Negli ultimi anni, con lo sviluppo e la diffusione dell'Internet degli oggetti, la tecnologia P-IoT (Private Network Internet of Things) si è gradualmente sviluppata in risposta alle esigenze degli utenti del settore. In primo luogo, viene fornita una breve introduzione al sistema tecnico e alle prestazioni chiave del P-IoT. Su questa base, viene analizzata l'applicazione innovativa del P-IoT in tre scenari tipici del settore dell'emergenza. Infine, viene discussa la direzione innovativa dell'applicazione dell'Internet degli oggetti in futuro. Prospettive.
introduzione
Nel 2018 l'industria dell'IoT (Internet of Things, Internet delle cose) si è sviluppata molto bene. Sia che si tratti di Amazon, Google e Microsoft, sia che si tratti di Alibaba Group, Tencent e Baidu, i principali giganti dell'IT hanno implementato l'Internet degli oggetti e le mosse da blockbuster sono continuate. Secondo le previsioni di IDC, la spesa globale per l'IoT raggiungerà $745 miliardi di dollari nel 2019, manterrà un tasso di crescita annuale a due cifre dal 2019 al 2022 e supererà la soglia di $1 trilione di dollari nel 2022 [1]. Mentre le tecnologie IoT mainstream come NB-IoT (Narrow Band Internet of Things), LoRa[3], Sigfox[4], ecc. sono in costante sviluppo, si stanno concentrando sulle preoccupazioni degli utenti del settore per quanto riguarda la sicurezza, l'affidabilità e la QoS ( P-IoT derivante da esigenze particolari come la Qualità del Servizio (Quality of Service)
(Private-Internet of Things, Internet degli oggetti privato) è emersa in sordina ed è stata applicata in diversi settori verticali come la pubblica sicurezza, la giustizia, la risposta alle emergenze, l'industria e il commercio, ecc.
D'altra parte, lo scorso anno il nostro Paese ha istituito il Ministero per la gestione delle emergenze. Nell'ambito del nuovo sistema di emergenza principale, che si tratti di supervisione della sicurezza, protezione antincendio, difesa delle foreste, soccorso in caso di terremoto, prevenzione della siccità e delle inondazioni, prevenzione dei disastri e soccorso, sono tutti strettamente correlati alla sicurezza della vita e della proprietà del Paese e della popolazione [6]. Attualmente, gli utenti del settore delle emergenze integrano più metodi di rilevamento e aggregano e analizzano i dati di rilevamento come l'Internet delle cose per supportare lo sviluppo di vari servizi come il monitoraggio e l'allarme precoce, la valutazione e la supervisione nel campo delle emergenze. Mentre la tecnologia continua a evolversi, i problemi affrontati dagli utenti del settore stanno diventando sempre più completi e complessi. I loro requisiti speciali per l'affidabilità e le prestazioni in tempo reale dell'Internet degli oggetti non possono essere perfettamente risolti affidandosi esclusivamente alla tecnologia IoT mainstream. Pertanto, per risolvere i problemi del settore è necessaria una tecnologia P-IoT che soddisfi le esigenze IoT degli utenti del settore dell'emergenza. Questo articolo si concentrerà sulle applicazioni innovative tipiche della tecnologia P-IoT nel settore dell'emergenza.
Panoramica sul P-IoT
P-IoT e NB-IoT sono equivalenti alla rete privata LTE e alla rete pubblica LTE. Costruite la vostra "LAN dell'Internet degli oggetti". L'industria dell'esplorazione petrolifera e dell'energia chimica, che ha elevati requisiti di sicurezza, affidabilità e ambiente elettromagnetico, è adatta alla rete privata IoT. Per i normali clienti di livello aziendale, LoRa può essere utilizzato anche come rete privata degli oggetti.
P-IoT technology is a low-power IoT device based on private network mobile communication VHF (Very High Frequency, very high frequency) and UHF (Ultra High Frequency, ultra high frequency) licensed spectrum, with high, medium and low speed multiple data transmission capabilities. Consumption of Internet of Things technology. P-IoT is a value-added service of a dedicated digital trunking communication system. On the basis of meeting users’ rigid voice needs, it provides solutions for users’ expanded applications in the Internet of Things.
First of all, P-IoT can ensure the high reliability requirements of industry users for the network. P-IoT can achieve independent network control due to its own private network characteristics. For example, in the emergency field, when major disasters occur, P-IoT can meet the actual needs of emergency users for rescue and disaster relief due to the dedicated characteristics of the private network IoT. At the same time, P-IoT works in a dedicated authorized frequency band, which is not prone to mutual interference. Key data is transmitted under ideal channel conditions, and data reliability can be fully guaranteed.
Secondly, P-IoT technology can provide high-timeliness QoS guarantee for the key businesses of industry users. The characteristics of the P-IoT technology private network determine that it does not focus on network fairness like the public network IoT technology. It focuses more on how to set key data to a high-priority business level and provide dedicated business channels and other guarantees. Measures are taken to protect it, and the delay can reach hundreds of milliseconds, ensuring the timeliness requirements for critical data transmission in monitoring and early warning applications in the emergency field.
In terzo luogo, il P-IoT può garantire gli elevati requisiti di sicurezza degli utenti del settore per la rete. Poiché l'infrastruttura di rete privata è privata, il P-IoT presenta caratteristiche naturali di isolamento fisico rispetto alle reti pubbliche IoT come l'NB-IoT. Allo stesso tempo, grazie a vari metodi di crittografia, come la crittografia dell'interfaccia aerea, la crittografia del collegamento e la crittografia end-to-end, il P-IoT può soddisfare le esigenze differenziate degli utenti della rete privata per diversi livelli di sicurezza dei dati IoT.
Inoltre, il P-IoT è anche molto competitivo dal punto di vista tecnico in termini di indicatori chiave che misurano la qualità della tecnologia IoT, come la capacità di copertura, il consumo energetico del terminale, la capacità del sistema, ecc. Il P-IoT presenta anche alcuni vantaggi in termini di controllabilità indipendente, espansione senza problemi, compatibilità commerciale e internazionalizzazione degli standard.
Il P-IoT utilizza lo spettro a banda stretta VHF e UHF concesso in licenza dagli utenti del settore per fornire servizi IoT di rete privata diversificati agli utenti del settore attraverso molteplici modalità di trasmissione [6]. Pur soddisfacendo i requisiti dell'Internet degli oggetti per la tecnologia di accesso wireless a lunga distanza, come il basso consumo energetico, l'ampia copertura e le connessioni massive, P-IoT è una pipeline di comunicazione esclusiva costruita su reti private industriali. Il P-IoT ha le caratteristiche di indipendenza e controllabilità. Presenta vantaggi significativi in termini di sicurezza, affidabilità, consumo energetico dei terminali e altri aspetti, ed è più in linea con le esigenze specifiche degli utenti del settore delle reti private [7-9]. Attualmente, il P-IoT è stato utilizzato in combattimenti reali in settori di emergenza come l'industria petrolchimica, la prevenzione degli incendi boschivi e il soccorso in caso di disastri geologici [10]. Questi casi di applicazione dimostrano fortemente l'avanzamento, la praticabilità e l'efficacia della tecnologia P-IoT. Allo stesso tempo, la letteratura [10] sottolinea che la tecnologia delle reti ad hoc può essere utilizzata come rete di backup o di estensione per le reti private in scenari di emergenza. Combinando la tecnologia P-IoT con la tecnologia delle reti ad hoc, la rete avrà i vantaggi della sicurezza e dell'affidabilità delle reti private e della flessibilità e invulnerabilità delle reti ad hoc, indicando la direzione per lo sviluppo e l'evoluzione della tecnologia P-IoT.
Il significato del modello di rete P-IoT ad hoc
The P-IoT self-organizing network mode refers to a working mode in which a large number of P-IoT terminals communicate with each other in an orderly manner and automatically form a large-area coverage network. The P-IoT self-organizing network mode has the following characteristics:
(1) Self-organization and independent networking. The P-IoT self-organizing network model does not require any pre-established wireless communication infrastructure. All nodes coordinate their own behaviors through a layered protocol system and distributed algorithms. Nodes can network quickly, autonomously and independently.
(2) Multi-hop routing. Due to the limitation of the wireless transmission power of each node, the coverage of each node is limited. Communication between nodes outside the effective coverage must be completed through multi-hop forwarding by intermediate nodes. Packet forwarding in the P-IoT ad hoc network mode is collaboratively completed by multi-hop nodes according to routing protocols.
(3) Dynamic topology. The P-IoT self-organizing network mode allows specific types of nodes to enter a dormant state when there is no data reporting. At the same time, individual nodes in the network may be down due to technical failures, natural causes, etc. Therefore, in order to ensure the normal operation of the network, P-IoT The IoT ad hoc network mode supports dynamic changes in network topology.
Sulla base delle caratteristiche sopra descritte, la modalità di rete auto-organizzata P-IoT può completare il collegamento in rete flessibile dei terminali e la copertura completa dell'area di destinazione senza una stazione di base e può soddisfare le esigenze di raccolta di informazioni chiave in aree prive di copertura di rete, ad esempio quando viene applicata a scenari speciali in cui la copertura del segnale della stazione di base è scarsa, come le aree terremotate, le gallerie minerarie e i tunnel della metropolitana. D'altra parte, la modalità di rete ad hoc P-IoT può interconnettere la rete ad hoc con sistemi esterni attraverso il nodo coordinatore della rete, aprire il canale di dati tra l'area di destinazione e l'esterno e trasmettere le informazioni chiave dei dati nell'area di destinazione al centro dati, facilitando la comprensione della situazione in tempo reale dell'area di destinazione. Allo stesso tempo, combina i dati storici nel database e utilizza la tecnologia dei big data per condurre analisi e confronti dei dati e prevedere la situazione futura. Ad esempio, negli scenari di soccorso in caso di disastri geologici, i terminali P-IoT in modalità di rete auto-organizzata vengono utilizzati per trasmettere i dati di monitoraggio ambientale in loco, i dati di monitoraggio e gestione dei soccorritori, i dati di monitoraggio e gestione dei materiali, ecc. al centro di comando in loco, rendendo più facile per il comandante impartire istruzioni dopo un'analisi completa. .
