí)环欠ㄔL問。智能互聯(lián)照明系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)使用多層的方法進(jìn)行保護(hù)，在整個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)不同部分進(jìn)行安全防護(hù)。

這種多層設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵步驟是在兼容和受保護(hù)的操作系統(tǒng) (OS) 中創(chuàng)建適當(dāng)?shù)膽{據(jù)和訪問授權(quán)密碼，使用適當(dāng)?shù)膮f(xié)議將增強(qiáng)設(shè)備的連接能力，同時(shí)在各種操作條件下提供強(qiáng)大而健壯的性能和安全性。每一個(gè)連接的設(shè)備都應(yīng)當(dāng)被監(jiān)測，并符合適當(dāng)?shù)能浖凸碳抻喴?guī)范，從而利用最新的保護(hù)和保障措施。采集到的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)該在使用和處理較低級別數(shù)據(jù)之前進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)驗(yàn)證，這樣可以防止云服務(wù)器或較高級別數(shù)據(jù)處理階段發(fā)生安全問題 (圖4)。

未來

季節(jié)在不斷變化，科技也在不斷發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)打開了智能互聯(lián)照明應(yīng)用的大門，借助協(xié)調(diào)智能的方法有線和無線通信的連接方式能夠?qū)?shù)據(jù)安全的傳輸給互聯(lián)照明系統(tǒng)。這種智能互聯(lián)照明系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)是下一代照明系統(tǒng)需要的主要技術(shù)，回想一下自人類發(fā)現(xiàn)了火、燭光以及燈泡，我們經(jīng)歷了多少的進(jìn)步！

審核編輯：郭婷