智能互联照明和物联网

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　　人类是充满智慧的，所以我们发明了能够为自己提供照明的装置。在世界各地大大小小的城市、城镇和村庄，人们利用自己创造的照明设备把黑暗的地方照亮。我们所处的文明社会各个方面都有着千丝万缕的联系，这是一种社会秩序，推动着社会向前发展。这些照明设备能够将各个地方照亮，为我们提供一个更加光明的未来。

　　曾几何时人们采用的是简单的蜡烛来照明。如果要照亮一个大的房间并保持良好的照明条件，一定要花一番功夫。

　　然而目前物联网技术发展是能够开发一个智能互联照明系统，我们可以通过有线或者无线通信的方式将数据安全传输给智能照明系统。本文阐述的内容就是智能互联系统如何帮助我们实现一个光明的未来。

　　智能互联照明

　　一个变革的时代即将到来，物联网革命正初露端倪。智能传感器技术和射频（RF）无线互联相结合，会衍生出新的方式来感知和采集数据，并通过网络实现数据的传输。物联网使工业和个人（家庭）可以使用的建筑自动化系统成为可能，城市里的建筑和自动化设施正日益智能化。具体来说是通过协调和集成的方式设计电子系统，实现模仿甚至改进人类智能，从而实现一种具有一定智能水平的自动化系统。在这种情况下智能意味着具备能够完成一定任务的能力或者实现某一特定目标的能力。这些技术发展的目标是开发出一个更加智能且强大的系统，从而改善人们的生活条件，同时降低成本并减少对环境带来的负面影响。

　　互联照明系统包括三个关键的组成部分：
　　●光源，比如灯泡或LED灯
　　●灯具和机电组件，用于光源的连接并确保安全
　　●光源开关或控制器

　　在过去几年经历了从传统光源到发光二极管（LED）的快速发展，LED光源的采用是一个巨大的成功，是软件控制、智能、数字化以及互联照明系统发展的自然趋势。过去我们使用的是简单的上/下或按钮开关，现在我们把物联网和电子控制照明产品结合起来，使得智能互联的照明系统成为可能。

　　智能互联照明系统主要部署在智能建筑中，把包括运动传感器在内的多个电子系统和平台与各种照明控制方法相集成，从而为所有灯光控制需求提供解决方案。通过接入物联网，采用开放可配置的基础设施，我们可以采集数据并利用这些数据进行智能决策和高效运营。软件的高度灵活性、数字化设计和控制的简单性为智能照明系统提供了优势。目前领先的电子元件供应商正在为智能照明产品开发LED、LED驱动器、传感器、电力电子和电子控制设备。这是一个明显的趋势，这些制造商正在努力确保他们的产品能够成功的与建筑自动化行业相融合。

　　按这种方式建立的自动化照明系统称为智能照明，未来企业与业主将越来越多的利用互联照明和物联网提供的优势。智能照明允许自动和采用程序来控制照明的亮度和颜色，同时确定何时对交通或建筑内照明条件进行调整，为用户和业主提供更优化的体验。无论是办公室照明、家庭照明，还是路灯、交通灯、行人灯，现代城市景观中随处可见的自动化智能照明，智能照明正迅速成为智能城市和智能自动化建筑的主流（图1）。

图1：中国上海的现代化智能建筑，利用照明系统的创新更明显

　　有线和无线的通信方式

　　智能照明系统的控制要求有可靠的通信连接，将智能照明和物联网结合在一起的网络通信方式目前主要有两种：有线和无线。此外这两种主要的组网方法可以应用于各种协作组合中，使用各种通信方法和协议，比如蓝牙mesh网络；当然采用哪种方式主要取决于应用需求和工程师的选择。

　　有线网络依赖于网络中各节点之间直接的物理电气连接；无线网络不需要设备之间的物理连接、不需要硬连线，可以便捷地使用网络内的设备。两种方法都有优点和缺点，聪明的设计工程师会考虑对整个应用哪个是最好的，并可能设计出一种解决方案既能利用这两种网络方法各自的优势，又能避免它们各自的不足之处。

　　工程师结合物联网的智能互联照明系统要求，了解系统设计、网络速度、带宽以及低延迟规范等内容，按照特定的规格参数硬连接系统无疑具有最好的性能，但是照明装置和开关之间需要硬连接，这无疑降低了灵活性。无线设计的结合可能会牺牲一些性能，但是提供了配置和管理的灵活性，这些是在硬连接设计的限制下无法实现的，然而RF无线技术性能的持续改进提供了以前无法想象的性能和灵活性。

　　智能照明控制和物联网通常会采用无线拓扑网络，不同网络节点之间可以互相通信（图2）。这种所谓的“多对多”的拓扑结构提供了丰富的智能照明控制功能：主要是因为它们的冗余节点互联可以防止单点故障，同时保证低延迟、高速度和更高的效率。Zigbee和蓝牙是两种流行的协议。

图2：网状网络连接为智能照明控制系统提供了激动人心的发展潜力

　　Zigbee和蓝牙

　　低功耗和基于标准的无线传感器网络（WSN）产品的采用可以满足智能连接照明应用的需求，拓扑网络支持系统部署在世界各地范围，安全连接各种智能设备，提供更加智能、环保和高效的解决方案。

　　Zibgee和蓝牙一样也是无线网络通信的一种协议规范。Zigbee技术具备低成本、低功耗、低占空比等特性，它是无线传感器网络（WSN）和其他低功耗网络的理想选择，它支持长距离的通信传输，Zigbee是建立在IEEE 802.15.4标准之上，但是添加了信标功能和路由协议等特性，支持星型网络和对等网络（例如网格和集群树）拓扑，使得Zigbee具有动态定、可伸缩性和分散性。Zigbee技术并不会与WiFi（IEEE 802.11）或蓝牙（IEEE 802.15.1）等技术产生竞争，相反Zigbee是为数据传输速率低、功率小、容量大等重要应用而设计的。

　　蓝牙网格网络技术（2017年7月推出）是一种基于低功耗蓝牙（BLE）的网络协议，应用于智能互联照明和物联网系统中，采用蓝牙无线电技术，支持100米到1000米距离内的网络通信。作为一个新的领域，它仍然试图展示出大规模部署、效率和优越性，各方面的技术人才和企业都在推动这一技术的发展。

　　数据

　　苏格拉底（公元前470-399）认为美德就是知识，佛朗西斯•培根（1561-1626）宣称知识带来力量。在未来的物联网应用中，数据的采集、存储和分析将驱动知识的扩展。物联网将利用数据驱动来帮助企业和个人做出决策。这一趋势将为实施和利用智能互联照明提供一系列新的方法，包括保护和监测电力故障，协助安排定期维护并保持最高水平的整体运行效率。人类对于低延迟、实时决策和响应（<0.05s）是无法察觉的。这将促使系统内集成更多的传感器用于采集数据。这些数据将会在智能终端设备中进行分析处理，提供最新最智能化的决策意见，同时增加新市场和价值创造的机会。智能互联照明将使基于数据的决策变为现实（图3）。

图3：智能物联网使得基于数据的决策行为成为现实（来源：贸泽电子）

　　安全

　　数据的传输必须保证在不利的突发情况下依然能够安全，所以需要可靠和安全的连接。有线连接系统可能被切断或者窃听，无线连接系统则可能会受到干扰、数据丢失甚至会被非法访问。智能互联照明系统和物联网使用多层的方法进行保护，在整个系统的多个不同部分进行安全防护。

　　这种多层设计方法的关键步骤是在兼容和受保护的操作系统（OS）中创建适当的凭据和访问授权密码，使用适当的协议将增强设备的连接能力，同时在各种操作条件下提供强大而健壮的性能和安全性。每一个连接的设备都应当被监测，并符合适当的软件和固件修订规范，从而利用最新的保护和保障措施。采集到的物联网数据应该在使用和处理较低级别数据之前进行有效的数据验证，这样可以防止云服务器或较高级别数据处理阶段发生安全问题（图4）。

图4：数据保护对于智能互联照明系统是必不可少的一部分。

　　未来

　　季节在不断变化，科技也在不断发展。物联网打开了智能互联照明应用的大门，借助协调智能的方法有线和无线通信的连接方式能够将数据安全的传输给互联照明系统。这种智能互联照明系统和物联网是下一代照明系统需要的主要技术，回想一下自人类发现了火、烛光以及灯泡，我们经历了多少的进步！