智慧城市物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)解決方案案例解析

智慧城市物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

(一)?產(chǎn)品概述

網(wǎng)關(guān)主要作用是接收和發(fā)送LoRa自組網(wǎng)內(nèi)的所有路燈信號(hào)、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警處理等。它負(fù)責(zé)監(jiān)控自組網(wǎng)內(nèi)的路燈管理器的運(yùn)行，將系統(tǒng)中心的命令下達(dá)給路燈管理器，將路燈管理器及線路信息反饋管理中心系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理器處于系統(tǒng)中心和自組網(wǎng)內(nèi)路燈管理器的中間，向上通過(guò)GPRS/CDMA、TCP/IP等方式同系統(tǒng)中心通信，向下則是通過(guò)LoRa通訊協(xié)議方式，與各個(gè)路燈管理器進(jìn)行通信。

中心網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)路燈單燈監(jiān)控的重要硬件設(shè)備，它使用LoRa無(wú)線技術(shù)和路燈管理器通信，與系統(tǒng)中心的通信可以使用CDMA、以太網(wǎng)，同時(shí)采集路燈控制箱內(nèi)相關(guān)的電壓、電流等數(shù)據(jù)，電纜報(bào)警信號(hào)，室外控制箱門開關(guān)等其它需要接入的模擬量和開關(guān)信號(hào)。

集中管理器內(nèi)置多種功能，包括：時(shí)序調(diào)度功能、報(bào)警功能、類型轉(zhuǎn)換功能、內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘，數(shù)據(jù)采集等功能。

一般情況下，一個(gè)集中管理器可以管理200至500個(gè)左右的路燈傳感器。

性能特點(diǎn)：??
??向上行可通過(guò)3G、以太網(wǎng)等方式和管理中心通訊；
??向下行可通過(guò)LORA協(xié)議連接各種終端
??具有自檢功能保證設(shè)備安全：具有故障自動(dòng)診斷、自動(dòng)恢復(fù)功能，通過(guò)指示燈的閃爍，能確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；
??數(shù)據(jù)保護(hù)功能：在掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。
基于 LoRa TM擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，安裝高增益 490MHz 玻璃鋼天線，網(wǎng)關(guān)與終端有 效通信距離空曠可達(dá) 2-3km。特別適合于戶外通信場(chǎng)景，如：智慧工廠、智慧農(nóng) 業(yè)、智能建筑、智能倉(cāng)儲(chǔ)等。
??多通道：基于 SX1301 芯片，8 通道，最大支持 10,000 個(gè) LoRa 終端。
??長(zhǎng)距離：空曠環(huán)境可覆蓋半徑 5km 的區(qū)域。
??全網(wǎng)通：支持 LTE (4G/3G/2G)，網(wǎng)關(guān)“免接線”即可連接 server（選配）。
??自適應(yīng)：支持 ADR，更高的速率，更低的能耗，輕松擴(kuò)容。
??兼容性：完全兼容 LoRaWAN，與各廠家設(shè)備“互聯(lián)互通”。
??高品質(zhì)：工業(yè)級(jí) ARM 平臺(tái)，高效穩(wěn)定；基于 Linux 系統(tǒng)，成熟易用。
??戶外型：IP65 防水，POE 供電，GPS 定位對(duì)時(shí)（選配），防雷（選配）。
??低成本，流量 免費(fèi)
??標(biāo)準(zhǔn)化，互聯(lián)互通；

(二)?產(chǎn)品架構(gòu)
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(三)?產(chǎn)品功能及參數(shù)
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(四)?產(chǎn)品特點(diǎn)

作為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，可以為物聯(lián)網(wǎng)終端提供接入云平臺(tái)的通道。物聯(lián)網(wǎng)采用LORA協(xié)議無(wú)線組網(wǎng)，覆蓋半徑可達(dá)1.5Km。帶有各種路由功能，提供多種上行通道3G、WIFI。完備的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，防止網(wǎng)絡(luò)入侵。斷網(wǎng)可自行按照已設(shè)定策略控制路燈。
??前端路燈控制接入管理；
??實(shí)現(xiàn)前端路燈控制器與平臺(tái)交互；
??支持LoRa協(xié)議傳輸；
??支持TCP/TP傳輸協(xié)議
??支持多節(jié)點(diǎn)傳輸與管理；
??獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)密鑰（EU164），保證網(wǎng)絡(luò)層安全；
??獨(dú)特的應(yīng)用密鑰（EU164），保證應(yīng)用層終端到終端之間的安全；
??低功耗；

物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)

(一)?智慧路燈的體系架構(gòu)

智慧路燈體系結(jié)構(gòu)在通信基礎(chǔ)資源之上分為四層：感知層、通信層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層，同時(shí)各層與信息化數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接。智慧路燈基礎(chǔ)資源主要是指光纜網(wǎng)、城域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源。智慧路燈建設(shè)的基礎(chǔ)為通信網(wǎng)絡(luò)，可以為承載智慧路燈的各項(xiàng)應(yīng)用提供高速、安全、可靠的傳輸通道。智慧路燈體系架構(gòu)如下圖所示：
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1感知層
感知層是指利用RFID、傳感器、攝像頭等傳感設(shè)備和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人與物的全面感知。感知層是首要環(huán)節(jié)，主要進(jìn)行信息的的采集處理。感知層是人的感知延伸，它擴(kuò)大了人的感知范圍、增強(qiáng)了人的感知能力，極大的提高了人類對(duì)外部世界的了解水平。
感知方式是根據(jù)被感知的信息類型，繼而采取相對(duì)應(yīng)的感知技術(shù)及方法。目前主要的信息類型有：數(shù)字信息、原始信息以及其他相關(guān)信息，所以主要的智慧城市感知方式可分為四類：
①身份感知：通過(guò)條形碼、RFID、智能卡、信息終端等對(duì)物體的地址、身份及靜態(tài)特征進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
②位置感知：利用定位系統(tǒng)或無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)物體的絕對(duì)位置和相對(duì)位置進(jìn)行感知。
③多媒體感知：通過(guò)錄音和攝像等設(shè)備對(duì)物體的表征及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行感知。
④狀態(tài)感知：利用各種傳感器及傳感網(wǎng)對(duì)物體的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知。
通過(guò)身份、位置、多媒體和狀態(tài)感知等多種相結(jié)合的感知方式，實(shí)現(xiàn)信息從匯聚階段向“人—人”、“人—物”、“物—物”之間協(xié)同感知階段和泛在融合階段邁進(jìn)。
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2通信層
智慧路燈通信層主要完成所有感知控制網(wǎng)絡(luò)的接入，同時(shí)提供安全、可靠、準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)更全面的互聯(lián)互通。通過(guò)各種形式的高速率高帶寬的通信網(wǎng)絡(luò)工具，將各種電子設(shè)備、組織和政府信息系統(tǒng)中收集和儲(chǔ)存的分散信息及數(shù)據(jù)連接起來(lái)，進(jìn)行交互和多方共享。從而更好地對(duì)環(huán)境和業(yè)務(wù)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從全局的角度分析形勢(shì)并實(shí)時(shí)解決問(wèn)題，使得工作和任務(wù)可以通過(guò)多方協(xié)作來(lái)得以遠(yuǎn)程完成。
由于處于下層的感應(yīng)層設(shè)備種類繁多，數(shù)據(jù)接口也千差萬(wàn)別，因此網(wǎng)絡(luò)層在滿足多種業(yè)務(wù)接入需求的同時(shí)必須具備豐富的數(shù)據(jù)接口，處理層所需的海量數(shù)據(jù)也由網(wǎng)絡(luò)層完成傳送，這就要求網(wǎng)絡(luò)層必須具備超大容量的網(wǎng)絡(luò)傳送能力。結(jié)合以上兩方面的需求，可將網(wǎng)絡(luò)層分為接入層和傳送層。各種應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)傳送主要差別在接入層，傳送層對(duì)于各種應(yīng)用基本沒(méi)有差異。
①傳輸層解決方案
傳統(tǒng)的以SDH/MSTP為主的傳送網(wǎng)已不能適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)的需要。傳輸層呈現(xiàn)出分組化和智能化的趨勢(shì)。其主要目標(biāo)是簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)層次和增加網(wǎng)絡(luò)的智能特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)感知、降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度和運(yùn)營(yíng)成本。
網(wǎng)絡(luò)IP化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，隨之而來(lái)的是傳送層所承載的業(yè)務(wù)發(fā)生了巨大的變化。IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅速，特別是寬帶、IPTV、視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展，對(duì)傳送網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求：傳送網(wǎng)絡(luò)能適應(yīng)這種海量增長(zhǎng)的帶寬需求，并可以進(jìn)行快速靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度，完善便捷的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理。為了適應(yīng)這些新的需求，傳送網(wǎng)絡(luò)分組化是必然趨勢(shì)。
②接入層層解決方案
接入網(wǎng)主要的趨勢(shì)是寬帶化和無(wú)縫移動(dòng)性。在有線接入領(lǐng)域，“光進(jìn)銅退”成為毋庸置疑的趨勢(shì)，在無(wú)線接入領(lǐng)域，HSPA、WiMAX、LTE和AIE等技術(shù)將推動(dòng)移動(dòng)接入寬帶化的發(fā)展，同時(shí)，手機(jī)的智能化和PC的移動(dòng)化將大大促進(jìn)寬帶需求。
未來(lái)很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，多種接入技術(shù)將和諧共存。從帶寬、覆蓋范圍、移動(dòng)性和成本等綜合考慮，沒(méi)有任何一種技術(shù)能滿足智慧城市所有的應(yīng)用場(chǎng)景，多種技術(shù)接入之間的無(wú)縫移動(dòng)將成為關(guān)鍵。
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3數(shù)據(jù)層
通信層之上是智慧路燈數(shù)據(jù)層。該層將感知層獲取的原始數(shù)據(jù)（包括溫度、濕度、視頻等）按照各領(lǐng)域模型，整合到相應(yīng)的領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)采用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)，按照時(shí)間維度、空間維度等進(jìn)行信息倉(cāng)庫(kù)的建立。運(yùn)用具有高吞吐率和高傳輸率的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和云數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和分析，從而能夠滿足上層應(yīng)用業(yè)務(wù)需求。
云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。它旨在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把多個(gè)成本相對(duì)較低的計(jì)算實(shí)體整合成一個(gè)具有強(qiáng)大計(jì)算能力的完美系統(tǒng)，并借助SaaS、PaaS、IaaS等先進(jìn)的商業(yè)模式把這一強(qiáng)大的計(jì)算能力分布到終端用戶手中。云計(jì)算技術(shù)為智慧路燈的業(yè)務(wù)和應(yīng)用提供虛擬的、強(qiáng)大的計(jì)算、存儲(chǔ)能力。
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4應(yīng)用層
應(yīng)用層直接面向最終用戶，提供多樣化的應(yīng)用和服務(wù)。智慧城市三大核心領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)——智慧城市管理、智慧產(chǎn)業(yè)、智慧民生，位于架構(gòu)的應(yīng)用層，通過(guò)與知識(shí)層的城市綜合數(shù)據(jù)共享平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)各自的業(yè)務(wù)功能。
在整個(gè)信息通信系統(tǒng)架構(gòu)中，應(yīng)用信息系統(tǒng)屬于最上層的應(yīng)用層。在應(yīng)用層，需要建設(shè)統(tǒng)一支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類信息資源之間的關(guān)聯(lián)、整合、協(xié)同、互動(dòng)和按需服務(wù)。所有的智慧服務(wù)和應(yīng)用都部署在統(tǒng)一支撐平臺(tái)之上。
統(tǒng)一支撐平臺(tái)需要提供分層、開放的體系架構(gòu)，提供模塊化設(shè)計(jì)，方便各種智慧應(yīng)用的部署；屏蔽底層各種網(wǎng)絡(luò)的差異；利用云計(jì)算技術(shù)，為智慧服務(wù)提供處理能力集和存儲(chǔ)能力集；抽象出標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)能力，為智慧服務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)接口集，開放API供服務(wù)調(diào)用；提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)展現(xiàn)門戶和統(tǒng)一的管理平臺(tái)。
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(二)?平臺(tái)功能介紹
國(guó)信智城“明”智慧照明系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和完善的圖形數(shù)據(jù)處理功能，方式靈活、簡(jiǎn)單。地理信息（GIS）圖形處理系統(tǒng)使操作人員可以在屏幕上實(shí)現(xiàn)圖形的縮放、平移、導(dǎo)航及各種監(jiān)視、操作、修改和定義功能。?整個(gè)系統(tǒng)具備的功能特點(diǎn)如下：

（1）遠(yuǎn)程控制
系統(tǒng)可以根據(jù)不同類型的監(jiān)控終端控制要求，采用時(shí)控和光控相結(jié)合的控制方案，自動(dòng)、手動(dòng)、遙控開/關(guān)終端，或按需開關(guān)。

（2）自動(dòng)巡測(cè)
監(jiān)控終端能按設(shè)定的時(shí)間周期自動(dòng)進(jìn)行定時(shí)巡測(cè)。也可隨時(shí)手動(dòng)巡測(cè)和選測(cè)各監(jiān)控終端的運(yùn)行情況。包括電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)、故障信息等。

（3）報(bào)警處理
當(dāng)監(jiān)控終端主動(dòng)報(bào)警或調(diào)度端在巡測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警、自動(dòng)存盤并在地圖上顯示相應(yīng)的位置和故障類型?？赏ㄟ^(guò)設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼，向有關(guān)人員短信報(bào)警。

（4）自動(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電壓、電流等參數(shù)能自動(dòng)計(jì)算相應(yīng)數(shù)據(jù)，耗電量、亮燈率等。

（5）獨(dú)立運(yùn)行
當(dāng)指揮中心管理系統(tǒng)或通信線路發(fā)生故障時(shí)，終端會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序自動(dòng)運(yùn)行，確保路燈的正常運(yùn)行。

（6）終端斷電運(yùn)行
監(jiān)控終端內(nèi)裝有不間斷電源，具有斷電運(yùn)行功能，能在供電線路斷電、缺相時(shí)及時(shí)報(bào)警，使有關(guān)部門在第一時(shí)間獲知并搶修。

（7）遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查詢（多終端支持）
通過(guò)因特網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)或便攜式筆記本遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查詢，查詢內(nèi)容包括各終端的最新以及歷史數(shù)據(jù)和故障情況，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程接入訪問(wèn)。

（8）查詢打印
可以對(duì)各監(jiān)控終端任意定時(shí)數(shù)據(jù)和年、月、日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可打?。豢梢詫?duì)歷史故障進(jìn)行查詢和打印。

（9）性能參數(shù)

(三)?平臺(tái)特點(diǎn)
通過(guò)“一個(gè)平臺(tái)”，“兩張網(wǎng)絡(luò)”，多個(gè)無(wú)限擴(kuò)張的智慧城市物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)于子系統(tǒng)覆蓋，打造具有良好擴(kuò)展性、包容性的智慧城市新城市。通過(guò)先進(jìn)的傳感和通信技術(shù)，把所有智慧城市的載體，包括路燈、攝像監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、城市發(fā)布系統(tǒng)等連成一張無(wú)形的“萬(wàn)物相聯(lián)之網(wǎng)”。

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編輯：黃飛

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