Wi-SUN：專為環(huán)環(huán)相扣智能城市而構(gòu)建的協(xié)議

作者：Silicon Labs無(wú)線產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Asem Elshimi

在全球?qū)μ岣呖沙掷m(xù)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(dòng)下，世界各地的城市正在大踏步的向智慧城市轉(zhuǎn)型。智慧城市的設(shè)計(jì)其基本目標(biāo)是改善城市運(yùn)營(yíng)以及提高居民的整體生活質(zhì)量，是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步來(lái)有效管理城市資產(chǎn)、資源和服務(wù)。智慧城市將現(xiàn)代城市生活的各個(gè)方面數(shù)字化，包括公共事業(yè)、市政服務(wù)、交通控制和公共交通，以及水和廢棄物處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

全球城市人口快速增長(zhǎng)成為促進(jìn)智慧城市全面轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。據(jù)估計(jì)，每周有130萬(wàn)人從農(nóng)村遷移到城市地區(qū)，而聯(lián)合國(guó)預(yù)計(jì)，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(zhǎng)給城市的基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了沉重壓力，反之城市也對(duì)環(huán)境以及我們有限的自然資源造成了巨大壓力。

設(shè)計(jì)以人為本、以環(huán)境為中心的解決方案

智慧城市的基礎(chǔ)技術(shù)庫(kù)是基于互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)。隨著實(shí)地的傳感器和連接的增多，以及數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的算法越來(lái)越多，必然會(huì)產(chǎn)出更智能、更高效的決策。然而，我們應(yīng)該謹(jǐn)慎地看待智慧城市的這種愿景，避免只關(guān)注每個(gè)問(wèn)題的技術(shù)方面。智慧城市設(shè)計(jì)試圖解決非常復(fù)雜的人類問(wèn)題。城市是基礎(chǔ)設(shè)施、組織和居民的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。與每一個(gè)有機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)一樣，它的主要屬性在于其復(fù)雜性，而不是它的細(xì)分或子實(shí)體。正如二十世紀(jì)的生態(tài)學(xué)先驅(qū)者所揭示的那樣，為了獲得最佳結(jié)果，應(yīng)該將這些復(fù)雜的系統(tǒng)（想想蟻群、表土層或美國(guó)選民系統(tǒng)）作為一個(gè)整體來(lái)對(duì)待。單獨(dú)與部分交互或修改部分很少能引起整個(gè)系統(tǒng)的改進(jìn)。換句話說(shuō)，在我們的城市沖突中盲目地投入更多的技術(shù)，最好的情況是問(wèn)題不再惡化，最壞的結(jié)果是弊端大于利好。我們需要記住，城市是一個(gè)互聯(lián)互通的實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)大規(guī)模的社會(huì)有機(jī)體。

因此，對(duì)于智慧城市采取更具建設(shè)性的方法首先要將整個(gè)城市系統(tǒng)視為一個(gè)整體，如果解決一個(gè)問(wèn)題而不考慮其生態(tài)狀況，那么可能會(huì)導(dǎo)致更多、更嚴(yán)重的問(wèn)題。例如，一個(gè)城市的目標(biāo)可能是通過(guò)提高電力網(wǎng)絡(luò)效率來(lái)減少能源消耗，從而減少溫室氣體排放。然而，居民可能因?yàn)榭吹礁阋说哪茉促~單，不再嚴(yán)格限制自己的能源使用，這使得系統(tǒng)回到能源平衡點(diǎn)，從而消耗與以前相同或更多的能源。

在這個(gè)程度上，智慧城市技術(shù)先驅(qū)者們需要強(qiáng)調(diào)其解決方案的全局影響以及在個(gè)體層面的相互關(guān)系。因此，一項(xiàng)可靠且可持續(xù)地顛覆城市運(yùn)營(yíng)方式的技術(shù)，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(xiàn)代設(shè)計(jì)、飛行投送無(wú)人機(jī)和自動(dòng)駕駛汽車）和共有的主題可能會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，但這一愿景側(cè)重于技術(shù)解決方案，而將人的因素排除在外了。

使用Wi-SUN連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)

Wi-SUN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

對(duì)人類和環(huán)境價(jià)值的強(qiáng)調(diào)并沒(méi)有削弱當(dāng)前技術(shù)解決方案所提供的豐富性，這里說(shuō)的技術(shù)解決方案即大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)顯露了可以引發(fā)巨大建設(shè)性影響的寶貴杠桿點(diǎn)，而城市規(guī)劃者才剛剛開(kāi)始挖掘它們的潛力。技術(shù)參與者必須成為智慧城市發(fā)展的指南，并確保城市部署靈活且包容的自適應(yīng)無(wú)線平臺(tái)。隨著越來(lái)越多的公司和組織認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)高效智能城市的獨(dú)特細(xì)微差別，電子行業(yè)正在朝著智能城市應(yīng)用的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展、邁進(jìn)。2011年，一群有遠(yuǎn)見(jiàn)的領(lǐng)導(dǎo)者發(fā)起了基于IEEE 802.15.4g標(biāo)準(zhǔn)的可互操作智慧城市網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想，成立了Wi-SUN（無(wú)線智能泛在網(wǎng)絡(luò)）聯(lián)盟。Wi-SUN擁有超過(guò)300家成員公司，利用廣泛采用且久經(jīng)驗(yàn)證的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放的、可互操作的解決方案生態(tài)系統(tǒng)，為未來(lái)的智慧城市網(wǎng)絡(luò)提供了無(wú)限可能。

Wi-SUN場(chǎng)域網(wǎng)絡(luò)(FAN)是一種高度穩(wěn)健、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，它擁有眾多支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)速率選項(xiàng)。將 Wi-SUN確立為真正的智慧城市協(xié)議，其原因在于它可以支持現(xiàn)有和新興應(yīng)用的可擴(kuò)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(shù)去根據(jù)應(yīng)用需求來(lái)調(diào)整數(shù)據(jù)速率。到目前為止，大多數(shù)智慧城市應(yīng)用還一直在使用專有網(wǎng)絡(luò)，這些專有網(wǎng)絡(luò)通常是為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的，安全性和升級(jí)靈活性有限。它們通常還使用“星型”架構(gòu)，其中的設(shè)備要與基站接收器進(jìn)行通信。另一方面，Wi-SUN是一種自構(gòu)建、自修復(fù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，支持?jǐn)?shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)，不依賴于一個(gè)基站，從而提高了其可靠性和彈性。Wi-SUN FAN架構(gòu)可以在有連接問(wèn)題時(shí)不斷地在這數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)之間重新路由數(shù)據(jù)，讓設(shè)備在最需要的時(shí)候（例如在極端風(fēng)暴、網(wǎng)絡(luò)攻擊、和/或電力使用限制導(dǎo)致輪流停電）獲得完整的網(wǎng)絡(luò)連接以及整個(gè)城市的持續(xù)服務(wù)支持。與傳統(tǒng)的LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）相比，Wi-SUN提供更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲（見(jiàn)表格），以及低功耗、安全性和互操作性。

此外，Wi-SUN FAN在數(shù)據(jù)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(yīng)用。智慧城市應(yīng)用對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了很高的要求，需要高度的安全性、可靠的連接性、發(fā)生故障或條件變化時(shí)的彈性等等。Wi-SUN FAN

以極少的額外基礎(chǔ)設(shè)施，在從農(nóng)村到人口密集的城市社區(qū)的各種地形環(huán)境中提供安全、經(jīng)濟(jì)高效且彈性的連接。

今天的智慧城市發(fā)展面向智能計(jì)量、智能路燈系統(tǒng)、公共安全、交通監(jiān)控、噪音檢測(cè)和污染監(jiān)控，所有這些都是Wi-SUN的應(yīng)用目標(biāo)。Wi-SUN也非常適合的其他領(lǐng)域，例如將智能城市傳感器（廢棄物管理、自動(dòng)售貨機(jī)）和DER（分布式能源）集成到電網(wǎng)中。

保護(hù)我們城市最易受攻擊的資產(chǎn)

Wi-SUN 的安全優(yōu)勢(shì)是該協(xié)議實(shí)現(xiàn)差異化的另一個(gè)因素，為智慧城市的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了巨大的機(jī)會(huì)。隨著醫(yī)院、政府機(jī)構(gòu)、公共交通、商業(yè)組織和電網(wǎng)越來(lái)越容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，必須制定對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的零容忍安全標(biāo)準(zhǔn)。城市正在成為互聯(lián)城市網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，而互聯(lián)城市系統(tǒng)的薄弱程度取決于其最薄弱的環(huán)節(jié)，這就使在網(wǎng)絡(luò)安全性方面不能做任何妥協(xié)。Wi-SUN為其用戶的安全和保障而創(chuàng)建，具有許多內(nèi)置的安全功能以確保操作安全，其中最重要的一項(xiàng)是安全認(rèn)證，可一直追溯到云提供商，要知道目前這并不是大多數(shù)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。Wi-SUN還在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)遵循網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)則，以確保可靠運(yùn)行，包括端到端安全、加密、密鑰管理和安全漏洞時(shí)的網(wǎng)絡(luò)隔離。Wi-SUN的一個(gè)獨(dú)特功能是其本地公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)集成、基于證書的相互身份驗(yàn)證以及經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)加密和密鑰交換算法。Wi-SUN FAN訪問(wèn)控制基于PKI并仿照Wi-Fi安全框架。每個(gè)Wi-SUN設(shè)備還具有由認(rèn)證機(jī)構(gòu)在其制造點(diǎn)簽署的唯一證書。

智慧城市計(jì)劃將人類生活質(zhì)量和環(huán)境影響提升到更高標(biāo)準(zhǔn)，而與城市基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)系統(tǒng)合作并在其系統(tǒng)內(nèi)工作的企業(yè)可能會(huì)獲得最大的回報(bào)，因?yàn)樗麄兊捻?xiàng)目有更高的可持續(xù)成功的機(jī)會(huì)。Wi-SUN在構(gòu)建過(guò)程中牢記這一理念，其技術(shù)特性使城市規(guī)劃師和技術(shù)架構(gòu)師能夠成功連接城市的基礎(chǔ)設(shè)施并適應(yīng)未來(lái)發(fā)展，最終為居民和環(huán)境資源帶來(lái)利益。

在未來(lái)幾年，我們將繼續(xù)看到物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步將影響全世界向智慧城市去過(guò)渡。在改造城市基礎(chǔ)設(shè)施和市民生活時(shí)，如何平衡城市的眾多要素仍然是非常重要的，正如在個(gè)人和群體層面去平衡如何推進(jìn)技術(shù)、促進(jìn)可持續(xù)性和提高生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 智慧城市 基礎(chǔ)設(shè)施 智能城市 生活質(zhì)量 技術(shù)解決方案