cookieOptions = {...}; ‧ 智慧城市建設的幾大關鍵性技術 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網
2016年4月15日 星期五

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伴隨著資訊技術的快速發展與廣泛應用,「智慧城市」的概念呼之欲出,未來智慧城市建設將在全球掀起一輪新的高潮。


文化物質的累積、科學技術的進步都是伴隨著城市而逐漸演變的,而城市大發展的動力,慢慢變成智慧的成果,就是大眾可以不間斷的享受創新技術,帶來的服務與產品,目前智慧城市的建設,已經得到了各國政府的重視和大力的推動,越來越多的智慧城市將呈現在民眾的面前。

所謂智慧城市是指根據科學合理的城市發展理念,根據最新一代的資訊技術,在泛在互聯網和資訊全面感知的基礎上,實現人、物、城市功能系統之間無縫連接,與協同聯動的智慧自行感知、自行優化,從而對民生、環保、公共安全、城市功能、商務活動等多種城市需求,做出智慧的響應,形成具備可持續內生動力的安全、便捷、高效、綠色的城市形態。

智慧城市三大技術基礎
智慧城市的建設需要技術創新、民眾意識、政府管理等各方面共同作用,而其中技術創新是建設智慧城市的基石。「資訊」是智慧的核心,因此「資訊技術」是支撐智慧城市的核心技術。

1.通信技術廣泛化讓智慧城市擁有了神經系統
一個人要將看見的、聽見的、觸摸到的各種資訊傳遞到大腦,需要有遍佈全身的神經系統。對於智慧城市來說,擁有這樣的神經系統,是實現智慧的最根本要求。泛在的通信網路就像城市的神經系統,只有有了它,資訊才有可能通達。

2.互聯網技術的普及,讓智慧的能力貼近普通民眾
在有互聯網技術以前,資訊處理只是聚集在少數專用機房裡的大型電腦設備的事情,和普通的民眾關係不大。雖然資訊可以傳遞,但資訊傳遞的範圍有很大限制,遠不能到達城市的末梢。

互聯網技術從根本上改變了人類獲取和處理資訊的方式,使得任何一個普通民眾都能夠隨意獲取和產生資訊,智慧的能力只有真正貼近了普通民眾,智慧的城市才有可能實現。

3.嵌入式技術的發展,讓智慧的能力擴展到物
從技術層面來看,「智慧城市」是以網路資訊為基礎的城市資訊體系,其智慧能力的差別來自於對資訊獲取能力的差別,智慧的城市不僅需要更多的人能夠隨時獲取和產生資訊,城市裡的各項基礎設施也需要能夠進行資訊的自動採集、動態監管。

從技術角度來看,就是各種各樣的設備需要具備獨立運算和聯網的能力,嵌入式技術的發展,使得這些成為可能,因此嵌入式技術是智慧城市的技術基礎之一,它使得智慧的能力從人擴展到物品。


智慧城市的應用局限性與技術瓶頸
1.智慧城市應用局限性
目前的智慧城市應用大多是一些處理資料獲取,和資料傳輸的簡單場景,簡單資料獲取和資料傳輸模式雖然有一定的領域,但碰到一些複雜的領域就無法應對了。在我們的現實世界中,還有很多複雜的情況,需要不同類型節點,協同進行智慧運算的應用領域。

而且這些簡單的資料獲取和資料傳輸,只能簡單的局限於對資料的安全性、即時性和可靠性的要求均不高的領域,萬一出現資料被盜用、篡改等情況,也不會造成很嚴重的後果。

但對於一些資料錯誤、丟失、延時,將會造成重大損失的領域,如:醫療手術控制、火車交通控制、大型機械設備運轉控制等,由於拘束的限制,這樣的領域物聯網都還沒有觸及。


目前智慧城市典型應用中,設備一般在較為適宜的環境下工作,而現實環境中則會有相當一部分的應用,要求設備工作在相當惡劣的環境下進行操作,甚至有些特殊行業的設備,可能面臨極端高溫和低溫、瞬間溫度劇變等極端惡劣環境,而目前我們的感測器技術尚無法達到這點。

2.智慧城市技術瓶頸
以上分析的智慧城市應用存在的局限性,很大程度上都是由於技術瓶頸所引起的。解決技術瓶頸、才能打破局限,擴展需求,將使智慧城市具有更加廣闊的發展空間。目前我們主要存在四方面的技術瓶頸。

其一,感測器技術瓶頸。如何推出更小、更強、更便宜的感測器。智慧城市發展首要是大量佈置各種感測器,使這些感測器與物品緊密地結合在一起,成為物品的一部分,因此感測器不僅要微型化,而且這樣微型化的節點,不但要擁有相當的處理能力,還需要能耗低,然而這樣小型高性能的感測器,目前只能用於尖端的領域,尚無法大規模應用。

其二,通信網路技術瓶頸。如何做到既大容量又高性能。智慧城市中很多的應用都將是無人干預的自動操作,其與人的通信行為有很大的不同。從規模上來看,可能要面對上千萬、乃至上億的海量節點,規模將遠超過原有的通信規模。

其三,平臺處理技術的瓶頸。如何做好海量感知資訊的處理和管理。如何及時處理海量感知資訊,是智慧城市發展面臨的另一個技術瓶頸,隨著智慧城市建設的深化,需要綜合運用雲端運算等技術推進,平臺處理技術不斷發展,解決海量資料的儲存、歸類、處理、檢索需求才能打破這種局限。

其四,安全性技術瓶頸。如何應對更為複雜的物聯網安全問題。目前階段,資訊的安全問題其實並未引起足夠的重視,其實安全問題是智慧城市發展中要解決的關鍵問題之一,它將直接決定智慧城市的發展前景。


創新技術推動城市化進程
1.大力推動感知技術的發展
智慧城市首先需要通過感知世界來獲取資訊,感知技術的發展是智慧城市發展的前提,感知技術其實包含了兩種不同的技術:感測器和無線傳感網。

感知技術需要不斷向著高性能、低能耗、微型化、低成本方向發展,才能為實現各種智慧城市應用提供豐富的想像空間,擴大智慧城市應用的範圍。感測器是一種能把物理量或化學量,轉變成便於利用的電信號的器件。


無線傳感網(WSN)是由佈署,在一定區域內的大量感測器節點組成的,通過無線通訊方式形成的一個多跳自組織的網路系統。其目的是協作地感知、採集和處理網路覆蓋區域中被感知物件的資訊,併發送給觀察者。無線傳感網核心技術主要集中於網路拓撲控制技術、多跳可靠資料交互技術、通道資源調度技術、實體層技術、協同計算與處理技術、分散式資訊感知技術等。

無線傳感網以其智慧化、低功耗、自組織的特性提供了全新的智慧化通信、控制手段,是目前大範圍、低成本獲得傳感資訊最有效的解決辦法。其中無線傳感網關鍵技術包括:射頻辨識技術(RFID)IEEE802.15.4Zigbee/ZigbeePro技術、Z-Wave技術、Wireless-HART技術、藍牙技術、NFC技術。


2.推動網路能力增強
在當前智慧城市的初級階段,物聯網應用數量尚不大的情況下,現有網路基本可以滿足物智慧城市的通信要求,但各種問題已經開始逐步顯現;隨著智慧城市發展的深化,物聯網業務數量擴大,網路必將產生巨大壓力,甚至也可能進一步影響到現有的人與人的正常通信。

因此需要對通信網路的適應性進行研究,在現有網路的基礎上,研究和開發適應和滿足智慧城市通信特徵的網路能力改進,以及與之相適應的通信網路運維體系,主要的研究內容包括以下幾個方面:網路層業務特性管理、網路資源配置機制、網路性能優化機制、靈活的QoS體系、靈活的網路安全能力、行動性管理機制。

其中IPv6技術與雲端電腦技術,就是其中的主要技術,IPv6Internet Protocol Version 6的縮寫,它是IETF(Internet Engineering Task Force,互聯網工程任務組)設計的用於替代現行版本IP協定IPv4的下一代IP協定。


它具有更大的位址空間,IPv6IP位址的長度為128位,並加入了對位址自動配置的支援;IPv6的位址分配遵循聚類的原則,對IP包結構進行了簡化,提升了路由轉發效率;增強了對組播及流控的支援,增加了對網路層的資料加密,並對IP報文進行校驗,增強了網路的安全性;可以較好地滿足物聯網海量節點、高安全性等應用特點的需求,是物聯網網路技術的發展方向。

雲端運算將網路上分佈的運算、儲存、服務構件、網路軟體等資源集中起來,基於資源虛擬化的方式,為使用者提供方便快捷的服務,它可以實現計算與存儲的分散式與並行處理。


雲端運算的主要特徵主要有這幾個方面:以高度可擴展的彈性方式交付服務;利用網際網路技術和方法來開發和交付服務;資源虛擬化及資源的自動管理與配置;可實現海量資料的分散式並行處理;低成本並對用戶透明。

                                                                                                                                                                                                                            

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