Nos últimos anos, com o desenvolvimento e a popularização da Internet das Coisas, a tecnologia da rede privada da Internet das Coisas (P-IoT) desenvolveu-se gradualmente em resposta às necessidades dos utilizadores da indústria. Em primeiro lugar, é feita uma breve introdução ao sistema técnico e ao desempenho-chave da P-IoT. Nesta base, é analisada a aplicação inovadora da P-IoT em três cenários típicos no domínio da emergência. Finalmente, discute-se a direção da aplicação inovadora da Internet das Coisas no futuro. Perspectivas.
introdução
No passado ano de 2018, a indústria da IoT (Internet das Coisas, Internet das Coisas) tem vindo a desenvolver-se muito bem. Quer se trate da Amazon, Google, Microsoft ou do Grupo Alibaba, Tencent, Baidu, os principais gigantes das TI implantaram a Internet das Coisas, e os movimentos de sucesso continuaram. De acordo com as previsões da IDC: as despesas globais com a IoT atingirão $745 mil milhões de dólares em 2019, manterão uma taxa de crescimento anual de dois dígitos de 2019 a 2022 e ultrapassarão a marca de $1 trilião de dólares em 2022 [1]. Embora as principais tecnologias IoT, como a NB-IoT (Narrow Band Internet of Things), LoRa[3], Sigfox[4], etc., estejam em constante desenvolvimento, estão a centrar-se nas preocupações dos utilizadores da indústria quanto à segurança, fiabilidade e QoS ( P-IoT decorrentes de necessidades especiais como a Qualidade de Serviço (Quality of Service)
(Private-Internet of Things, Internet Privada das Coisas) surgiu discretamente e tem sido aplicada em múltiplos domínios verticais, como a segurança pública, a justiça, a resposta a emergências, a indústria e o comércio, etc.
Por outro lado, o nosso país criou o Ministério da Gestão de Emergências no ano passado. No âmbito do novo grande sistema de emergência, quer se trate de supervisão da segurança, proteção contra incêndios, defesa florestal, salvamento em caso de terramoto, prevenção de secas e inundações, prevenção e socorro em caso de catástrofe, todos eles estão intimamente relacionados com a segurança da vida e dos bens do país e das pessoas [6]. Atualmente, os utilizadores da indústria de emergência integram múltiplos métodos de deteção e agregam e analisam dados de deteção, como a Internet das Coisas, para apoiar o desenvolvimento de vários serviços, como a monitorização e o alerta precoce, a avaliação e a supervisão no domínio da emergência. Enquanto a tecnologia continua a evoluir, os problemas enfrentados pelos utilizadores da indústria estão a tornar-se cada vez mais abrangentes e complexos. Os seus requisitos especiais em termos de fiabilidade e desempenho em tempo real da Internet das Coisas não podem ser perfeitamente resolvidos recorrendo apenas à tecnologia IoT convencional. Por conseguinte, a tecnologia P-IoT que satisfaz as necessidades de IoT dos utilizadores de emergência da indústria é necessária para resolver os problemas da indústria. Este artigo centrar-se-á de seguida nas aplicações inovadoras típicas da tecnologia P-IoT no domínio das emergências.
Visão geral da P-IoT
A P-IoT e a NB-IoT são equivalentes à rede privada LTE e à rede pública LTE. Construa a sua própria “LAN da Internet das Coisas”. A indústria de exploração de petróleo e energia química, que tem altos requisitos de segurança e confiabilidade e ambiente eletromagnético, é adequado para IoT de rede privada. Para clientes comuns de nível empresarial, LoRa também pode ser usado como uma rede privada de coisas.
A tecnologia P-IoT é um dispositivo IoT de baixa potência baseado no espetro licenciado de comunicações móveis de rede privada VHF (Very High Frequency, frequência muito alta) e UHF (Ultra High Frequency, frequência ultra alta), com capacidades de transmissão de dados múltiplos a alta, média e baixa velocidade. Consumo da tecnologia da Internet das coisas. A P-IoT é um serviço de valor acrescentado de um sistema de comunicação trunking digital dedicado. Com base na satisfação das necessidades de voz rígidas dos utilizadores, fornece soluções para as aplicações alargadas dos utilizadores na Internet das coisas.
Em primeiro lugar, a P-IoT pode garantir os requisitos de elevada fiabilidade dos utilizadores da indústria para a rede. A P-IoT pode obter um controlo de rede independente devido às suas próprias caraterísticas de rede privada. Por exemplo, no domínio da emergência, quando ocorrem grandes catástrofes, a P-IoT pode satisfazer as necessidades reais dos utilizadores de emergência em matéria de salvamento e de socorro em caso de catástrofe, devido às caraterísticas específicas da rede privada IoT. Ao mesmo tempo, a P-IoT funciona numa banda de frequência autorizada dedicada, que não é propensa a interferências mútuas. Os principais dados são transmitidos em condições de canal ideais e a fiabilidade dos dados pode ser totalmente garantida.
Em segundo lugar, a tecnologia P-IoT pode fornecer uma garantia de QoS em tempo útil para as principais empresas dos utilizadores da indústria. As caraterísticas da rede privada da tecnologia P-IoT determinam que esta não se centra na equidade da rede como a tecnologia IoT da rede pública. Centra-se mais na forma de definir os principais dados a um nível comercial de alta prioridade e fornecer canais comerciais dedicados e outras garantias. São tomadas medidas para a proteger, e o atraso pode atingir centenas de milissegundos, garantindo os requisitos de atualidade para a transmissão de dados críticos em aplicações de monitorização e de alerta precoce no domínio da emergência.
Em terceiro lugar, a P-IoT pode garantir os elevados requisitos de segurança dos utilizadores industriais para a rede. Uma vez que a infraestrutura da rede privada é privada, a P-IoT tem caraterísticas naturais de isolamento físico em comparação com a IoT da rede pública, como a NB-IoT. Simultaneamente, através de vários métodos de encriptação, como a encriptação da interface aérea, a encriptação da ligação e a encriptação de extremo a extremo, a P-IoT pode satisfazer as necessidades diferenciadas dos utilizadores de redes privadas para diferentes níveis de segurança dos dados IoT.
Além disso, a P-IoT é também tecnicamente muito competitiva em termos de indicadores-chave que medem a qualidade da tecnologia IoT, tais como capacidades de cobertura, consumo de energia dos terminais, capacidade do sistema, etc. A P-IoT também tem certas vantagens em termos de controlabilidade independente, expansão suave, compatibilidade comercial e internacionalização de normas.
A P-IoT utiliza o espetro licenciado de banda estreita VHF e UHF dos utilizadores da indústria para fornecer serviços IoT de rede privada diversificados aos utilizadores da indústria através de múltiplos modos de transmissão [6]. Embora satisfaça os requisitos da Internet das Coisas no que respeita à tecnologia de acesso sem fios a longa distância, como o baixo consumo de energia, a cobertura alargada e as ligações maciças, a P-IoT é uma conduta de comunicação exclusiva construída sobre redes privadas da indústria. A P-IoT tem as caraterísticas de independência e controlabilidade. Tem vantagens significativas em termos de segurança, fiabilidade, consumo de energia do terminal e outros aspectos, e está mais em linha com as necessidades especiais dos utilizadores na indústria de redes privadas [7-9]. Atualmente, a P-IoT tem sido utilizada em combate real em domínios de emergência como a indústria petroquímica, a prevenção de incêndios florestais e o salvamento de catástrofes geológicas [10]. Estes casos de aplicação provam fortemente o avanço, a praticabilidade e a eficácia da tecnologia P-IoT. Ao mesmo tempo, a literatura [10] aponta que a tecnologia de rede ad hoc pode ser usada como uma rede de backup ou extensão para redes privadas em cenários de emergência. Ao combinar a tecnologia P-IoT com a tecnologia de rede ad hoc, a rede terá as vantagens de segurança e fiabilidade das redes privadas e flexibilidade e invulnerabilidade das redes ad hoc, apontando a direção para o desenvolvimento e evolução da tecnologia P-IoT.
A importância do modelo de rede ad hoc P-IoT
O modo de rede auto-organizada P-IoT refere-se a um modo de trabalho em que um grande número de terminais P-IoT comunicam entre si de forma ordenada e formam automaticamente uma rede de cobertura de grande área. O modo de rede auto-organizada P-IoT tem as seguintes caraterísticas:
(1) Auto-organização e rede independente. O modelo de rede auto-organizável da P-IoT não requer qualquer infraestrutura de comunicação sem fios pré-estabelecida. Todos os nós coordenam os seus próprios comportamentos através de um sistema de protocolos em camadas e de algoritmos distribuídos. Os nós podem ligar-se em rede de forma rápida, autónoma e independente.
(2) Encaminhamento multi-hop. Devido à limitação da potência de transmissão sem fios de cada nó, a cobertura de cada nó é limitada. A comunicação entre nós fora da cobertura efectiva deve ser completada através do encaminhamento multi-hop por nós intermédios. O encaminhamento de pacotes no modo de rede ad hoc P-IoT é efectuado de forma colaborativa por nós multi-hop de acordo com protocolos de encaminhamento.
(3) Topologia dinâmica. O modo de rede auto-organizável da P-IoT permite que tipos específicos de nós entrem num estado inativo quando não há comunicação de dados. Ao mesmo tempo, alguns nós da rede podem estar inactivos devido a falhas técnicas, causas naturais, etc. Por conseguinte, para garantir o funcionamento normal da rede, o modo de rede ad hoc IoT da P-IoT suporta alterações dinâmicas na topologia da rede.
Com base nas caraterísticas acima referidas, o modo de rede auto-organizada P-IoT pode completar a ligação em rede flexível dos terminais e a cobertura completa da área-alvo sem uma estação de base, e pode satisfazer as necessidades de recolha de informações essenciais em áreas sem cobertura de rede, como quando aplicado a cenários especiais em que a cobertura do sinal da estação de base é fraca, como áreas atingidas por terramotos, túneis de minas e túneis de metro. Por outro lado, o modo de rede ad hoc P-IoT pode interligar a rede ad hoc com sistemas externos através do nó coordenador na rede, abrir o canal de dados entre a área-alvo e o exterior e transmitir informações de dados importantes na área-alvo de volta para O centro de dados facilita a retaguarda para entender a situação em tempo real da área-alvo. Ao mesmo tempo, combina os dados históricos na base de dados e utiliza a tecnologia de grandes volumes de dados para efetuar a análise e comparação de dados e a previsão da situação futura. Por exemplo, em cenários de resgate de desastres geológicos, os terminais P-IoT no modo de rede auto-organizada são usados para transmitir dados de monitoramento ambiental no local, dados de monitoramento e gerenciamento de socorristas, dados de monitoramento e gerenciamento de materiais, etc. para o centro de comando no local, tornando mais fácil para o comandante emitir instruções após uma análise abrangente. .