2021智简物联感知网解决方案白皮书.docx
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1、智简物联感知网解决方案白皮书咪TENTS1行业物联网建设驱动力011.1 数字经济发展驱动“万物互联”011.2 “新基建”政策驱动“数字化基础设施建设”031.3 行业数字化转型驱动物联网建设041.3.1 智慧园区建网需求041.3.2 智慧交通建网需求051.3.3 智糠水利建网需求062行业物联网面临的挑战073智简物联感知网解决方案价值主张与总体架构09312更安全103.2智筒物联感知网解决方案总体架构124智简物联感知网解决方案和关键技术1641寸宙Jq6413一网可视234.2更安全25423安全管捽3143更智能334,3.1边缘智能335典型行业应用415.1 智慧园区行业
2、典型应用便捷通行415.1.1 便捷通行解决方案概述425.1.2 园区便捷通行网络方案典型组网435.2 智慧水利场景典型应用445.3 智慧交通场景典型应用466总结与未来展望487术语&缩略语49行业物联网建设驱动力01行业物联网建设 驱动力1.1数字经济发展驱动“万物互联”人类社会发展,经历了“农业经济”到“工业经济”发展阶段,当下正在迈向以Ak大数据、云计算为典型牵引的“数字经济”发展阶段。信息基础设施是数字经济持续发展的基础。新一代信息技术演化生成的基础设施中,物联网是其中的重要组成部分。物联网英文名称是“InternetofThingsw0顾名思义,“物联网就是物物相连的互联网”
3、。其含有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是基于互联网延伸和扩展出的网络。第二,其用户端延伸和扩展到了任何物与物之间,进行信息交换和通信。物联网发展的驱动力是基于数据的应用创新,实现基础是构建万物互联的通信网络。信息基础设施1.1I一代演化生成的基础设施通信基础设施新技术基础设施算力基础设施人工智能数据中心1-1新一代信息技术构成行业物联网建设驱动力面向未来的物联网以适应“数字化、智能化”为发展方向, 通过云化、网络IP化、无线化、Al化等技术应用,将彻 底消除“信息孤岛”和“数据碎片化”,实现数字信息的泛在互联、高效通信。从而驱动产业升级,提高生产效率、降 低管理成本、重构商业
4、模式,提升用户体验,开启“数字经济” 新时代。提高服务体验提升运营效率重构商业模式Real-time,On-demand,30%40x25%3.7%AUonline,DIY,Social生产效率提高质疑提升成本减低数字化转型带来GDP增长联接用户联接机器联接新业以图12物联网联接在行业数字化转型中价值体现行业物联网建设驱动力1.2 “新基建”政策驱动“数字化基础设施建设”2020年5月22日,国务院总理李克强在2020年政府 工作报告中提到“加强新型基础设施建设,发展新一代 信息网络,拓展5G应用,建设充电桩,推广新能源汽车, 激发新消费需求、助力产业升级”,这是“新基建”首次 写入政府工作报
5、告,至此“新基建”热潮正式拉开序幕。党中央国务院此前已多次就加快5G网络、数据中心等新 型基础设施建设做出了战略部署。2020年3月4日召开 的中共中央政治局常务委员会会议中明确指出,要加大公 共卫生服务、应急物资保障领域投入,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。新冠肺炎疫情期间, 更是让“新基建”初露锋芒,远程办公、远程医疗、网上 授课、无人配送、健康码等应用为全民抗疫防疫和复工复 产提供了重要支挣。自中央首次提出“新基建”以来,各级政府高度重视, 为更好地响应中央政策,各省都在加紧落实部署,几乎所 有省份或直辖市的2020年政府工作报告均提及“新基 建”,同时国家各大部委也专门出
6、台了各领域相关顶层设 计和规划。时间会议内容2020年3月4日2020年1月3日中共中央关于制定国民经济和社会发展第 十四个五年规划和二。三五年远景目标的 建议I?MMB陟鼻黄日T国共产党第 十九届中央委员会第五次全体会议通过)统筹推进基础设施建设。构建系统完备、桶lt WBBk安全可绑的现代化基础设施体系。系统布耳甑型基础设施,加快 第五代移动通信、工业互联网、大数据中割一W,.数据中心等新型基础设施建设进度。要注重调 动民间投资积极性。中央政治局常务委员会会议国务院常务会议族础设施是经济社会发展的册要支擀霎f黑协同融合 为导向,统筹存豉和增量、传统和新型基础设施发展,打造集约 高效、经济适
7、用、智能绿色、安全可匏的现代化基础设施体系。一_%出台信息网络等新型基础设睡投资支持政策,发力于科技端的“新基建”,主要包括七大领域:5G基建、 特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充 电桩、大数据中心、人工智能和工业互联网。“新基建” 不同于以铁路、公路、桥梁等为主的传统基建,是以新 发展理念为引领,以技术创新为驱动,以信息网络为基础, 面向高质量发展需要,提供数字转型、智能升级、融合 创新等服务的基础设施体系。物联网是“新基建”的重要组成部分,在“新基建”的七个领域中,5G、大数据中 心、工业互联网、人工智能都直接采用物联网领域的技术 手段,同时新能源基础设施、交通基础设施也需要
8、物联网 技术赋能,“新基建”七大领域中六个都是物联网直接或 者间接关联领域。未来“新基建”的布局建设,必将为 物联网及其相关产业带来新的发展机遇。行业物联网建设驱动力1.3 行业数字化转型驱动物联网建设行业物联网,是基于行业创新升级需求和海量物联终端互联需求而建设的网络。在智慧园区、智慧城市、交通、电力、水利等多个行业领域促进其业务数字化转型发展。如下章节将介绍几个典型的行业需求。1.3.1智慧园区建网需求智慧园区一般是指由政府规划或者企业自建的,用作生产、 办公、生活或者科研教育需要的新型智慈化的园区。智慧 园区的建设结合物联网、云计算、大数据、人工智能等新 一代信息技术,具备互联互通、开放
9、共享、协同运作、创 新发展的特点。智慈园区一般是为园区管理人员、园区企业和商家、园区 网络用户和外部访问用户等人员提供服务。随着OT和IT 融合技术的发展,智慧园区对物联网提出一些新诉求:高可靠&安全的物联业务保障:为园区企业和商家、 园区网络用户提供高品质的物联业务保障,物联终端 低延时,无掉线保障,比如无线会议终端,便捷通行, 需操作指令快速响应。安全性方面需要保障园区网络 用户的数据安全,抵御园区网络外部入侵风险。所以 需要设计出在可靠性和安全性方面提供更多保障的物 联网络,为园区用户提供高速、可靠、安全的互联。智慧化的园区运维管理:园区物联网需要为园区泛在的 联接设备和网络数据提供运营
10、管理服务。这样园区管理 者就能够对整个园区的安全、资产、设施设备、空间运 营等多个系统及物联网设备能够做到统筹管理,降低园 区管理人员的人力成本,提升服务品质。因此就需要对 于物联网络和终端采用更有效的管理运维技术手段,实 现高效便捷的管理运维。极致且丰富的体验服务:为在园区工作和生活的企业 商家,个人网络用户和外部访问用户,提供触手可及、 无处不在的物联终端接入和丰富物联体验服务,比如 便捷通行(人员/车辆)、会议室系统、资产管理系 统等服务,提升园区企业商家和用户的体验。所以需 要对原有各系统的网络进行互通,实现数据融合服务, 从而提供丰富的业务体验。多业务协同体验:传统园区业务建设方式,
11、是提供垂直 烟囱式的服务。而现阶段越来越需要多个业务系统之间 数据的共享和业务协同,比如在办公园区中,门禁系统 人员权限系统、照明、视频等系统之间联动,当人员 进入办公区域时,实现系统对人员身份的识别,对非 法人员进行视频抓拍和门禁身份拒绝访问,对合法人员 自动开启对应办公区域的照明等。业务断网保活与区域自治:智慧园区建设中,某些重要 的物联业务能够在与云平台之间联接中断的情况下,仍 然能够做到本地保活,基本业务不中断。另外,体验 性物联业务对低时延的需求,需要支持区域自治,在 本地区域完成智能化的感知与联动。如:园区的智能照 明、停车出入I I的无感通行、重要场所的视频的智能分 析与告警联动
12、等业务,需要支持区域自治保障体验,也 需要在与云联接中断时,依然能在边缘侧完成分析与策 略联动,本地业务不中断。园区痛点网络体脸第I业务体躲是Hi +沃土数字平台人工留能、大数据等技术打造智能化平台智简联接 智简物联感知网, 打造智慈化物联网图1-3智慧园区建设业务需求行业物联网建设驱动力132智慧交通建网需求以数据治理、流程变恨ICT创新为手段跨越数字鸿沟,联接物理和数字两个世界,实现交通新基建数字化转型传统交通安全事件突发 人员出行安全 资产盘点量大投资重复浪费 养护全靠人力 出行体验不佳服务参差不齐够如芯j;幺釉以智慧交通实付调度智慧管控智能资产精准营销预测维护信息发布智慧运营图1-4智
13、慧交通建设业务需求交输是兴国之要、强国之基。2019年9月19日,中共 中央、国务院印发了交通强国发展纲领,明确指出 要“大力发展智慧交通”。基于智慧交通需求的物联网 技术应用将多种信息集成到交通运输管理体系中,使得人、 车、路之间的协同变得紧密起来。管理部门借助物联网技 术对多种交通要素的资源整合、大数据分析,必将大力改 善交通运输环境、保障交通安全、提高资源利用率。在纲要第三条“交通装备先进适用、完备可控”中明确要 求加强新型载运工具研发。加强智能网联汽车(智能汽车、自动驾驶、车路协同)研发,形成自主可控 完整的产业链。智能网联车的“人-车-路-云”系统 架构设计和产业升级,必将推动产业相
14、关方完成我国交通 强国的目标。2020年底,我国公路通行总里程510万公里,其中高速 公路总里程15.5万公里。考虑到我国地形复杂,山地、 丘陵众多、气候变化多端,结合物联网技术保障道路安全 必将成为智慧交通治理的新模式。常见道路安全及智慧化 需求驱动如下:极端气候、地震、地质灾害频发,给道路安全运行带来 巨大挑战,路侧余要素信息实时采集为应对极端天气提 供便捷高效的监测手段。高速公路特大桥梁、隧道、长下陡坡、临水、临崖等复 杂危险路段是道路运维养护重点,通过安全可靠的物联 感知网回传使得远程路网中心获取及时准确的前端数据, 结合大数据平台分析实现智慧化道路养护。大雾、团雾、横风、暴雨、积雪、
15、冻雨、沙尘、雾霾等 高发部位及气候复杂区域,对驾驶人观察、判断、操作 影响大,事故率明显高于正常气候地区,亟待结合车路 协同解决方案实现实时路侧气象、路面、团雾等数据采 集、分析和信息发布,增强道路运输的预测预警能力, 为道路运输安全保驾护航。车辆超限超载运输,严重影响交通行车安全和路面寿 命,严重扰乱道路运输市.场秩序。当前以人工为主的治 超监管,效率低下,监管覆盖有盲区。为提高治超工作效 率,通过云网边端的治超联网系统建设,实现跨区域、跨部 门治超信息交换共享和业务协同,形成全国治超监管 和服务“一盘棋”,加速实现交通治理现代化。行业物联网建设驱动力1.3.3智慧水利建网需求应用智能化水平
16、不高图1巧智慧水利建设业务需求2019年初,水利部党组提出了 “水利工程补短板,水利 行业强监管”水利改革发展的总基调,并进步提出加快 补齐水利网信短板,编制了水利网信提升三年行动方案(2019-2021年),制定了以“网络安全,透彻感知, 全面互联,整合共享,智能垃用”为重点的总体目标。全 国目前有6万个水库、185条河流均是监测空白状态,由 于覆盖广、网络和市电覆盖不足,当前水情、工情视频的 监测,依赖大量的人力覆盖,不能客观反映水情,存在管 理漏洞:是全面感知不够,目前,各类水利设施的监测远未做到 全面感知。例如,水库安全监测方面,多数中型水库和几 乎所有小型水库都没有实时安全监测设施,
17、大部分小型水 库甚至没有水情监测报汛设备,且感知技术手段也存在较 大差距,自动化程度不高。二是信息全面互联差距大,网络覆盖面小,县级水利部门 尚未实现全面联接水利业务网;而且网络通道窄,受限于 信息基础设施,基层水利数据无法及时传输;上下左右联 通不畅,集中体现在工程控制系统隔离在各个工程管理单 位,不同工程的业务系统信息共享和业务协同困难。三是共享不足,在水利行业内部,各专业部门之间的信息 共享不足:在行业外部,与环保、交通、国土等部门的相关数据还不能做到数据实时共享。四是智能应用不够,对于新一代信息技术的应用,水利行 业总体上还处于初级阶段。大数据、人工智能、虚拟现实 等技术尚未得到广泛应
18、用、智慧功能尚未得到充分显现。水利监测站点的场景主要需求和疝点如下:建设难:原有建设站点需要大兴土木,监测站点需要采 集水位、降雨量,需要通过视频实时观察入库径流、溢 洪道等,库区漂浮物以及库区山体、边坡状态,需要逐 站工勘、建设周期长,协调工作量大,过程复杂。数据回传难:监测站点偏远,电和网络难以覆盖,数据 回传靠人力。数据不准确:采集到的异常数据,难以判断,测站传感 器与应用绑定,信息孤岛多,市级或流域管理中心获取 数据经过多次转换,数据不真实不实时,出现数据异常。 系统开放性差,功能扩展难:端侧传感器网络协议是 异构的,网关不能做到按需部署协议。所以每增加传感 器,会需要在RTU上进行通
19、信协议转化的定制开发, 业务扩展难。运维难:站点环境恶劣,雷雨时,设备易故障,维护 成本高,阴雨时,备电无管理,导致站点不可用,依赖 现场人工排障。行业物联网面临的挑战02行业物联网面临的挑战目前在智慧园区、智慧城市、智慧交通、水利等多个行业物联网建设需求综合看来,主要体现在物联网多业务的融合、回传网可靠性、网络安全性、网络运维、网络易建易部署等几个方面,针对以上这些需求,面临以下些挑战和问题,归纳、总结几条如下:不用何种物联技术部署物联终端和改造升级传统OT系统?行业网络中往往需要部署海量的物联终端,同时存在大量的OT系统终端和传感装置筋要进行数字化、IP化改造。选择何种物联接入技术,能够满
20、足低成本,高效的实现海量终端快速部署,并对传统OT系统的网络改造升级为大带宽、低时延的高速网络,是行业物联网络的通信基础。J、如何实现不同系统终端的子系统互通,打破信息孤岛?由于传统的OT技术手段不足,规划滞后等原因,传统行业物联网中,大多是各子系统独立建网,系统间信息不共享,数据无法互通,子系统间无法有效配合实现联动。所以新型物联网建设,需要打破信息孤岛,将数据汇聚在平台统一处理,实现数据共享,放大物联终端的行业价值,实现系统开放性,营造丰富的行业应用环境。海量物联终端分散部署,如何实现快速开局?I物联终端由于数量众多,所以存在安装工期长,部署调试复杂,施工要求多,可扩展性弱等问题。对于数量
21、众多的物联终端来说,简易灵活的开局,极简自动化部署的网络,能够有效减少网络建设的人力成本,所以是行业物联网建设阶段的重要诉求。)行业物联网面临的挑战海量分散的物联终端,如何实现高效管理运维?物联终端数量多,线路布线复杂,一旦出现故障,如果没有自动化故障检测和拓扑定位技术,单匏人工排查,工作量大效率低,萩至出现故障后用户无感知,故障恢复时间长。所以对于物联终端,做到管理运维智能化、拓扑呈现、GIS定位、故障预测,能够极大的降低运维管理方面的人力成本,提高用户体验。如何保障物联网络的安全性?数字化后物联设备对网络安全性要求更高,而物联终端分布广,终端CPU处理性能弱等特点,使得物联网容易成为网络攻
22、击的对象。另外在一些行业的园区,比如,在政府、教育、金融领域,对于安全等级保护有明确要求,终端设备必须要做安全认证。,D、复杂的物联网部署环境中,如何保障物联网络的可靠通信?相较于传统接入设备,物联设备对网络高可靠要求更高,要求网络不断链,低时延,这样才能保证业务连续,指令能够得到快速响应和处理。比如在交通杆站的回传网络中,需要保障业务传输的高可靠,网络不中断是业务保障的刚需。,O、云化场景下如何保障本地业务可靠性?边缘计算节点包括边缘服务器节点和边缘网关节点,在园区和杆站场景中,是要利用边缘网关节点的计算能力,解决以下问题:在上层业务断网情况卜,如何做到数据存活,本地业务不中断。业务上云时,
23、如何解决在网络时延和网络性能不稳定情况卜.,给业务造成的影响。智简物联感知网解决方案价值主张与总体架构03智简物联感知网解决方案价值主张与总体架构3.1价值主张、智简物联感知网,是在解决当前行业物联网中面临的一系列挑战中,使用智能IP网络而打造的极简物联网解决方案。其价值主张为:.画向复杂的物联网环境,提供更简单的组网、更简单 的设备互通、更简单的设备 .管理功能面向安全防护能力弱的物联终端给网络带来的安全风险,提供更安全的接入,更安全的通信,更安全的管控措施,让整网络安全尽在掌控之中面向物联业务对边缘业务存活、通信稳定可靠、云化统一管理等个性化需求,提供更智能的边缘网关策略,更智能的通信保障
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