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  • 技術

    Wi-SUN:專為環環相扣智能城市而構建的協議

    2025China.cn   2022年03月31日

      在全球對提高可持續性、減少溫室氣體排放和廢棄物以及有效利用資源的需求推動下,世界各地的城市正在大踏步的向智慧城市轉型。智慧城市的設計其基本目標是改善城市運營以及提高居民的整體生活質量,是利用物聯網技術的進步來有效管理城市資產、資源和服務。智慧城市將現代城市生活的各個方面數字化,包括公共事業、市政服務、交通控制和公共交通,以及水和廢棄物處理系統網絡。

      全球城市人口快速增長成為促進智慧城市全面轉型的關鍵驅動因素。據估計,每周有130萬人從農村遷移到城市地區,而聯合國預計,到2050年,世界上68%的人口將居住在城市中心。城市人口的增長給城市的基礎設施帶來了沉重壓力,反之城市也對環境以及我們有限的自然資源造成了巨大壓力。

      設計以人為本、以環境為中心的解決方案

      智慧城市的基礎技術庫是基于互聯網和通信技術。隨著實地的傳感器和連接的增多,以及數據中心運行的算法越來越多,必然會產出更智能、更高效的決策。然而,我們應該謹慎地看待智慧城市的這種愿景,避免只關注每個問題的技術方面。智慧城市設計試圖解決非常復雜的人類問題。城市是基礎設施、組織和居民的互聯網絡。與每一個有機復雜系統一樣,它的主要屬性在于其復雜性,而不是它的細分或子實體。正如二十世紀的生態學先驅者所揭示的那樣,為了獲得最佳結果,應該將這些復雜的系統(想想蟻群、表土層或美國選民系統)作為一個整體來對待。單獨與部分交互或修改部分很少能引起整個系統的改進。換句話說,在我們的城市沖突中盲目地投入更多的技術,最好的情況是問題不再惡化,最壞的結果是弊端大于利好。我們需要記住,城市是一個互聯互通的實體網絡,一個大規模的社會有機體。

      因此,對于智慧城市采取更具建設性的方法首先要將整個城市系統視為一個整體,如果解決一個問題而不考慮其生態狀況,那么可能會導致更多、更嚴重的問題。例如,一個城市的目標可能是通過提高電力網絡效率來減少能源消耗,從而減少溫室氣體排放。然而,居民可能因為看到更便宜的能源賬單,不再嚴格限制自己的能源使用,這使得系統回到能源平衡點,從而消耗與以前相同或更多的能源。

      在這個程度上,智慧城市技術先驅者們需要強調其解決方案的全局影響以及在個體層面的相互關系。因此,一項可靠且可持續地顛覆城市運營方式的技術,它必須考慮到城市的廣度和深度。雖然智慧城市的許多理想(抽象的現代設計、飛行投送無人機和自動駕駛汽車)和共有的主題可能會成為現實,但這一愿景側重于技術解決方案,而將人的因素排除在外了。

      使用 Wi-SUN連接各個節點

      Wi-SUN網絡架構

      對人類和環境價值的強調并沒有削弱當前技術解決方案所提供的豐富性,這里說的技術解決方案即大數據和物聯網。物聯網網絡顯露了可以引發巨大建設性影響的寶貴杠桿點,而城市規劃者才剛剛開始挖掘它們的潛力。技術參與者必須成為智慧城市發展的指南,并確保城市部署靈活且包容的自適應無線平臺。隨著越來越多的公司和組織認識到設計高效智能城市的獨特細微差別,電子行業正在朝著智能城市應用的無線標準化發展、邁進。2011年,一群有遠見的領導者發起了基于IEEE 802.15.4g標準的可互操作智慧城市網絡的構想,成立了Wi-SUN(無線智能泛在網絡)聯盟。Wi-SUN擁有超過300家成員公司,利用廣泛采用且久經驗證的行業標準來實現開放的、可互操作的解決方案生態系統,為未來的智慧城市網絡提供了無限可能。

      Wi-SUN場域網絡(FAN)是一種高度穩健、低功耗的物聯網無線網狀網絡,它擁有眾多支持大規模物聯網網絡的數據速率選項。將 Wi-SUN確立為真正的智慧城市協議,其原因在于它可以支持現有和新興應用的可擴展性、安全性、互操作性和廣度。Wi-SUN還允許使用模式切換技術去根據應用需求來調整數據速率。到目前為止,大多數智慧城市應用還一直在使用專有網絡,這些專有網絡通常是為特定應用設計的,安全性和升級靈活性有限。它們通常還使用“星型”架構,其中的設備要與基站接收器進行通信。另一方面,Wi-SUN是一種自構建、自修復的網狀網絡,支持數千個節點,不依賴于一個基站,從而提高了其可靠性和彈性。Wi-SUN FAN架構可以在有連接問題時不斷地在這數千個節點之間重新路由數據,讓設備在最需要的時候(例如在極端風暴、網絡攻擊、和/或電力使用限制導致輪流停電)獲得完整的網絡連接以及整個城市的持續服務支持。與傳統的LPWAN(低功耗廣域網)相比,Wi-SUN提供更高的數據速率和更低的延遲(見表格),以及低功耗、安全性和互操作性。

      此外,Wi-SUN FAN在數據速率和能耗方面提供了靈活性,使用戶能夠更廣泛地處理智慧城市和其他應用。智慧城市應用對底層網絡基礎設施提出了很高的要求,需要高度的安全性、可靠的連接性、發生故障或條件變化時的彈性等等。Wi-SUN FAN

      以極少的額外基礎設施,在從農村到人口密集的城市社區的各種地形環境中提供安全、經濟高效且彈性的連接。

      今天的智慧城市發展面向智能計量、智能路燈系統、公共安全、交通監控、噪音檢測和污染監控,所有這些都是Wi-SUN的應用目標。Wi-SUN也非常適合的其他領域,例如將智能城市傳感器(廢棄物管理、自動售貨機)和DER(分布式能源)集成到電網中。

      保護我們城市最易受攻擊的資產

      Wi-SUN 的安全優勢是該協議實現差異化的另一個因素,為智慧城市的設計創造了巨大的機會。隨著醫院、政府機構、公共交通、商業組織和電網越來越容易受到網絡攻擊,必須制定對風險的零容忍安全標準。城市正在成為互聯城市網絡中的節點,而互聯城市系統的薄弱程度取決于其最薄弱的環節,這就使在網絡安全性方面不能做任何妥協。Wi-SUN為其用戶的安全和保障而創建,具有許多內置的安全功能以確保操作安全,其中最重要的一項是安全認證,可一直追溯到云提供商,要知道目前這并不是大多數協議的標準規范。Wi-SUN還在設計網絡時遵循網絡安全規則,以確??煽窟\行,包括端到端安全、加密、密鑰管理和安全漏洞時的網絡隔離。Wi-SUN的一個獨特功能是其本地公鑰基礎設施(PKI)集成、基于證書的相互身份驗證以及經過驗證的數據加密和密鑰交換算法。Wi-SUN FAN訪問控制基于PKI并仿照Wi-Fi安全框架。每個Wi-SUN設備還具有由認證機構在其制造點簽署的唯一證書。

      智慧城市計劃將人類生活質量和環境影響提升到更高標準,而與城市基礎設施生態系統合作并在其系統內工作的企業可能會獲得最大的回報,因為他們的項目有更高的可持續成功的機會。Wi-SUN在構建過程中牢記這一理念,其技術特性使城市規劃師和技術架構師能夠成功連接城市的基礎設施并適應未來發展,最終為居民和環境資源帶來利益。

      在未來幾年,我們將繼續看到物聯網的進步將影響全世界向智慧城市去過渡。在改造城市基礎設施和市民生活時,如何平衡城市的眾多要素仍然是非常重要的,正如在個人和群體層面去平衡如何推進技術、促進可持續性和提高生活質量。

    (作者:Silicon Labs無線產品營銷經理Asem Elshimi)

    標簽:Silicon Labs 智能城市 我要反饋 
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