基于5G網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能樓宇中的應用展望

馮玉華 楊傳燕

1 引言

第五代移動通信技術(shù)（簡稱5G或5G技術(shù)）是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，也是繼4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統(tǒng)之后的延伸。5G的性能目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務智能化3個重要特征。把所有物品通過信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換，即物物相息，以實現(xiàn)智能化識別和管理。

智能樓宇是通過樓宇自控系統(tǒng)（這里指通常所說的小BA系統(tǒng)或狹義BA系統(tǒng)），采用先進的計算機控制技術(shù)，管理軟件和節(jié)能系統(tǒng)程序，使建筑物機電或建筑群內(nèi)的設(shè)備有條不紊、綜合協(xié)調(diào)、科學地運行，從而達到有效地保證建筑物內(nèi)有舒適的工作環(huán)境、實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)省維護管理工作量和運行費用的目的。

2 5G與物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)及核心的，其信息交換和通訊過程的完成也是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)之上的。通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系緊密，物聯(lián)網(wǎng)中海量終端連接、實時控制等技術(shù)離不開高速率的通信技術(shù)。

5G具有高數(shù)據(jù)率、低延遲、更節(jié)能、有效地降低通信成本、具備更高的系統(tǒng)容量、更可靠的連接、平均下載速度 1GBps，最高 20GBps等。隨著越來越多的傳感器進入城市基礎(chǔ)設(shè)施，5G將在智慧城市計劃中實現(xiàn)更廣泛的應用。5G刺激物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，而物聯(lián)網(wǎng)刺激大數(shù)據(jù)的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)是5G商用的前奏和基礎(chǔ)，發(fā)展5G的目的是為了能夠給我們的生產(chǎn)和生活帶來便利，而物聯(lián)網(wǎng)就為5G提供了一個大展拳腳的舞臺。5G和物聯(lián)網(wǎng)是相輔相成的關(guān)系，兩者相互作用共同為人類社會的發(fā)展謀福利，5G的實現(xiàn)不僅會給物聯(lián)網(wǎng)帶來深遠的影響，也將極大推動我國經(jīng)濟的發(fā)展。

在未來，5G技術(shù)將運用到物聯(lián)網(wǎng)中大部分的場景，包括無人駕駛、VR技術(shù)、智能化城市建設(shè)等。未來物聯(lián)網(wǎng)的需求將會不斷增長，海量的連接和毫秒級別的時延是支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡(luò)達不到這樣的標準。5G通信技術(shù)由于延時低、覆蓋廣、超密集組網(wǎng)等技術(shù)特點將能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求。

計算機網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮其功能打好了堅實基礎(chǔ)，5G技術(shù)的不斷發(fā)展將同時帶動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，兩者相輔相成?？傊?，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將在未來改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

3 5G與智能樓宇

5G網(wǎng)絡(luò)的大寬帶、低延時、大連接服務能力，帶給人們于信息的極速體驗，除此之外，它也開始了朝著各個實際場景中的應用，滿足物聯(lián)網(wǎng)、高清視頻、云計算、AI、VR、車聯(lián)網(wǎng)、無人機等多場景行業(yè)應用。

5G可以讓物聯(lián)網(wǎng)從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)變成控制網(wǎng)絡(luò)。智能樓宇內(nèi)不需要復雜的設(shè)備。你可以將它轉(zhuǎn)到云端，這樣就會更敏捷。你可以按更小的碎片租賃，比如按桌子租賃，而不是樓層。有了無線辦公，樓宇將變得更加自動化與可控化，你不會碰到基礎(chǔ)設(shè)施問題，因為你可以用更為靈活的方式配置大樓。

5G應用于智慧樓宇后可能將存在：

1）節(jié)約成本。5G技術(shù)的應用可以大大減少樓宇的成本輸出，最直接體現(xiàn)在空調(diào)和電能的消耗方面。

2）人流分析。不單單辨別壞人，通過人流分析判斷做出合適的商業(yè)決策，有一定的引導作用。

3）安防監(jiān)控可控。其中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵檢測系統(tǒng)和巡更系統(tǒng)這3個子系統(tǒng)能全網(wǎng)絡(luò)地覆蓋，實時監(jiān)控。人員方面例如通過巡邏機器人取代人工巡邏，直接將信息傳遞到后臺，可以減少很大一部分的安保巡邏成本。

4 物聯(lián)網(wǎng)與智能樓宇

智能樓宇主要內(nèi)容包括：視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安防報警系統(tǒng)、樓宇對講系統(tǒng)、門禁一卡通系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、多媒體會議系統(tǒng)、有線電視和衛(wèi)星電視系統(tǒng)、多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)、機房系統(tǒng)、樓宇BA系統(tǒng)及IBS系統(tǒng)集成等。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)和智能控制技術(shù)的融合與發(fā)展，無線智能樓宇能耗管理系統(tǒng)引起了人們廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的有線能耗管理系統(tǒng)相比，無線能耗管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)準確、實時性高、靈活性高、穩(wěn)定性高、施工難度低、成本低等優(yōu)點。

經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的升級改造，智能樓宇將會帶來：

1）高度集成化：物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)計算模式的發(fā)展。通過物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)化，智能建筑中如照明、暖通、安防、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，已經(jīng)可被集成到同一平臺上進行統(tǒng)一管理監(jiān)控，實現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)分享。這一趨勢不僅要求系統(tǒng)集成商能夠提供標準協(xié)議接口，開放集成其他應用，而且要求其不斷完善開發(fā)統(tǒng)一平臺，提供更優(yōu)質(zhì)的整合解決方案。

2）節(jié)能化：由于建筑等級的提高，樓宇中各種新設(shè)備的數(shù)量有所增加，實現(xiàn)互聯(lián)互通之后，能源互聯(lián)網(wǎng)使能源消耗、碳排放指標和生活需求都能夠被打通變成數(shù)據(jù)，通過收集、整理、挖掘這些運行數(shù)據(jù)，結(jié)合云計算、云存儲等新技術(shù)，應用大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)不同能源用途和用能區(qū)域進行分時段計量和分項計量，分別計算電、水、油、氣等能源的使用，并且對能耗進行預測，能了解不同的能源使用情況和用戶對能源的需求，及時對能源進行有效分配，也可以找出同類型建筑的能源消耗，實現(xiàn)對能源的高效管理。這對于設(shè)立各種類型的建筑節(jié)能標準具有指導意義，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以有效地提高建筑的智能化和節(jié)能效果。

3）信息智能化：完全呈現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)開放性的基本特點，并且最上層以云計算技術(shù)實現(xiàn)整體的管理和控制，提供全方位的信息交換功能，幫助樓宇內(nèi)單位與外部保持信息交流暢通，實現(xiàn)信息交互功能。作為管控對象的物本身更加智能化。物內(nèi)部被植入智能芯片，使得其功能發(fā)生質(zhì)的飛躍，由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又悄艿墓ぞ?，具備前所未有的感知功能。如普通的傳感器智能接收信息，對信息進行簡單的變換，而帶智能芯片的傳感器，能對信息進行復雜的計算處理，并自行作出一些動作。

4）可視化：即將各類網(wǎng)絡(luò)傳感器，包括樓控系統(tǒng)中的所有傳感器、行業(yè)認知的攝像頭、紅外輻射傳感器、各類門禁傳感器、智能水電氣表、消防探頭等全部以網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)形式組成建筑“智慧化”大控制系統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)，而后將其不可見狀態(tài)通過數(shù)據(jù)可視化的形式清晰明了地呈現(xiàn)給用戶，讓用戶對樓宇內(nèi)狀態(tài)有更加直觀的感受。

5）人性化：即保證人的主觀能動性，重視人與環(huán)境的協(xié)調(diào)，使用戶能隨時、隨地、隨心的控制樓宇內(nèi)的生活和工作環(huán)境，如網(wǎng)絡(luò)服務始終在線，為在家辦公提供方便條件;能實現(xiàn)對家電的智能控制，即交互式智能控制（可以通過語音識別技術(shù)實現(xiàn)智能家電的聲控功能和遠程控制），以及通過各種主動式傳感器（如溫度、聲音、動作等）實現(xiàn)智能家居的主動性動作響應;能通過日常操作所學習的內(nèi)容對環(huán)境自動控制以滿足用戶需求;也可以通過服務器直接從制造商的服務網(wǎng)站上自動下載、更新驅(qū)動程序和診斷程序，實現(xiàn)智能化的故障自診斷、新功能自動擴展。