基于5G網絡和物聯網技術在智能樓宇中的應用展望

馮玉華 楊傳燕

1 引言

第五代移動通信技術（簡稱5G或5G技術）是最新一代蜂窩移動通信技術，也是繼4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統之后的延伸。5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接。

物聯網（Internet of Things）是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化3個重要特征。把所有物品通過信息傳感設備與互聯網連接起來，進行信息交換，即物物相息，以實現智能化識別和管理。

智能樓宇是通過樓宇自控系統（這里指通常所說的小BA系統或狹義BA系統），采用先進的計算機控制技術，管理軟件和節能系統程序，使建筑物機電或建筑群內的設備有條不紊、綜合協調、科學地運行，從而達到有效地保證建筑物內有舒適的工作環境、實現節能、節省維護管理工作量和運行費用的目的。

2 5G與物聯網

物聯網技術是以互聯網技術為基礎及核心的，其信息交換和通訊過程的完成也是基于互聯網技術基礎之上的。通信技術與物聯網的關系緊密，物聯網中海量終端連接、實時控制等技術離不開高速率的通信技術。

5G具有高數據率、低延遲、更節能、有效地降低通信成本、具備更高的系統容量、更可靠的連接、平均下載速度 1GBps，最高 20GBps等。隨著越來越多的傳感器進入城市基礎設施，5G將在智慧城市計劃中實現更廣泛的應用。5G刺激物聯網的發展，而物聯網刺激大數據的發展。

物聯網是5G商用的前奏和基礎，發展5G的目的是為了能夠給我們的生產和生活帶來便利，而物聯網就為5G提供了一個大展拳腳的舞臺。5G和物聯網是相輔相成的關系，兩者相互作用共同為人類社會的發展謀福利，5G的實現不僅會給物聯網帶來深遠的影響，也將極大推動我國經濟的發展。

在未來，5G技術將運用到物聯網中大部分的場景，包括無人駕駛、VR技術、智能化城市建設等。未來物聯網的需求將會不斷增長，海量的連接和毫秒級別的時延是支持物聯網發展的核心，現在的4G網絡達不到這樣的標準。5G通信技術由于延時低、覆蓋廣、超密集組網等技術特點將能滿足物聯網的需求。

計算機網絡的全面覆蓋，為物聯網發揮其功能打好了堅實基礎，5G技術的不斷發展將同時帶動物聯網產業的飛速發展，兩者相輔相成?？傊?，物聯網技術必將在未來改變人們的生活方式。

3 5G與智能樓宇

5G網絡的大寬帶、低延時、大連接服務能力，帶給人們于信息的極速體驗，除此之外，它也開始了朝著各個實際場景中的應用，滿足物聯網、高清視頻、云計算、AI、VR、車聯網、無人機等多場景行業應用。

5G可以讓物聯網從數據網絡變成控制網絡。智能樓宇內不需要復雜的設備。你可以將它轉到云端，這樣就會更敏捷。你可以按更小的碎片租賃，比如按桌子租賃，而不是樓層。有了無線辦公，樓宇將變得更加自動化與可控化，你不會碰到基礎設施問題，因為你可以用更為靈活的方式配置大樓。

5G應用于智慧樓宇后可能將存在：

1）節約成本。5G技術的應用可以大大減少樓宇的成本輸出，最直接體現在空調和電能的消耗方面。

2）人流分析。不單單辨別壞人，通過人流分析判斷做出合適的商業決策，有一定的引導作用。

3）安防監控可控。其中，視頻監控系統、入侵檢測系統和巡更系統這3個子系統能全網絡地覆蓋，實時監控。人員方面例如通過巡邏機器人取代人工巡邏，直接將信息傳遞到后臺，可以減少很大一部分的安保巡邏成本。

4 物聯網與智能樓宇

智能樓宇主要內容包括：視頻監控系統、安防報警系統、樓宇對講系統、門禁一卡通系統、火災報警系統、公共廣播系統、多媒體會議系統、有線電視和衛星電視系統、多媒體信息發布系統、機房系統、樓宇BA系統及IBS系統集成等。

隨著物聯網技術、互聯網技術、傳感器技術和智能控制技術的融合與發展，無線智能樓宇能耗管理系統引起了人們廣泛關注。與傳統的有線能耗管理系統相比，無線能耗管理系統具有數據準確、實時性高、靈活性高、穩定性高、施工難度低、成本低等優點。

經過物聯網技術的升級改造，智能樓宇將會帶來：

1）高度集成化：物聯網是互聯網計算模式的發展。通過物聯網形態化，智能建筑中如照明、暖通、安防、通信網絡系統等子系統，已經可被集成到同一平臺上進行統一管理監控，實現相互間的數據分享。這一趨勢不僅要求系統集成商能夠提供標準協議接口，開放集成其他應用，而且要求其不斷完善開發統一平臺，提供更優質的整合解決方案。

2）節能化：由于建筑等級的提高，樓宇中各種新設備的數量有所增加，實現互聯互通之后，能源互聯網使能源消耗、碳排放指標和生活需求都能夠被打通變成數據，通過收集、整理、挖掘這些運行數據，結合云計算、云存儲等新技術，應用大數據分析，根據不同能源用途和用能區域進行分時段計量和分項計量，分別計算電、水、油、氣等能源的使用，并且對能耗進行預測，能了解不同的能源使用情況和用戶對能源的需求，及時對能源進行有效分配，也可以找出同類型建筑的能源消耗，實現對能源的高效管理。這對于設立各種類型的建筑節能標準具有指導意義，通過物聯網技術，可以有效地提高建筑的智能化和節能效果。

3）信息智能化：完全呈現物聯網的整體架構，充分發揮物聯網開放性的基本特點，并且最上層以云計算技術實現整體的管理和控制，提供全方位的信息交換功能，幫助樓宇內單位與外部保持信息交流暢通，實現信息交互功能。作為管控對象的物本身更加智能化。物內部被植入智能芯片，使得其功能發生質的飛躍，由原來的被動靜止結構轉變為具有能動智能的工具，具備前所未有的感知功能。如普通的傳感器智能接收信息，對信息進行簡單的變換，而帶智能芯片的傳感器，能對信息進行復雜的計算處理，并自行作出一些動作。

4）可視化：即將各類網絡傳感器，包括樓控系統中的所有傳感器、行業認知的攝像頭、紅外輻射傳感器、各類門禁傳感器、智能水電氣表、消防探頭等全部以網絡化結構形式組成建筑“智慧化”大控制系統的傳感網絡，而后將其不可見狀態通過數據可視化的形式清晰明了地呈現給用戶，讓用戶對樓宇內狀態有更加直觀的感受。

5）人性化：即保證人的主觀能動性，重視人與環境的協調，使用戶能隨時、隨地、隨心的控制樓宇內的生活和工作環境，如網絡服務始終在線，為在家辦公提供方便條件;能實現對家電的智能控制，即交互式智能控制（可以通過語音識別技術實現智能家電的聲控功能和遠程控制），以及通過各種主動式傳感器（如溫度、聲音、動作等）實現智能家居的主動性動作響應;能通過日常操作所學習的內容對環境自動控制以滿足用戶需求;也可以通過服務器直接從制造商的服務網站上自動下載、更新驅動程序和診斷程序，實現智能化的故障自診斷、新功能自動擴展。