工业用传感网络层：即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”或环境状态的识别以及感知信号的摄入；
传输网络层：即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网(1Pv6)，实现数据的传输和计算，尤其是现在流行的概念：云计算：
应用网络层：即输入输出控制终端，包括电脑、手机等终端等等。
从整体上来看，物联网还处于起步阶段，而工业物联网的真正达到实用化、大规模应用，必须解决如下关键技术问题：
工业用传感器：工业用传感器是一种检测装置，能够测量或感知特定物体的状态和变化，并转化为可传输、可处理、可存储的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。可以说，没有众多质优价廉的工业传感器，就没有现代化工业生产体系，更谈不上工业物联网。
工业无线网络技术：工业无线网络是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状(Mesh)网络，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，具有低耗自组、泛在协同、异构互连的特点。工业无线网络技术是继现场总线之后工业控制系统领域的又一热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，也是未来几年工业自动化产品新的增长点，已经引起许多国家学术界和工业界的高度莺视。
工业过程建模：没有模型就不可能实施先进有效的控制，传统的集中式、封闭式的仿真系统结构已不能满足现代工业发展的需要。工业过程建模是系统设计、分析、仿真和先进控制必不可少的基础。
随着经济和 社会 的发展，城市公共照明已经成为城市现代化水平的重要标志之一，城市照明设施规模日益增大，用电量节节攀升， 社会 各方对城市公共照明的要求和希望越来越高。而目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，主要表现在以下几个方面：
监控管理方式相对粗放。传统“三遥”系统只能实现回路级别的采集和控制，对单灯运行情况无法实时、准确监控，不能实现智能化监控和精细化管理；部分城市仍停留在“时控”时代，缺少基本的信息化管理手段。
运行维护效率低、成本高。现有的照明设施故障发现机制主要采用人工巡查模式，工作量巨大，需要投入大量的人力物力，并且还可能留有盲区，运维效率低、成本高，难以实现主动服务、保障服务质量。
照明能耗偏大。缺少灵活有效的节能控制手段，过度照明和照明不足的矛盾难以调和，无法实现按需照明，从而在保障照明质量的前提下有效降低照明能耗设施安全难以保障。缺少实时监管措施，设施被盗时有发生，给照明管理部门造成直接的经济损失，严重影响城市照明的正常运行，同时带来安全隐患。
1 设计与实现
本系统由3大部分组成：NB-IoT通信模块、云端控制系统、手机端APP。
图1
11 NB-IoT通信模块
基于高通MDM9206平台高性能、低功耗的CAT-M1/CAT-NB1/GSM三模无线通信模块，支持全球各主流定位系统GNSS，不仅支持当前运营商的主流物联网频段，对未来可能会部署的频段也最大可能性的支持 ，其尺寸仅 为 225mm265mm27mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，
通过该模块实现路灯信息传输、调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明节约电能，真正实现节能、环保、安全、舒适的照明，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。
12 云端控制中心
是根据路灯管控开发的一款远程 *** 作与监控管理平台，方便了管理人员的管理与维护。通过灯联网集中监控管理平台可以远程控制每一个回路的开、关状态，也可以实时监测每个设备的当前信息，并根据采集到的参数的情况，实时判断线路情况，给用户直观的解析。系统同时还具备短消息报警和声音报警的功能。
13 手机端APP
一种基于智能手机APP应用的城市路灯控制方法，包括将智能手机APP应用与路灯管理系统相关联，形成APP调节城市路灯的架构，构建智能手机 APP 节点，每个 APP 节点代表一个APP 注册用户；当用户登录 APP 应用时，APP 应用将包含用户地理位置、行进方式的 APP 应用信息传送到路灯管理系统；路灯管理系统根据APP应用信息，查询用户所属路段的路灯实时状态，并对路灯进行调节控制。采用NB-IoT物联网概念，通过手机 APP 应用按照用户实际需求开启路灯、调节路灯亮度，合理分配路灯照明资源，降低了路灯能耗、节约了路灯使用成本。
2 测试与分析
硬件调试：分为电源电路、通信链路、LED驱动电路调试。
21 电源电路
图2 电源电路
图 2 中，EUP3420 是一款恒定频率，采用电流模脉宽调制（PWM）架构的降压型变换器。芯片集成了主开关和同步整流开关，可以获得更高的效率。本系统采取5V适配器输入，转化给NB-IoT无线通讯模块VBAT网络33V供电。
C1000：适配器的输入端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为5V。
L1000：开关电源 buck 电感输出端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为33V，通过调整R1000和R1007阻值调整VBAT输出的大小。
22 通信链路
NB-IoT模块上电后sim卡状态测试。
图3 NB-IoT模块Sim卡状态查询
23 LED驱动电路
图4 LED驱动电路
上图中，三极管驱动电路由Q11、R128、D30、J26（焊接LED模组）组成，NB-IoT通信模块通过GPIO口控制三极管的基集，使三极管Q11工作在开关状态，实现对LED的开断。
3 软件测试
安卓手机端可以控制指定路灯的亮与灭以及全开全灭。
图5 手机控制端界面
PC端实现对各个端口的控制。
图6 云端控制端界面
4 控制系统特性
41 管道NB-IoT设计
一是广覆盖：NB-IoT 覆盖能力强，在同样的频段下，NB-IoT 比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍。它不仅可以满足广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。因此不只是道路照明，在室内、工业照明领域的应用前景也十分广阔。
二是强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。这将意味着，基于 NB-IoT 通信技术的照明控制系统，将能够管控更多的终端设备，满足未来智慧城市中大量设备联网需求。
三是低功耗：低功耗特性是智慧照明应用一项重要指标，NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，终端模块的待机时间可长达10年，特别适用于智能家居的应用。
四是低成本：低速率、低功耗、低带宽同样给 NB-IoT 芯片以及模块带来低成本优势。单个接连模块预期价格不超过 5美元，最终低至 1 美元，这对降低智慧照明应用的成本起到关键性作用。
42 云端智能管理
采用单灯控制技术，构建路灯物联网，精准控制每一盏路灯，在保证照明需求的前提下，根据季节、路段、天气、特殊场合等条件设定路灯运行方案，真正实现“按需照明”，深化节能减排。因本项目范围内 LED 路灯电源不具备调光接口，单灯节能方式采用开关灯控制方式。
通过单灯“在线巡测”，及时发现路灯故障并在地图上进行精准定位，转变“人工巡检、热线报修”的传统运维方式，实现定向运维、主动服务，减轻劳动强度，提高路灯运维效率，降低运维成本。
43 客户端APP
智慧公共照明管理平台具有全面和优化的路灯智能控制功能，为路灯管理人员提供更高效的管理和维护手段，主要体现为：实时监控：可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光。同时支持多终端，支持基于 Android *** 作系统的移动终端远程控制，可采用平板电脑、手机等终端下发开关灯、调光等控制命令等。
5 应用前景分析
对于 NB-IoT 产业的发展，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商皆就NB-IOT发布了各自的发展计划。工信部也发文要求加快 NB-IoT 在国内落地，到今年年底建成基站规模 40万个，到 2020 年建成基站规模 150 万个。中国 NB-IoT 产业加速布局，将是全球 NB-IoT 产业领跑者。目前在上海、广州、江
门、鹰潭、长沙落地了NB-IoT智慧路灯项目，实现了到处开花、处处结果。
6 结束语
城市智慧照明是智慧能源的开端，以 NB-IoT 新一代通信技术为支撑，实现整个城市一张网，对城市道路每盏灯实现全面的感知、智能的控制、广泛的交互和深度的融合，在满足市民正常照明需求的前提下，通过智能调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明，电能节约率可达30% 60%，真正实现节能减排，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。同时通过对城市照明设施实现精细化管理，通过对城市道路每个灯具的运行状态进行准确分析和故障报警，并根据故障等级启动相应的处置流程，将被动巡检改为定点维护，反应更加敏捷处置效率更高，将使城市的灯光管理水平与现代化的大都市相适应，提高亮灯率，减少各种故障，合理照明，美化照明，安全照明，营造出现代城市科学和艺术完美结合的照明效果，树立和提升城市的品牌形象。
物联网简介所谓物联网，是指通过装置在各类物体上的电子标签，传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连，从而赋予物体以智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。它以通信技术为基础，让物理设施和IT设施进行“联姻”，从而使得管理、生产制造、社会管理，以及个人生活实现互联互通，被认为是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。
“物联网”被美国人认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。而在我国，它也得到了迅猛的发展：2010年两会工作报告中明确提出要“加快物联网的研发应用”，物联网进入了“国字号”发展的轨道，在2010年上海世博会上，海尔集团推出了“物联网冰箱”，在这种冰箱上输入相关信息后，不出家门，就能轻松缴纳水电费……可以预见的是，未来我国将进入一个“物联网时代”。
物联网有多火
物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展，目前被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点，其应用范围几乎覆盖了各行各业。
在美国，以物联网应用为核心的智慧地球计划，得到奥巴马的积极回应和支持，其经济刺激方案将110亿美元用于智能电网以及相关项目。另外，欧盟也在2009年6月制定并公布了涵盖标准化、研究项目、试点工程、管理机制和国际对话在内的14点行动计划。
近几年，我国物联网也举得了前所未有的重视，虽然，巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。然而不可否认的是，物联网的发展必然促使物联网相关产业交融，各产业各司所职、各取所需，最终形成一个强大不机械化的产业链，蕴含难以想象的能量。到2015年，我国物联网将攻克一批关键核心技术，初步构建较为完善的标准体系，将在核心技术研发与产业化、关键标准研究与制定、产业链条建立与完善、重大应用示范与推广等方面取得显著成效，建成一批物联网应用示范重大工程，培育和发展一批具有国际竞争力的物联网骨干，初步形成创新驱动、协同发展、辐射面宽、带动力强的物联网发展格局，努力抢占新一轮世界经济科技制高点。
物联网专业学什么
物联网专业是允许高校增设新专业后，高校申请最多的学校，这也说明了国家对物联网经济的重视和人才培养的迫切性。在2012年最新颁布的普通高等学校本科专业目录中，物联网工程专业属于工学中的计算机大类，标准学制4年，毕业后授予工学学士学位。
物联网工程专业开设基础课程和专业核心课程两大类，学生主要学习研究信息流、物质流和能量流彼此作用、相互转换的方法和技术，有着很强的工程实践特点。
物联网专业是一门交叉学科，涉及计算机、通信技术、电子技术、测控技术等专业基础知识，以及管理学、开发等多方面知识。作为一个处于摸索阶段的新兴专业，各校都专门制定了物联网专业人才培养方案。学生需要学习包括计算机系列课程、信息与通信工程、模拟电子技术、物联网技术及应用、物联网安全技术等几十门课程，同时还要打牢坚实的数学和物理基础。另外，优秀的外语能力也是必备条件，因为目前物联网的研发、应用主要集中在欧美等国家，学生需要阅读外文资料和应对国际交流。
北京科技大学招生就业处处长韩经说，该校的课程包括物联网工程导论、嵌入式系统与单片机、无线传感器网络与RFID技术、物联网技术及应用、云计算与物联网、物联网安全、物联网体系结构及综合实训、信号与系统概论、现代传感器技术、数据结构、计算机组成原理、计算机网络、现代通信技术、 *** 作系统等课程以及多种选修课。
物联网专业就业前景
目前，审批设置的高等学校战略性新兴产业本科专业中有“物联网工程”、“传感网技术”和“智能电网信息工程”三个与物联网技术相关的专业。此三个专业从2011年才开始首次招生，目前为止还没有毕业生，所以，无法从往年的就业率来判断未来的就业情况，但可从行业的整体发展趋势和人才市场的需求等方面了解该专业未来的就业形势。
作为国家倡导的新兴战略性产业，物联网备受各界重视，并成为就业前景广阔的热门领域，使得物联网成为各家高校争相申请的一个新专业，主要就业于与物联网相关的、行业，从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、信息安全等的设计、开发、管理与维护，也可在高校或科研从事科研和教学工作。
中科院院士、华东师大学院院长何积丰表示，未来的物联网技术要得到发展，需要在信息收集、改进、芯片推广、程序算法设计等方面有所突破，而做到这些的关键是如何培养人才。柏斯维也指出，从整体来看，物联网行业是非常需要人才。Long Term Evolution Category 1（长期演进技术类别1）即LTE CAT 1 是一种众所周知的LTE标准，广泛应用于全球物联网通信行业。由3GPP（第三代合作伙伴计划）（第8版）在2008年推出以用于物联网，自推出以来一直保持显著增长。LTE Cat 1 因其广泛的覆盖范围和低成本优势而广受欢迎。LTE Cat 1 专为功能繁杂的物联网应用而设计，目前被认可为不可或缺的连接技术。LTE CAT 1 使用技术优越并可全球部署的动态系统，在全球范围内提供最佳的物联网解决方案。换而言之，LTE CAT 1 可以被称为LTE 物联网的特定变体，它使物联网网络更加智能。
LTE CAT 1的特点
• 中速LTE 标准
• 专为物联网和M2M 通信而设计
• 满足足够的上、下行数据速度
• 适用于带宽密集型物联网应用
• 超强的建筑穿透力
• 低延迟（50至100ms）
• 更高的数据传输效率
• 上行（5Mb/s）和下行（10Mb/s）
• 向下兼容3G 和2G
• 优化后的功耗延长电池寿命周期（最多5年）
• 支持低功耗的待机和睡眠模式
• 支持全双工FDD/TDD 和VoLTE（LTE语音服务）
• 室内覆盖
• 语音支持
• 移动支持
• 远程控制设备
• 超低成本
• 使用简捷
LTE CAT 1的应用
LTE CAT 1 应用于多种领域
• 自动化/交通：帮助监测车辆和各种参数、诊断信息、里程、位置、发动机使用情况、车队管理、电动滑板车等
• 安全：视频监控、交通摄像头、传输高质量视频、家庭监控、低端/基于云的摄像头、支持LTE 语音
• 移动医疗警报系统，门诊监测，预测性维护。适用于自动取款机、自动贩卖机、智能电网、资产跟踪、电表、无线支付、智能可穿戴设备。通过蜂窝网络一键通话。
LTE CAT M/LTEM/eMTC
众所周知，2017年3GPP 推出的LTE CAT M/LTEM/eMTC（第13版，这里“M”代表机器）是定义低成本机器类通信协议或简单的LTEM 协议，主要用于增强机器间的通信，这项技术相对较新，正处于发展阶段，专门为机对机通信和物联网设计使用。在实际运用中，为支持更高吞吐量设备的移动性而设计，并提供：
• 低延迟（10-15微秒）
• 上行和下行1Mbps
• 支持VoLTE
• 电池寿命长达10年
它还用于物联网平台设备。
这两种技术都被证明是物联网和M2M 通信的最佳选择。根据使用情况和覆盖率，用户可以自行选择。此外，在计算各种参数时，这两种技术都有各自优势，如Quectelcom收集的数据所示：
CAT 1 和CAT M 基础数据
LTE CAT 1 和CAT M 的对比
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