浅析通信网络技术与智慧工地网络层建设
来源:用户上传
作者:
摘要：通信网络技术的进步为智慧工地网络层建设提供了多种方式，本文在介绍常用的通信网络技术基础上，结合智慧工地信息的特点分析了目前不同场景下的通信网络组网模式及未来趋势，为智慧工地网络层建设提供了参考。
关键词：通信网络技术;智慧工地;网络层
中图分类号：TU71-39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0030-02
0 引言
近年来，针对建筑业生产效率较低、管理形式粗放、安全生产隐患多、安全生产事故频发等问题，许多行业专家都将“智慧工地”作为一种系统化的创新解决方案加以研究和探索。同时，《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中提出：“‘十三五’时期，全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力。”[1]虽然各地实施的程度进展有所不同，但建设智慧工地已逐渐成为建筑施工中的必选项，成为行业发展的趋势。
智慧工地作为智慧城市的一部分，在功能架构上与智慧城市相同，也分为感知层、网络层和应用层，对工地进行更透彻的感知、更广泛的互联互通、更深入的智能化。网络层主要构建各种形式的高速带宽通信网络，将感知层收集、储存的工地分散信息及数据与应用层互联互通，实现不同终端、子系统、应用主体之间的信息传输与交换，实现监管机构、业主对工地环境和施工进程进行实时监控，进而提高现场问题的分析与解决时效，完善生产安全及溯源机制。随着信息科技的进步和社会的发展，以光纤、第五代移动电话行动通信标准（The 5th Generation mobile communication technology，5G）、物联网为代表的各类通信网络技术为不同特点的智慧工地网络层建设提供了更为高速、可靠、便捷的通信体验。
建筑工地通过网络层通信网络传输的信息主要有安全生产视频监控信息、施工人员出入门禁及身份信息、人员物资位置信息、扬尘信息、噪音信息等，不同类型的信息有不同的特点，因此对通信网络也有不同的要求。本文将介绍目前常用的几种通信网络技术，并结合工地信息特点分析了目前不同场景下的通信网络组网模式及未来趋势，为智慧工地网络层建设提供参考。
1 常用的通信网络技术介绍
1.1 光纤传输技术
光纤传输技术是一种目前最常用的成熟的有线传输技术，由于其具有传输信息量大、速度快（100Gbps）、远距离传输损耗低、数据保密性强和抗干扰能力强等特点，因此得到了各行业的广泛应用，但也存在布线困难、施工周期长、后期扩展维护不方便、无法支持移动通信等问题。
1.2 4G技术
第四代移动电话行动通信标准（The 4th Generation mobile communication technology，4G）技术通信速度快（下行最高可达约100Mbps，上行最高可达约50Mbps）、移动性好，相对于第三代移动电话行动通信标准（The 3rd Generation mobile communication technology，3G）網络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。4G技术是目前运营商移动通信的主流技术，信号已覆盖了全国的绝大部分区域，可为各类信息提供通信传输服务，但在部分区域存在传输容量受限、信号盲区、不易扩容等问题。
1.3 5G技术
5G技术速度更快（最高理论传输速度可达每秒数十Gbps），比现行4G网络的传输速度快数百倍，整部超高清画质电影可在1s之内下载完成;超大带宽，5G使用毫米波主要工作在6GHz以上的频段，以28GHz频段为例，其可用频谱带宽达到了1GHz，而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则为2GHz;超低延时与高可靠性，在3G网络中，时延约为100ms，4G网络的时延为20～30ms，而5G网络的端到端时延可缩短到1ms，足以应用于汽车自动驾驶功能、工业制造等领域;可以容纳海量的终端用户，实现万物互联，5G网络将提供1000亿的连接数量，可以提供人与人、人与物、物与物的随时随地的接入，实现真正意义上的万物互联。5G技术三个典型的应用场景是增强型移动宽带（eMBB）、超高可靠与低时延通信（URLLC）与大规模机器类通信（mMTC），为智慧城市、企业专网提供更好的通信服务，是移动通信未来的主要技术，目前处于试商用阶段，尚未大规模覆盖和应用。5G技术最大的缺点就是传输距离很短、穿透力差、衰减大，需要通过增加基站密度来满足覆盖的要求。[2]
1.4 2.4G/5GHz WiFi技术
2.4G/5GHz WiFi技术在2.4G/5GHz频段上采用802.11系列协议进行通信，具有部署灵活，操作简单、频率使用不受限、成本低等优点，在各行业及家庭均有大量应用，但存在干扰衰减大，传输距离短，覆盖相同区域需要更多的设备，维护繁琐，传输稳定性波动大等问题。
1.5 白频谱超级WiFi技术
白频谱是指广播电视传播所用的特高频（Ultra High Frequency，UHF）频段中没有被占用的空闲部分。白频谱超级WiFi技术是在广播电视白频谱上采用802.11af协议进行通信，具有架构简单、高速率、穿透能力强、覆盖范围广、抗干扰能力强、扩展维护方便等特点，但白频谱对应的UHF频段优先用于广播电视传输，需要在广播电视数字化进程较好且相应频谱资源释放的区域与广电合作才能开展相关应用。
1.6 NB-IoT技术
窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是物联网技术的一个重要分支，可直接部署于4G LTE网络，系统带宽大约180KHz，上行速率约5.6kbps-204.8kbps，在室外覆盖距离可达25km，终端功耗低，电池可支持约15年，但由于工作在授权频段，必须依赖运营商的基础网络设施，网络是否可用取决于运营商的部署。[3] 1.7 LoRa技术
LoRa（Long Range）技术是出现最早、最成熟、应用范围最广的一项低功耗广域网物联网技术，产业链完善，系统带宽约7.8kHz～500kHz，上行速率约0.3kbps～50kbps，在室外覆盖距离可达11km，终端功耗低，可支持约10年，工作在工业、科学、医学（Industrial Scientific Medical， ISM）频段470MHz-510MHz，可以灵活独立建网，企业可以在任何需要的地方进行部署，但由于在国内470MHz-510MHz频段优先用于广播电视传输，因此可能存在干扰问题，需要与广电合作使用。[4]
2 智慧工地网络层通信网络建设分析
智慧工地的网络层通信网络应该能为工地相关的人和物实现互联互通提供传输通道，在智慧工地需要传输的信息中，安全生产视频监控信息传输需要高速率的网络、施工人员出入门禁及身份信息传输需要低时延高速可靠的网络，人员物资位置信息需要低时延低速可靠的网络，扬尘信息、噪音信息主要是需要低速可靠的网络。
根据工地主要信息的特点，从技术实现角度分析，光纤传输+白频谱超级WiFi技术+LoRa技术组网模式是目前智慧工地网络层建设的首选，光纤传输网络可以为工地与外部的连接提供高速稳定大容量的通道，白频谱超级WiFi网络可以在不受地域限制不用布线的情况下灵活部署，轻松覆盖整个工地，为视频监控、施工人员出入门禁及身份信息传输提供高速可靠的通道，LoRa网络可以在需要的地方进行部署，独立组网，为人员物资位置信息、扬尘信息、噪音信息传输提供低速可靠的通道;从实际应用角度分析，在可以与广电合作的情况下，采用光纤传输+白频谱超级WiFi技术+LoRa技术组网模式，在无法与广电合作且运营商移动网络未能覆盖的场景，采用光纤传输+2.4G/5GHz WiFi技术，但需要使用大量的网桥中继克服2.4G/5GHz WiFi技术传输距离短的缺点，在无法与广电合作但运营商移动网络已覆盖的场景，可以采用光纤传输+4G技术+NB-IoT技术组网模式，但信息传输的大小受到运营商网络部署的限制，可能无法完全满足工地需求。
3 结论与展望
目前，在智慧工地网络层通信网络建设中，主要可以采用光纤传输+白频谱超级WiFi技术+LoRa技术组网模式、光纤传输+2.4G/5GHz WiFi技术组网模式和光纤传输+4G技术+NB-IoT技术组网模式;未来，随着5G网络的大规模商用建设及广电UHF频段资源的释放，光纤传输+5G技术组网模式和光纤传输+白频谱超级WiFi技术+LoRa技术组网模式将成为智慧工地网络层通信网络的趋势。
参考文献
[1] 韩豫，孙昊，李宇宏，尤少迪.智慧工地系统架构与实现[J].科技进步与对策，2018，35（24）：107-111.
[2] 闫云.广电在 5G 时代下的发展浅析[J].有线电视技术，2018（9）：92-94.
[3] 严益强.NB-IoT技术简介及其在智慧城市中应用研究.广東通信技术，2016（11）：6-8.
[4] 赵静，苏光添.LoRa无线网络技术分析[J].移动通信，2016（12）：50-57.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-14941202.htm
