En los últimos años, con el desarrollo y la popularización del Internet de las Cosas, la tecnología del Internet de las Cosas de red privada (P-IoT) se ha desarrollado gradualmente en respuesta a las necesidades de los usuarios de la industria. En primer lugar, se ofrece una breve introducción al sistema técnico y al rendimiento clave de P-IoT. Sobre esta base, se analiza la aplicación innovadora de P-IoT en tres escenarios típicos en el campo de las emergencias. Por último, se discute la dirección de la aplicación innovadora del Internet de las Cosas en el futuro. Perspectivas.
introducción
En el pasado 2018, la industria de IoT (Internet de las Cosas, Internet de las Cosas) se ha desarrollado muy bien. Ya sea en el extranjero Amazon, Google, Microsoft, o en el país Alibaba Group, Tencent, Baidu, los principales gigantes de TI han desplegado el Internet de las Cosas, y los movimientos de blockbuster han continuado. Según las previsiones de IDC: el gasto mundial en IoT alcanzará los $745.000 millones de dólares en 2019, mantendrá una tasa de crecimiento anual de dos dígitos de 2019 a 2022 y superará la marca de $1 billón de dólares en 2022 [1]. Mientras que las tecnologías IoT dominantes como NB-IoT (Narrow Band Internet of Things), LoRa[3], Sigfox[4], etc. están en constante desarrollo, se centran en las preocupaciones de los usuarios de la industria sobre la seguridad, la fiabilidad y la QoS ( P-IoT derivadas de necesidades especiales como la calidad de servicio
(Private-Internet of Things, Internet privado de los objetos) ha surgido silenciosamente y se ha aplicado en múltiples campos verticales como la seguridad pública, la justicia, la respuesta a emergencias, la industria y el comercio, etc.
Por otra parte, nuestro país creó el año pasado el Ministerio de Gestión de Emergencias. En el marco del nuevo gran sistema de emergencias, ya se trate de la supervisión de la seguridad, la protección contra incendios, la defensa de los bosques, el rescate en caso de terremoto, la prevención de sequías e inundaciones, la prevención y el socorro en caso de catástrofe, todos ellos están estrechamente relacionados con la seguridad de la vida y los bienes del país y de la población [6]. En la actualidad, los usuarios de la industria de emergencias integran múltiples métodos de detección y agregan y analizan datos de detección como el Internet de las Cosas para apoyar el desarrollo de diversos servicios como la monitorización y la alerta temprana, la evaluación y la supervisión en el ámbito de las emergencias. Mientras la tecnología sigue evolucionando, los problemas a los que se enfrentan los usuarios del sector son cada vez más amplios y complejos. Sus requisitos especiales de fiabilidad y rendimiento en tiempo real del Internet de las Cosas no pueden resolverse perfectamente confiando únicamente en la tecnología IoT convencional. Por lo tanto, la tecnología P-IoT que satisface las necesidades de IoT de los usuarios de la industria de emergencia es necesaria para resolver los puntos débiles de la industria. A continuación, este artículo se centrará en las aplicaciones innovadoras típicas de la tecnología P-IoT en el campo de las emergencias.
Visión general de P-IoT
P-IoT y NB-IoT equivalen a LTE de red privada y LTE de red pública. Construya su propia "LAN del Internet de las cosas". La industria de exploración de petróleo y energía química, que tiene altos requisitos de seguridad y fiabilidad y entorno electromagnético, es adecuada para IoT de red privada. Para los clientes ordinarios de nivel empresarial, LoRa también puede utilizarse como red privada de las cosas.
La tecnología P-IoT es un dispositivo IoT de bajo consumo basado en la comunicación móvil de red privada VHF (Very High Frequency, frecuencia muy alta) y UHF (Ultra High Frequency, frecuencia ultra alta) con licencia de espectro, con capacidades de transmisión de datos múltiples de alta, media y baja velocidad. Consumo de tecnología de Internet de las Cosas. P-IoT es un servicio de valor añadido de un sistema de comunicación trunking digital dedicado. Sobre la base de satisfacer las rígidas necesidades de voz de los usuarios, proporciona soluciones para las aplicaciones ampliadas de los usuarios en el Internet de las Cosas.
En primer lugar, P-IoT puede garantizar los requisitos de alta fiabilidad de los usuarios de la industria para la red. P-IoT puede lograr un control independiente de la red gracias a sus propias características de red privada. Por ejemplo, en el campo de las emergencias, cuando se producen grandes desastres, P-IoT puede satisfacer las necesidades reales de los usuarios de emergencias para el rescate y el alivio de desastres debido a las características dedicadas de la red privada IoT. Al mismo tiempo, P-IoT funciona en una banda de frecuencia autorizada dedicada, que no es propensa a interferencias mutuas. Los datos clave se transmiten en condiciones de canal ideales, y la fiabilidad de los datos puede garantizarse plenamente.
En segundo lugar, la tecnología P-IoT puede proporcionar una garantía de calidad de servicio de alta puntualidad para los negocios clave de los usuarios de la industria. Las características de la red privada de la tecnología P-IoT determinan que no se centre en la equidad de la red como la tecnología IoT de red pública. Se centra más en cómo establecer los datos clave a un nivel empresarial de alta prioridad y proporcionar canales empresariales dedicados y otras garantías. Se toman medidas para protegerla, y el retardo puede alcanzar cientos de milisegundos, lo que garantiza los requisitos de puntualidad para la transmisión de datos críticos en aplicaciones de supervisión y alerta temprana en el ámbito de las emergencias.
En tercer lugar, P-IoT puede garantizar los elevados requisitos de seguridad de los usuarios industriales para la red. Dado que la infraestructura de red privada es privada, P-IoT tiene características naturales de aislamiento físico en comparación con IoT de red pública como NB-IoT. Al mismo tiempo, a través de varios métodos de cifrado, como el cifrado de interfaz aérea, el cifrado de enlace y el cifrado de extremo a extremo, P-IoT puede satisfacer las necesidades diferenciadas de los usuarios de redes privadas para diferentes niveles de seguridad de los datos IoT.
Además, P-IoT también es muy competitiva técnicamente en términos de indicadores clave que miden la calidad de la tecnología IoT, como las capacidades de cobertura, el consumo de energía del terminal, la capacidad del sistema, etc. La P-IoT también presenta ciertas ventajas en términos de controlabilidad independiente, expansión fluida, compatibilidad empresarial e internacionalización de estándares.
P-IoT utiliza el espectro con licencia de banda estrecha VHF y UHF de los usuarios de la industria para proporcionar servicios IoT de red privada diversificados a los usuarios de la industria a través de múltiples modos de transmisión [6]. A la vez que cumple los requisitos del Internet de las Cosas para la tecnología de acceso inalámbrico de larga distancia, como bajo consumo de energía, amplia cobertura y conexiones masivas, P-IoT es un canal de comunicación exclusivo construido sobre redes privadas de la industria. P-IoT tiene las características de independencia y controlabilidad. Tiene ventajas significativas en seguridad, fiabilidad, consumo de energía del terminal y otros aspectos, y está más en línea con las necesidades especiales de los usuarios de la industria de redes privadas [7-9]. En la actualidad, P-IoT se ha utilizado en combate real en campos de emergencia como la industria petroquímica, la prevención de incendios forestales y el rescate en desastres geológicos [10]. Estos casos de aplicación demuestran claramente el avance, la viabilidad y la eficacia de la tecnología P-IoT. Al mismo tiempo, la literatura [10] señala que la tecnología de red ad hoc puede utilizarse como red de respaldo o extensión para redes privadas en escenarios de emergencia. Combinando la tecnología P-IoT con la tecnología de red ad hoc, la red tendrá las ventajas de seguridad y fiabilidad de las redes privadas y la flexibilidad e invulnerabilidad de las redes ad hoc, señalando la dirección para el desarrollo y la evolución de la tecnología P-IoT.
La importancia del modelo de red ad hoc P-IoT
El modo de red autoorganizada P-IoT se refiere a un modo de trabajo en el que un gran número de terminales P-IoT se comunican entre sí de forma ordenada y forman automáticamente una red de cobertura de gran área. El modo de red autoorganizada P-IoT tiene las siguientes características:
(1) Autoorganización y red independiente. El modelo de red autoorganizada P-IoT no requiere ninguna infraestructura de comunicación inalámbrica preestablecida. Todos los nodos coordinan sus propios comportamientos mediante un sistema de protocolos por capas y algoritmos distribuidos. Los nodos pueden conectarse en red de forma rápida, autónoma e independiente.
(2) Enrutamiento multisalto. Debido a la limitación de la potencia de transmisión inalámbrica de cada nodo, la cobertura de cada uno de ellos es limitada. La comunicación entre nodos fuera de la cobertura efectiva debe completarse mediante el reenvío multisalto por parte de nodos intermedios. El reenvío de paquetes en el modo de red ad hoc P-IoT se completa de forma colaborativa mediante nodos multisalto de acuerdo con protocolos de enrutamiento.
(3) Topología dinámica. El modo de red autoorganizada P-IoT permite que tipos específicos de nodos entren en un estado inactivo cuando no hay notificación de datos. Al mismo tiempo, los nodos individuales de la red pueden estar inactivos debido a fallos técnicos, causas naturales, etc. Por lo tanto, para garantizar el funcionamiento normal de la red, el modo de red ad hoc P-IoT IoT admite cambios dinámicos en la topología de la red.
Basándose en las características anteriores, el modo de red autoorganizada P-IoT puede completar la conexión en red flexible de los terminales y la cobertura completa de la zona objetivo sin una estación base, y puede satisfacer las necesidades de recopilación de información clave en áreas sin cobertura de red, como cuando se aplica a Escenarios especiales donde la cobertura de la señal de la estación base es pobre, como zonas afectadas por terremotos, túneles mineros y túneles de metro. Por otro lado, el modo de red ad hoc P-IoT puede interconectar la red ad hoc con sistemas externos a través del nodo coordinador de la red, abrir el canal de datos entre la zona objetivo y el exterior, y transmitir información de datos clave en la zona objetivo de vuelta al centro de datos facilita la retaguardia para comprender la situación en tiempo real de la zona objetivo. Al mismo tiempo, combina los datos históricos de la base de datos y utiliza la tecnología de big data para llevar a cabo el análisis y la comparación de datos y la predicción de la situación futura. Por ejemplo, en escenarios de rescate en catástrofes geológicas, los terminales P-IoT en modo de red autoorganizada se utilizan para transmitir datos de monitorización ambiental in situ, datos de monitorización y gestión de rescatadores, datos de monitorización y gestión de materiales, etc. al centro de mando in situ, lo que facilita al comandante la emisión de instrucciones tras un análisis exhaustivo. .