物聯(lián)網(wǎng)正在被越來(lái)越多的人熟知并使用。從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展史上看，早的應(yīng)用可追溯到1990年施樂(lè)公司推出的能夠聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)售貨機(jī)，而今天，隨著以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息通信技術(shù)加速與傳統(tǒng)行業(yè)融合，更多的新技術(shù)和新應(yīng)用涌現(xiàn)。其中，基于物聯(lián)網(wǎng)的新型鍋爐系統(tǒng)正在興起。

“主流”通信技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景中，很多情況下人和設(shè)備只需要在視距范圍內(nèi)通信，比如家庭、商場(chǎng)、車間等。但也存在長(zhǎng)距離通信的情況，比如城市的網(wǎng)格化空氣質(zhì)量網(wǎng)、無(wú)人駕駛等。通常，業(yè)界將100米以內(nèi)的通信定義為短距離通信，而超過(guò)1公里的通信則稱為長(zhǎng)距離通信。

從實(shí)際應(yīng)用上看，目前沒(méi)有一種通信技術(shù)能夠滿足所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的通信需求，因而綜合考慮功耗、成本、效率等因素，多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目都會(huì)使用多種通信技術(shù)。下面，就來(lái)看看在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的幾種主要的通信技術(shù)。

短距離通信

在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的短距離通信技術(shù)有藍(lán)牙、WiFi、ZigBee、射頻識(shí)別（RFID）及近場(chǎng)通信（NFC）。

在民用級(jí)物聯(lián)網(wǎng)中，藍(lán)牙和WiFi兩種技術(shù)被廣泛使用，這兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于目前智能手機(jī)中已經(jīng)集成了相關(guān)的硬件，大大了用戶的聯(lián)網(wǎng)成本，而且具有很好的用戶體驗(yàn)。

藍(lán)牙技術(shù)早由IBM公司提出，目前已發(fā)展到5.0版本，它針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景做了很多優(yōu)化，能以很低的功耗服務(wù)于家居類的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。WiFi技術(shù)的特點(diǎn)并不在低功耗上，而是在高帶寬上。主流的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)在理論上能夠達(dá)到1.3Gbps的傳輸速率，而即將應(yīng)用的802.11ad標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)把傳輸速率提高到約7Gbps，能夠?yàn)榧彝ザ嗝襟w應(yīng)用帶來(lái)更完備的高清視頻解決方案。

工業(yè)級(jí)別的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中，常見(jiàn)的短距離通信技術(shù)當(dāng)屬ZigBee，它可工作在2.4GHz、868MHz和915MHz頻段上,分別具有250kbps、20kbps和40kbps的傳輸速率,它的傳輸距離在10m～75m的范圍內(nèi),由ZigBee組成的類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以把網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍擴(kuò)展到幾百米甚幾公里，ZigBee以其高容量、低功耗、低成本、支持Mash網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)一度被認(rèn)為是有前景的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，但由于ZigBee協(xié)議沒(méi)有開(kāi)源，無(wú)法使用IP協(xié)議等原因限制了它在實(shí)際中的應(yīng)用。

在物聯(lián)網(wǎng)近距離通信技術(shù)中，除了用于連接的技術(shù)之外，還有用于感知的通信技術(shù)，典型的感知類通信技術(shù)有RFID和NFC。RFID技術(shù)衍生的產(chǎn)品大概有三大類：類是公交卡、銀行卡、二代身份證等無(wú)源RFID產(chǎn)品；第二類是由智能監(jiān)獄、智能醫(yī)院等場(chǎng)景衍生出來(lái)的有源RFID產(chǎn)品，由內(nèi)置電池驅(qū)動(dòng)的發(fā)射電路能夠主動(dòng)將信息送到十幾米遠(yuǎn)的感知設(shè)備中，屬于遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別類；第三類是半有源RFID產(chǎn)品。簡(jiǎn)言之，就是近距離激活定位，遠(yuǎn)距離識(shí)別及上傳數(shù)據(jù)，典型的應(yīng)用場(chǎng)景有停車場(chǎng)的管理系統(tǒng)。NFC也是一種超短距離的高頻無(wú)線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備在不到10厘米的范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。NFC屬于RFID范疇，在智能手機(jī)上有廣泛應(yīng)用。

長(zhǎng)距離通信

物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的長(zhǎng)距離通信，既有基于傳統(tǒng)授權(quán)頻率的通信技術(shù)，如GPRS、3G、4G、5G等，也有使用非授權(quán)頻率通信技術(shù)，如LoRa等，兩者各有優(yōu)劣，互為補(bǔ)充。

在授權(quán)頻率體系中，GPRS是傳統(tǒng)的通信技術(shù)，GPRS是GSM的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，依托于2G網(wǎng)絡(luò)。得益于運(yùn)營(yíng)商不斷優(yōu)化，雖然GPRS有傳輸速率慢、模塊功耗偏高等問(wèn)題，但其仍然是當(dāng)前信號(hào)覆蓋面積廣的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)。

雖然5G商用已開(kāi)啟，但是目前主流的通信技術(shù)仍是4G。由于引入了OFDM技術(shù)，業(yè)界解決了CDMA的自干擾問(wèn)題，另外還有智能天線與MIMO系統(tǒng)結(jié)合技術(shù)的加入，通過(guò)增加天線數(shù)目改善發(fā)射信噪比等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)波形束縛，提高了4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率及性能。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，4G在Release12標(biāo)準(zhǔn)制定中，定義了LTE Category 0（Cat-0）設(shè)備。該設(shè)備的速率被“裁剪”到1Mbps，采用半雙工機(jī)制，不支持MIMO，而正是由于這些修改，使得Cat 0模式大大了成本、復(fù)雜度和功耗。隨后，在Cat 0的基礎(chǔ)上，2015年9月3GPP提出了NB-IoT技術(shù)，即窄帶物聯(lián)網(wǎng)。

NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。NB-IoT具備五大特點(diǎn)：一是廣覆蓋，二是支撐高并發(fā)連接的能力，三是部署方便，四是更低功耗，五是更低的模塊成本。目前，NB-IoT已被3GPP列入5G標(biāo)準(zhǔn)。

目前，5G有三大標(biāo)準(zhǔn)，分別是LTE、LTE-U和NB-IoT。LTE屬于授權(quán)頻道，主要應(yīng)用于語(yǔ)音和高速數(shù)據(jù)。LTE-U屬于非授權(quán)頻道，可以在300米~500米范圍內(nèi)提供高速網(wǎng)絡(luò)連接，直接切入WiFi領(lǐng)域，進(jìn)行正面對(duì)抗，ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療）這三個(gè)領(lǐng)域可以使用，主要頻段從5kHz、13.56MHz一直到2.4GHz和5.8GHz。NB-IoT進(jìn)入5G標(biāo)準(zhǔn)之后，可以推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高速發(fā)展，在低成本、高覆蓋的前提下開(kāi)發(fā)出更廣泛的應(yīng)用。

除了長(zhǎng)距離通信授權(quán)頻率，在非授權(quán)領(lǐng)域，市場(chǎng)上成熟的技術(shù)有LoRa、PRMA、Sigfox等。這些技術(shù)中，以LoRa應(yīng)用為廣泛，LoRa來(lái)源于Long Range這個(gè)單詞，是一種長(zhǎng)距離通信技術(shù)。LoRa技術(shù)基于線性Chirp擴(kuò)頻調(diào)制，由于Chirp擴(kuò)頻調(diào)制有長(zhǎng)距離傳輸以及很好的抗干擾特性，使得LoRa在帶有PA LNA的情況下提供了1000米以上的覆蓋半徑，并且可以在9600的波特率上實(shí)現(xiàn)極低的誤碼率，已經(jīng)在軍事和航天通信方面應(yīng)用多年。

物聯(lián)網(wǎng)賦能電鍋爐行業(yè)

自2016年以來(lái)，華北地區(qū)加快實(shí)施煤改項(xiàng)目，其中以“煤改電”“煤改氣”為主要實(shí)施方案。經(jīng)過(guò)3年的試點(diǎn)和改革，以“煤改電”為代表的冬季采暖改造推進(jìn)為順利，在采暖行業(yè)中產(chǎn)生了巨大的影響，催生了全新的市場(chǎng)空間。

在這個(gè)新市場(chǎng)中，各大鍋爐廠家爭(zhēng)先推出新品，擴(kuò)大自己的市場(chǎng)份額。因?yàn)殡婂仩t爐體設(shè)計(jì)和控制器設(shè)計(jì)是成熟技術(shù)，生產(chǎn)流程和控制邏輯已經(jīng)*完善，所以鍋爐廠家在產(chǎn)品升級(jí)方面紛紛瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將聯(lián)網(wǎng)化、智能化作為新亮點(diǎn)。

鍋爐系統(tǒng)一般由主鍋爐、輔助機(jī)、傳感器、控制器等部分構(gòu)成，其中控制器負(fù)責(zé)鍋爐整體的運(yùn)行和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，其他各個(gè)部分的設(shè)備由RS485或者RS232等線路匯聚到控制器上。傳統(tǒng)鍋爐控制器會(huì)有*作界面或者經(jīng)由數(shù)據(jù)線連接電腦，使用者想對(duì)鍋爐進(jìn)行*作或者監(jiān)控，必須在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，正在給鍋爐系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)顛覆（如左圖所示）。

引入物聯(lián)網(wǎng)的鍋爐體系，各個(gè)模塊之間的通信可以由串口或者RS485更新為ZigBee或者LoRa。其中LoRa技術(shù)傳輸距離遠(yuǎn)，組網(wǎng)能力稍微遜色于ZigBee，可用于遠(yuǎn)離控制器并且通信不頻繁的節(jié)點(diǎn)；ZigBee用于距離控制器比較近，需要數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性好并且可靠性極高的組網(wǎng)場(chǎng)景。

與傳統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)相比，引入物聯(lián)網(wǎng)之后，基于WiFi的無(wú)線高帶寬優(yōu)勢(shì)，新型鍋爐系統(tǒng)可以將視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成于新型鍋爐系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)聲影與數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)4G或者5G網(wǎng)絡(luò)將控制器與云端連接起來(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上報(bào)、管理。

一般情況下，云端系統(tǒng)可以提供五大功能：一、數(shù)據(jù)上云，監(jiān)控鍋爐的全生周期。二、根據(jù)控制器的GIS信息，實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制器聯(lián)動(dòng)，精細(xì)化調(diào)節(jié)水溫。三、預(yù)測(cè)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)鍋爐所在地的氣象信息，預(yù)先調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，使得終端用戶獲得穩(wěn)定的溫度。四、維護(hù)遠(yuǎn)程化。引入監(jiān)控系統(tǒng)，可以使得技術(shù)員在不到現(xiàn)場(chǎng)的情況下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景和傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)鍋爐進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，鍋爐運(yùn)維成本。五、多端管理。引入新的云端系統(tǒng)，允許通過(guò)PC端和移動(dòng)端共同管理其下屬的鍋爐控制器，使得非現(xiàn)場(chǎng)人員可以在極短時(shí)間內(nèi)得到鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)信息以及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。另外，引入移動(dòng)端之后，也能極大地縮短鍋爐報(bào)警的售后響應(yīng)時(shí)間，使得技術(shù)員能夠在短時(shí)間內(nèi)查看報(bào)警信息并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。

“鍋爐系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)”形式，帶來(lái)了更多的創(chuàng)新和創(chuàng)造，了過(guò)去的信息孤島所帶來(lái)的種種不便，實(shí)現(xiàn)了過(guò)去沒(méi)有的、想不到的和不敢想的功能。在這些場(chǎng)景下，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，系統(tǒng)還能夠?yàn)榄h(huán)保、安監(jiān)等部門提供各種數(shù)據(jù)支撐。對(duì)于鍋爐設(shè)備企業(yè)而言，該系統(tǒng)能夠幫助其實(shí)現(xiàn)從“賣設(shè)備”向“賣服務(wù)、賣體驗(yàn)”轉(zhuǎn)型，極大地提高產(chǎn)業(yè)附加值，從當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)激烈的“紅?！笔袌?chǎng)邁入前景廣闊的“藍(lán)?！笔袌?chǎng)。