將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合到照明控制系統(tǒng)中

大多數(shù)照明控制系統(tǒng)仍然基于遺留的連接模型，這些模型是該領(lǐng)域?qū)Ｓ械摹?與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入整合是下一個(gè)主要的顛覆性轉(zhuǎn)變，這將導(dǎo)致真正的智能照明與建筑連接管理的基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)縫結(jié)合。 物聯(lián)網(wǎng)處理和連接能夠提高可持續(xù)性和可維護(hù)性，并在我們與我們生活或工作的空間的互動(dòng)中增強(qiáng)了個(gè)性化的用戶體驗(yàn)，從而提高了舒適性和幸福感。

在過(guò)去的三年里，一個(gè)由歐洲主要公司組成的財(cái)團(tuán)致力于定義和實(shí)施一套智能固態(tài)照明開(kāi)放架構(gòu)（簡(jiǎn)稱(chēng) OpenAIS）。 部分由歐盟在地Horizon 2020計(jì)劃中資助的 OpenAIS 項(xiàng)目，已經(jīng)展示了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何能夠更加深入地整合在一起，并且在不久的將來(lái)，作為智能連接建筑的一部分，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何能夠更加深入地整合在一起。

該架構(gòu)可交付的成果描述了使用基于 IP 數(shù)據(jù)包的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行照明控制以及收集傳感器數(shù)據(jù)。 這便利了照明設(shè)備的安裝和維護(hù)。 同樣的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可以重新用作其他應(yīng)用程序領(lǐng)域的全建筑骨干，或與通用的信息技術(shù)和建筑管理系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成。

OpenAIS架構(gòu)及其在全尺寸真實(shí)辦公樓試驗(yàn)示范中的實(shí)例化也展示了開(kāi)放的協(xié)作生態(tài)系統(tǒng)如何使社區(qū)能夠提供智能照明解決方案，這些解決方案在一起運(yùn)作良好，并且易于安裝、使用和維護(hù)。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

OpenAIS的連接性架構(gòu)是基于一個(gè)共同的 IPv6有線和無(wú)線混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)技術(shù)的建議是為有線段和無(wú)線Thread使用以太網(wǎng)／PoE。然而，OpenAIS 網(wǎng)絡(luò)也可以支持任何其他IPv6傳輸。

IPv6數(shù)據(jù)包可以通過(guò)廉價(jià)且通用的交換或路由設(shè)備相互連接，而這些設(shè)備不需要照明應(yīng)用程序域知識(shí)。 可以以統(tǒng)一的方式安裝和管理主干和邊緣網(wǎng)絡(luò)，利用信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的專(zhuān)門(mén)知識(shí)或現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。 此外，這個(gè)通用網(wǎng)絡(luò)可用于各種其他的機(jī)器對(duì)機(jī)器信令或數(shù)據(jù)收集。

保證多個(gè)供應(yīng)商的互操作性是 OpenAIS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定義的一個(gè)基本要求。 對(duì)于無(wú)線領(lǐng)域，互操作性的要求促使使用線程協(xié)議作為物聯(lián)網(wǎng)的主要 IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的建議。

總之，OpenAIS 架構(gòu)描述了一個(gè)具有以下特性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：

以 IPv6為基礎(chǔ)的通信作為傳輸層，支持跨越有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)段IPv6組播

所有應(yīng)用層通信都使用 IETF 定義的標(biāo)準(zhǔn)化 CoAP 協(xié)議，用于受限的嵌入式設(shè)備

數(shù)據(jù)通信的安全性和隱私性是通過(guò)運(yùn)輸層和應(yīng)用層的調(diào)試、配置和加密的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的

照明域的通信模式

擴(kuò)展一般的 IP 網(wǎng)絡(luò)，以便在多個(gè)異質(zhì)網(wǎng)路部分大規(guī)模地覆蓋照明控制，這帶來(lái)了挑戰(zhàn)，當(dāng)解決了這些問(wèn)題，就產(chǎn)生了一些最有價(jià)值的 OpenAIS 架構(gòu)定義：

擴(kuò)展一般的IP網(wǎng)絡(luò)，以便在多個(gè)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)部分大規(guī)模地覆蓋照明控制，這帶來(lái)了挑戰(zhàn)，當(dāng)解決了這些問(wèn)題，就產(chǎn)生了一些最有價(jià)值的 OpenAIS 架構(gòu)定義：

定義為低延遲、高同步群通信模式和協(xié)議。 這假定了一個(gè)多對(duì)多的拓?fù)?，使用了多?IPv6地址。 對(duì)于照明控制，群組通信處于中心位置，并被推薦用于增加高節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的可伸縮性，而不是更傳統(tǒng)的客戶端－服務(wù)器或設(shè)備對(duì)云的單播模式。

描述了一個(gè)分布式控制操作模型，該模型不依賴(lài)于一個(gè)基本通信的中央管理服務(wù)器。 這種控制模型可以建立在冗余的基礎(chǔ)上，即使與這些中央基礎(chǔ)設(shè)施的連接丟失或無(wú)法使用，也可以?xún)?yōu)雅地降級(jí)以實(shí)現(xiàn)基本功能。 這樣的基本功能可能很簡(jiǎn)單，但是必要的光開(kāi)關(guān)是實(shí)時(shí)的。

提供了一個(gè)靈活的應(yīng)用層 API，優(yōu)化底層網(wǎng)絡(luò)—— OpenAIS 項(xiàng)目定義并提供了一個(gè)高智能、多功能和面向未來(lái)連接照明設(shè)備功能的對(duì)象模型。

圖一 IoT的照明域架構(gòu)

OPENAIS 實(shí)踐

在2018年上半年，位于荷蘭愛(ài)因霍溫市中心的工業(yè)遺產(chǎn)大樓 De Witte Dame 的 GGD 辦公室安裝了 OpenAIS 系統(tǒng)。

圖二 荷蘭愛(ài)因霍溫

這一實(shí)踐包括：

400 ＋ 照明節(jié)點(diǎn)燈具，由數(shù)字 IP 網(wǎng)絡(luò)連接，使用以太網(wǎng)／PoE／UPoW 為無(wú)線骨干和有線連接

先進(jìn)的照明控制策略，包括當(dāng)?shù)卣加煤兔總€(gè)燈具的光敏傳感器，粒度感應(yīng)和控制策略（局部調(diào)光） ，以及通過(guò)智能手機(jī)辦公應(yīng)用程序進(jìn)行個(gè)人控制

收集了有關(guān)區(qū)域占用情況的匯總數(shù)據(jù)，并提供給設(shè)施管理人員，以便他們能夠評(píng)估空間利用效率

對(duì)于這一實(shí)驗(yàn)而言，一些 OpenAIS 聯(lián)盟成員提供了Thread技術(shù)構(gòu)件，對(duì)已部署的組件實(shí)施了Thread Group的認(rèn)證程序。使用Thread作為本地 的IPv6協(xié)議，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的 IPv6地址，也允許連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的光點(diǎn)與通過(guò)通用Thread 邊緣路由器連接的基于以太網(wǎng)的有線網(wǎng)絡(luò)之間的自然互聯(lián)。 此外，Thread 允許在所有有線和無(wú)線設(shè)備上重用相同的非差異應(yīng)用程序固件模塊。