物联网大数据有哪些特征

1高效分布式
必须是高效的分布式系统。物联网产生的数据量巨大，仅中国而言，就有5亿多台智能电表，每台电表每隔15分钟采集一次数据，一天全国智能电表就会产生500多亿条记录。这么大的数据量，任何一台服务器都无能力处理，因此处理系统必须是分布式的，水平扩展的。为降低成本，一个节点的处理性能必须是高效的，需要支持数据的快速写入和快速查询。
2实时处理
必须是实时处理的系统。互联网大数据处理，大家所熟悉的场景是用户画像、推荐系统、舆情分析等等，这些场景并不需要什么实时性，批处理即可。但是对于物联网场景，需要基于采集的数据做实时预警、决策，延时要控制在秒级以内。如果计算没有实时性，物联网的商业价值就大打折扣。
3高可靠性
需要运营商级别的高可靠服务。物联网系统对接的往往是生产、经营系统，如果数据处理系统宕机，直接导致停产，产生经济有损失、导致对终端消费者的服务无法正常提供。比如智能电表，如果系统出问题，直接导致的是千家万户无法正常用电。因此物联网大数据系统必须是高可靠的，必须支持数据实时备份，必须支持异地容灾，必须支持软件、硬件在线升级，必须支持在线IDC机房迁移，否则服务一定有被中断的可能。
4高效缓存
需要高效的缓存功能。绝大部分场景，都需要能快速获取设备当前状态或其他信息，用以报警、大屏展示或其他。系统需要提供一高效机制，让用户可以获取全部、或符合过滤条件的部分设备的最新状态。
5实时流式计算
需要实时流式计算。各种实时预警或预测已经不是简单的基于某一个阈值进行，而是需要通过将一个或多个设备产生的数据流进行实时聚合计算，不只是基于一个时间点、而是基于一个时间窗口进行计算。不仅如此，计算的需求也相当复杂，因场景而异，应容许用户自定义函数进行计算。
6数据订阅
需要支持数据订阅。与通用大数据平台比较一致，同一组数据往往有很多应用都需要，因此系统应该提供订阅功能，只要有新的数据更新，就应该实时提醒应用。而且这个订阅也应该是个性化的，容许应用设置过滤条件，比如只订阅某个物理量五分钟的平均值。
7和历史数据处理合二为一
实时数据和历史数据的处理要合二为一。实时数据在缓存里，历史数据在持久化存储介质里，而且可能依据时长，保留在不同存储介质里。系统应该隐藏背后的存储，给用户和应用呈现的是同一个接口和界面。无论是访问新采集的数据还是十年前的老数据，除输入的时间参数不同之外，其余应该是一样的。
8数据持续稳定写入
需要保证数据能持续稳定写入。对于物联网系统，数据流量往往是平稳的，因此数据写入所需要的资源往往是可以估算的。但是变化的是查询、分析，特别是即席查询，有可能耗费很大的系统资源，不可控。因此系统必须保证分配足够的资源以确保数据能够写入系统而不被丢失。准确的说，系统必须是一个写优先系统。
9数据多维度分析
需要对数据支持灵活的多维度分析。对于联网设备产生的数据，需要进行各种维度的统计分析，比如从设备所处的地域进行分析，从设备的型号、供应商进行分析，从设备所使用的人员进行分析等等。而且这些维度的分析是无法事先想好的，而是在实际运营过程中，根据业务发展的需求定下来的。因此物联网大数据系统需要一个灵活的机制增加某个维度的分析。
10支持数据计算
需要支持数据降频、插值、特殊函数计算等 *** 作。原始数据的采集可能频次挺高，但具体分析时，往往不需要对原始收据进行，而是数据降频之后。系统需要提供高效的数据降频 *** 作。设备是很难同步的，不同设备采集数据的时间点是很难对齐的，因此分析一个特定时间点的值，往往需要插值才能解决，系统需要提供线性插值、设置固定值等多种插值策略才行。工业互联网里，除通用的统计 *** 作之外，往往还需要支持一些特殊函数，比如时间加权平均。
11即席分析和查询
需要支持即席分析和查询。为提高大数据分析师的工作效率，系统应该提供一命令行工具或容许用户通过其他工具，执行SQL查询，而不是非要通过编程接口。查询分析的结果可以很方便的导出，再制作成各种图标。
12灵活数据管理策略
需要提供灵活的数据管理策略。一个大的系统，采集的数据种类繁多，而且除采集的原始数据外，还有大量的衍生数据。这些数据各自有不同的特点，有的采集频次高，有的要求保留时间长，有的需要多个副本以保证更高的安全性，有的需要能快速访问。因此物联网大数据平台必须提供多种策略，让用户可以根据特点进行选择和配置，而且各种策略并存。
13开放的系统
必须是开放的。系统需要支持业界流行的标准SQL，提供各种语言开发接口，包括C/C++，Java，Go，Python，RESTful等等，也需要支持Spark，R，Matlab等等，方便集成各种机器学习、人工智能算法或其他应用，让大数据处理平台能够不断扩展，而不是成为一个孤岛。
14支持异构环境
系统必须支持异构环境。大数据平台的搭建是一个长期的工作，每个批次采购的服务器和存储设备都会不一样，系统必须支持各种档次、各种不同配置的服务器和存储设备并存。
15支持边云协同
需要支持边云协同。要有一套灵活的机制将边缘计算节点的数据上传到云端，根据具体需要，可以将原始数据，或加工计算后的数据，或仅仅符合过滤条件的数据同步到云端，而且随时可以取消，更改策略。

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。

物联卡业务是中国移动面向物联网用户提供的采用物联网专用的号段作为MSISDN的移动通信接入业务，通过专用网元设备支持短信和数据服务等基础通信服务，并提供通信状态管理和通信鉴权等智能通道服务，同时默认开通物联网专用的短信接入服务号和物联网专用APN。
详情咨询4001100866

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