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什么是p-iot,科普物联网中的p-iot

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什么是p-iot,科普物联网中的p-iot
2020-11-04 14:54:57 阅读:16 发布人:纵横智控

近年来,随着物联网的发展与普及,聚焦于行业用户,针对物联网需求而产生的专网物联网(P-IoT)技术逐渐发展起来。首先对P-IoT的技术体制、关键性能做简要介绍,在此基础上,重点分析了P-IoT在应急领域中三种典型场景下的创新应用,最后对未来物联网的创新应用方向进行了展望。

引言

在过去的2018年,IoT(Internet of Things,物联网)行业发展态势非常好。不论是国外的亚马逊、谷歌、微软,还是国内的阿里集团、腾讯、百度,各大I T巨头纷纷布局物联网,重磅动作连续不断。据IDC预测:2019年全球IoT支出将达到7 450亿美元,并在2019至2022期间保持两位数的年增长率,在2022年超过1万亿美元大关[1]。主流IoT技术如NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)、LoRa[3]、Sigfox[4]等在不断发展的同时,聚焦于行业用户对物联网安全性、可靠性、QoS(Quality of Service,服务质量)等特殊需求而产生的P-IoT

(Private-Internet of Things,专网物联网)技术悄然兴起,并在公安、司法、应急、工商业等多个垂直领域落地应用。

另一方面,我国于去年成立了应急管理部。在新的大应急体制下,不论是安监、消防、森防,还是抗震抢险、抗旱防涝、防灾救灾,无不密切关系着国家和人民群众的生命财产安全[6]。当前,应急行业用户通过整合多种感知手段及对物联网等感知数据加以汇聚分析,以支撑应急领域中的监测预警、评估监管等多种业务的开展。技术不断演进的同时,行业用户面临的问题日趋综合化、复杂化,其对物联网可靠性、实时性等特殊需求仅仅依靠主流IoT技术无法完美解决所有问题。因此,需要满足应急行业用户物联网需求的P-IoT技术以解决行业痛点。本文接下来将重点探讨P-IoT技术在应急领域中开展的典型创新应用。

P-IoT概述

P-IoT和NB-IoT,相当于专网LTE和公网LTE。自建一套“物联网局域网”。 对安全性和可靠性要求高、对电磁环境要求高的石油勘探化工能行业,适合专网物联网。对于普通企业级客户,LoRa也可以当做专网物联网来使用。

P-IoT技术是一种基于专网移动通信VHF(Very High Frequency,甚高频)和UHF(Ultra High Frequency,特高频)授权频谱,具备高、中、低速多种数据传输能力的低功耗物联网技术。P-IoT是专用数字集群通信系统的增值性服务,在满足用户语音刚需的基础上,为用户在物联网方面的拓展性应用提供解决方案。

首先,P-IoT可保证行业用户对网络的高可靠性需求。P-IoT因其自身专网的特点,可做到网络自主可控。如在应急领域,当重特大灾害发生时,因专网物联网的专网专用特性,使P-IoT能够满足应急用户抢险救灾的实战需求。同时,P-IoT工作于专用的授权频段,不易产生相互干扰,关键数据在较理想信道条件下传输,数据可靠性可得到充分保证。

其次,P-IoT技术可为行业用户的关键业务提供高及时性的QoS保障。P-IoT技术专网的特征决定了它不会像公网物联网技术一样侧重于网络的公平性,其更聚焦于如何将关键数据设成高优先级业务等级并提供专用的业务信道等保障措施加以保护,时延可达百毫秒级,保证了应急领域监测预警应用对关键数据传输的及时性要求。

物联网在应急领域的创新应用

再次,P-IoT可保证行业用户对网络的高安全性需求。由于专网基础设施私有,与NB-IoT等公网物联网相比,P-IoT具有天然的物理隔离特性。同时通过空口加密、链路加密、端到端加密等多种加密方式,P-IoT可实现专网用户对物联网数据不同安全等级的差异化需求。

此外,对于衡量物联网技术优劣的关键指标,如覆盖能力、终端能耗、系统容量等,P-IoT也极具技术竞争力。在自主可控、平滑扩展、业务兼容、标准国际化等方面,P-IoT也具备一定的优势。

P-IoT利用行业用户的VHF、UHF窄带授权频谱,通过多种传输模式为行业用户提供多样化专网物联网服务 [6] 。在满足物联网对远距离无线接入技术低功耗、广覆盖、海量连接等要求的同时,因其是依托于行业专网构建的专属通信管道,P-IoT具有自主可控的特点,在安全性、可靠性、终端功耗等多方面优势显著,更贴合专网行业用户的特殊需求 [7-9] 。目前,P-IoT在石油化工、森林防火、地质灾害救援等应急领域已经应用于实战 [10] ,这些应用案例有力证明了P-IoT技术的先进性、实用性和有效性。同时,文献 [10] 指出在应急场景中用自组网技术作为专网的备份或延伸网络。将P-IoT技术与自组网技术结合,网络将兼具专网安全可靠和自组网灵活抗毁的优点,为P-IoT技术的发展和演进指明了方向。

P-IoT自组网模式的意义

P-IoT自组网模式是指大量P-IoT终端之间有序互通并自动组成大面积覆盖网络的工作模式。P-IoT自组网模式具有以下特点:

(1)自组织与独立组网。P-IoT自组网模式不需要任何预先架设的无线通信基础设施,所有节点通过分层的协议体系与分布式算法来协调每个节点各自的行为。节点可以快速、自主和独立地组网。

(2)多跳路由。由于每个节点的无线发射功率的限制,每个节点的覆盖范围都是有限的。有效覆盖范围之外的节点之间通信,必须通过中间节点的多跳转发来完成。P-IoT自组网模式中的分组转发由多跳节点按照路由协议来协同完成。

(3)动态拓扑。P-IoT自组网模式允许特定类型的节点在没有数据上报的时候进入休眠状态,同时网络中的个别节点可能由于技术故障、自然原因等出现宕机,因而为了保证网络的正常工作,P-IoT自组网模式支持网络拓扑的动态变化。

基于以上特点,P-IoT自组网模式一方面可以在无基站情况下完成终端的灵活组网和对目标区域的完整覆盖,能够满足对无网络覆盖地区进行关键信息采集的需求,如应用于地震灾区、矿区矿道、地铁隧道等基站信号覆盖不良的特殊场景。另一方面,P-IoT自组网模式可以通过网络中的协调器节点将自组网网络与外部系统互连,打通目标区域与外部的数据通道,将目标区域内的关键数据信息回传至数据中心,便于后方了解目标区域的实时态势,同时结合数据库中的历史数据,利用大数据技术进行数据分析比对和未来态势预测等。例如,在地质灾害救援场景使用自组网模式的P-IoT终端,将现场环境监测数据、救援人员监测管理数据、物质监测管理数据等回传至现场指挥中心,便于指挥员综合研判后下达指令。