査利君

　　厦门市智联信通物联网科技有限公司副总裁

　　《2018阿拉丁照明产业调研白皮书》智慧照明与物联网科技 顾问

　　一、物联网进入照明领域，“势不可挡”

　　物联网

　　“物联网”概念在2005年被正式提出，2009年中国提出“感知中国”，物联网进一步被提升了地位，被正式列为国家五大新兴战略性产业之一。在中国，物联网的关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的，自然物联网渗透到各行各业是必然的，而照明领域对于物联网技术的应用是必然“势不可挡”。

　　物联网技术形同一种催化剂，推动了照明行业的加速转型升级，无论是室内的家居照明，还是室外的商业照明，均爆发性生长，所以总是有专业人士预计在哪一年物联网节点会达到多少个亿，其实在这个数量级别里面有一大份是由照明节点组成。试想，一个城市，除了建筑，路灯应该就是遍布广，最有规则性的，将每一个路灯看成一个“物”节点，将每个路灯两两连接，之间形成的网链则是覆盖住城市建筑的网罩，这就是意味着城市智慧发展，会是依赖于照明来实现。

　　所以在照明领域，灯就是一个“物”，再通过一个互联网通信技术，将其连接到一个虚拟的网络中，就是最简单的照明基于物联网技术的实现。基于物联网技术的照明升级究竟了给这个领域带来了什么?综合各个方面来分析，基本可以总结出以下几点效益：

　　1、经济效益：省电又省钱。这一点尤其城市的路灯照明上尤其显著，道路照明是市政设施中主要的耗电设施，因此道路照明成为绿色节能和环保的重要突破口。每个照明节点基于物理网技术，在联网后其照明变成可以受控，如开关灯、调光等等，直接带来的就是节能率提升和照明源的寿命。

　　2、社会效益：提升城市的形象、美化居室环境，给人们提供更加安全和舒适的照明环境。早期路灯故障不能及时维护，城市中总会有一个角落没有光明，家居楼宇照明要么高亮要么全灭，如今物联网技术的引入，城市的户外照明故障能够及时被发现，家居能根据环境温度调节色调，根据人的活动情况调节光线。这一系列都是物联网技术带来的社会效益。

　　3、管理效益：路灯节点的网络接入，实现了海量数据的管理仅需要一台电脑，一把手机，整个城市的路灯管理水平因此提高了，管理工作人员从繁复的巡检工作中解放出来，降低了工作强度和经营管理成本。细到家庭，每个房间的照明都可以装在一把手机里面，轻松实现开灯、调光、调色等管理。

　　4、环保效益：物联网技术，是一种基于电能为能源的技术，其特点是低能耗，所以对城市电网无高频干扰，对市区环境无强电磁波污染，符合当今社会环保的发展趋势。

　　现在，随着社会的发展和人们对于照明要求的不断提高，智能照明系统也在朝着结构多样化、应用扩大化的方向快速发展，照明领域对于物联网技术的引入需求是不可抵挡的。

　　二、物联网在照明领域的应用结构

　　“The Internet of things”是物联网的英文名称，在中国把物联网称之为“传感网”，所以传感器是物联网中重要的的角色之一。物联网里面主要的角色应该是传感器、终端、云。所以规规矩矩的物联网照明应用拓扑结构应当是如下图的层级分布，以云为中心，传感器和照明均连接到云服务中心，云中心是一个数据交互的平台，一个数据共享的平台。

　　然而现在找照明领域里面的物联网技术应用传感器可以说是极少的，大部分仅仅是做远程控制。也就是将传感器替换为可视化管理界面，这样“传感网”的概念的变化了，物的联网仅仅只是一个加了遥控的功能，没有将物联网的作用力最大化。

　　另外一种应用结构，相对来说是更大的迈开一步。在原有的照明源和可视化管理平台基础上增加了传感器，似乎也是完成了物联网的实现，但是其实依然是一个失败的结构，现在的照明行业领域，大部分的企业做法是将传感器信息显现在可视化管理平台，照明源依然是一个远程开关的设备，传感器和照明源可以说没有任何的联系。前文说过了，物联网是借助云平台数据共享的网络，而现在提及的结构，在照明领域仅仅是将传感器和照明源接入到云服务，没有真正地将彼此的数据应用最大化，这也就是应用结构拓扑实际现状，似乎已经很好地利用了物联网技术将物物连接，但是其实没有数据上的共享互通。

　　真正的物联网应用，结构是传感器、终端、可视化管理平台、云服务。甚至可以压缩为传感器、终端、云服务，因为可视化管理正常也是一个终端设备，如手机或者电脑。传感器的作用是将各种环境感知，作为照明管理的一个依据，如天黑了，灯需要亮了;人进来了，光线可以调亮;温度变冷了，光颜色可以变化为暖色调。在这个基础上，这些数据可以在手机或者电脑上记录分析。所以数据在图中的结构上，除了传感器是单向的，其他应当是双向的(当然传感器表面上是单向的，实际上它的另一个数据传输方向是在对环境的感知，如照明源的变化可以被传感器感知，这种数据传输是不会经过云的。)，连接到云的各个数据信息可以被彼此相互利用，这才是星网应用结构利用的最大化，否则真谈不上物联网技术的应用。

　　显然，当前照明领域对物联网的应用结构布局，一部分人理解错了，一部分理解正确了，但是在数据上利用是不足的，还没有利用物物之间的数据产生最大价值。

　　三、物联网在照明领域的载体

　　物联网，拆开词语从字面上直接理解，物则是照明节点，联则是互联网，网则是物物直接形成的网络或者是云服务。从中看来，联是中间的桥梁，万物想实现物联网技术，都离不开一定的通信手段来实现，也就是载体。物联网在当今最热门的通信载体有LoRaWAN、NB-IOT 、ZigBee、WIFI，这几个是最为常见的物联网通信载体，这几个载体有一个重要的共性，那就是无线，从混乱的线缆中脱离是潮流索取，也是从用户便利舒适性出发考虑理所当然。当然，在当今物联网在照明领域上所应用到的通信载体可不仅仅这些，下面我们来浅谈这些通信载体特性和在当前照明领域上的应用。

　　先来看看常见的有线通信载体。

　　RS485总线通信，最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps，一般可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。常见的应用是隧道照明和景观照明。在隧道照明里面常是基于MODBUS协议实现通信，每个隧道灯是物联网的一个节点，通过485支持的多从机功能，所有的隧道灯都并联在485总线上，也就是两根双绞线缆上;对于景观明常见是基于DMX512协议实现，具有比MODBUS更强大的功能，数据更为复杂，所以可以实现更复杂照明功能，因此在大规模景观照明上应用最适合不过了。RS485特点就是远距离，避免了外界的信号干扰，可靠。但因为需要另外拉线，给现场的照明改造工程到来更多的不便，并且由于中间一旦出现线路损坏或者终端设备故障，后端的设备将会失效。所以这种通信载体往往在商业照明上会更多，在家居照明中，往往是格格不入的，长远来看是不会被用户所青睐。

　　DALI，是一种有线通信技术，主要在室内照明领域具有较大的占有份额。基于DALI协议组建的系统具有分布式智能模块，各个模块都具有数字控制和数字通信能力，地址和灯光场景信息等都存储于各个DALI模块的内存内。DALI模块通过DALI总线进行数字元通信、传递指令和状态信息，实现灯的开关、调光控制、系统的设置等功能。从功能上来看，因为数据管理的丰富性，虽然增加了布线的成本，但是在管理上比起RS485来的优秀，安全性也会比无线方式更好。

　　PLC，电力载波，即通过已有的电力线上面走信号传输，省去了工程增加线路，避免线路损坏概率。通常电力载波也具备有自组网能力，所以可以通过接力的方式将数据远距离传输。这是一种相对来说是比较优秀的通信载体，目前这种通信在室外照明和室内被广泛的使用，因为在电力线上的规范化和电力载波通信技术的成熟，使得这种方式在市场上被广泛推广。不得不说的是这种通信方式在户外照明改造上，大部分照明企业遇到的是通信距离较短，远距离就会通信速度变慢，或者成功率下降，让照明项目改造业主倍感困惑无奈。

　　以太网，一种有线宽带通信载体。不例外的是这种有线通信载体在家居照明中并不常见，常见是在在户外智能照明领域，借助于灯杆，视频传感器和路灯控制通过有线宽带载体传输，达到高速，安全目的。路灯及监控作为城市组成的大成员，其安全性受到的重视不可小觑，路灯一旦信息被截获，则会被黑客成员任意控制，使得城市交通等依赖于照明的一切陷入混乱。所以这种通信在市政照明场合是存在的，虽然不多，但是是指的推广的一种方式，以太网也是在通信行业上生存较为久远的之一。

　　接下来的最受广大用于青睐的无线载体。ZigBee，蓝牙，这两种通信载体可以拿来一起谈。这两种通信均是基于2.4G实现的居多，特点是支持组网，缺点两两之间的通信距离短，这是因为2.4G频段所限制，容易在障碍物遮挡下产生较大的衰减。不过这两种通信在室内照明上具有很广泛的应用，因为其具有功耗低、节能，数据传输速度快，能够有效避免控制碰撞的概率，加上组网的方式，如果有个别几个节点故障，其他节点也不会因此故障失效。

　　LoRaWAN，Sigfox，NB-IOT是这几年在LPWAN中最杰出的成员。于2017年的第三季度，有报告指出处于试验状态以及投入商用的公共LPWA网络数量增至198个，NB-IoT在其中占据领先地位，网络数量为69个(占据35%)，其次为LoRaWAN和Sigfox。在几种低功耗广域网络中，LoRaWAN商用较早且较为开放，于2015年成立产业联盟，目前在LPWAN中应用最为广泛。而于2016年实现标准冻结的NB-IoT，由于采用授权频谱，可避免无线干扰，且具备运营商级的安全和质量保证，因此在对可靠性要求较高的智慧照明场景中更具竞争优势，市场份额增速最快。同样受到波及的还有Z-Wave和Sixfox。这两种都是和LoRaWAN一样都是基于Sub-1GHZ的无线通信技术，他们均是属于未授权频谱LPWAN技术，而NB-IOT则是授权的通信方式，所以这种通信载体在国内主要是由三大运营商来支持运营。显然这种非授权通信技术相对来说较为开放，在照明行业中具有较为灵活的部署方式，独立于其他运营商，照明企业可以自己充当运营部门，甚至市政照明管理部门自己就是一个运营者。

　　同样是基于无线射频通信技术，这几种杰出的通信载体均有各自相对特色的地方。LoRaWAN是基于LoRa扩频调制技术的通信网络，其所覆盖的无线频段本身就具有良好的绕射、反射能力，加上扩频技术，使得信号在空中不容易受到干扰而丢包，所以对户外照明这种生存在复杂的城市中很有帮助，解决了以往的电力载波存在的难题，另外加上完善的加密方式，其安全性也是可靠的。所以传输具体相对比较不会受到树木、建筑的影响是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Z-wave工作频带为908.42MHz( 美国)~868.42MHz( 欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK) 调制方式，数据传输速率为9.6kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，主要在国外的室内照明场合，在国内还是属于罕见的通信载体。

　　NB-IOT在目前，仍然可以说是一个新鲜事，在照明领域上虽然崭露头角，然而还有很多的不足，整个网络的稳定性还是受到技术的完善性所限制，导致还能不能在户外照明领域广泛应用;对于室内照明领域，更是难以闯出一片天，较高的成本，是普通用户所承担不起的。

　　和NB-IOT类似的还有2G、3G、4G，接下来还有5G通信技术，这些的共同特点是在物联网结构是直接跳过中间网关，直接接入到网络的通信方式，也就是每个节点都是一个个体，这些通信技术在历史存留时间长久，用于即为稳定的通信性能，虽然在速度上和成本上具有较差的优势，但是难以遮掩其稳定性。

　　双模通信，双模的概念广泛，无非就是两种通信模式组成的冗余手段。这种通信载体，目前还是主要在室外商业照明中存在，成本也是室内照明无法接受的，同时对于室内照明因为范围较小，也是无需使用到这种技术。双模的组合正常都是将有线和无线技术混合实现，常见是将电力线通信技术和SUB-1GHZ无线通信技术合二为一，利用两者信道天然的差异，可实现物理层根据各自信道质量情况进行自动切换、网络层可实现混合路由，两者互补从而使得通信的时效性和可靠性得以最大程度的提升，这在复杂的城市环境可以得以良好的生存。

　　最后是WiFi通信载体，这种通信载体较多的应用是在室内照明，如同大家所知的，WiFi这个被大家熟知的应当是移动设备上网冲浪使用，所以对于普通用户可以轻松上手，对于个人家庭，WiFi基本可以覆盖整个家居室内，所以传感器和照明加上WiFi通信是方便的，一台路由器接口完成家庭照明的汇总管理，再结合云数据管理，这样的通信适合室内低成本照明升级。当然，在户外照明，也正在逐步完善中，因为城市WiFi覆盖逐步扩大，所以使得各个路灯照明节点通过WiFi接入完全可能。

　　综合上述各类通信载体，在室内和室外照明都可以看见踪影，各有优势，根据不同的环境复杂程度，数据安全性程度择选合适的通信载体，让照明节点联网具有可靠的保证。