智能路灯组网技术分析

智能路灯组网技术分析

刘鑫杰

广州海格星航信息科技有限公司广东广州510663

摘要：本文针对现有常见智能路灯建设中使用的四种组网技术：PLC（电力载波）、Zigbee、LoRa、NB-IoT，将从组网覆盖范围、连接终端数量、设备采购成本、组网资费等方面进行分析与归纳总结，便于建设单位通过自身的实际情况和功能需求，在智能路灯系统组网方式和设备选型上，能够选取最优的组网技术类型。

关键词：智能路灯；PLC；Zigbee；LoRa；NB-IoT

1背景概述

对于任何一个城市来说，路灯照明系统无疑是不可或缺的重要基础设施。每当夜幕降临，千万盏路灯照亮城市的大小街道，从车流如梭、人潮涌动，到夜深人静、万籁俱寂，灯光守护着城市的夜晚。根据中国产业信息网统计，在2017年我国照明用电量大约占全社会用电总量12%，而城市照明则在照明耗电中占30%左右，日益增长的城市公共照明规模与落后的公共照明管理方式产生了剧烈矛盾，具有信息化水平低、运维费用高、电能浪费严重等突出问题。而今，如何合理配置和有效运行城市照明系统，已经成为衡量一个城市市容、市貌的重要标志。

智能路灯技术是指通过PLC（电力载波）、Zigbee、LoRa、NB-IoT、4G通信、云计算和移动互联网等技术，实现对路灯的远程集中控制与管理，具有调节亮度、故障主动报警、灯具线缆防盗、可视化远程控制，以及其他传感扩展应用等功能，能够大幅提升公共照明管理水平，节省电力资源，降低运维成本，增加附加收益。

2组网技术发展

PLC（电力载波）技术是利用电力线作为传输信号的载体，在21世纪初最先引入到路灯远程控制体系中，据不完全统计，在实际应用中超过80%的比例。它的不足是传输范围受制于配电柜、且在通信过程中易受到电力线本身的脉冲干扰。

随着无线网络技术的发展，ZigBee在2007年左右进入路灯远程控制组网体系。依据IEEE802.15.4标准，具有低功耗、低成本、高可靠，支持较多终端、组网灵活等特点，但其自身传输距离较短、易收到WiFi信道干扰等缺点。

近两年随着物联网的高速发展，作为物联网中佼佼者LoRa和NB-IoT，相继都推出了路灯相关组网产品，它们除具有物联网低功耗、覆盖范围广等特点外，NB-IoT还具备强穿透性、便于部署、扩展性强等特点，由于是基于现有蜂窝组网，受到电信运营商的大力推广；相比NB-IoT，LoRa覆盖面更广且成本相对更低，支持灵活组网等特点。

3组网技术分析

本次选择的四种组网技术均是采用当今常见的单灯控制方式，符合路灯对控制精细化不断提高的要求。四种组网方式根据网络结构的不同，分为单层网络结构和双层网络结构两大类。

单层网络结构指通过集成在设备内部的无线通信芯片，直接通过广域网与平台服务器进行通信的方式。其中NB-IoT为单层网络结构，当设备获取到相关路灯故障信息、单灯开关、调光等相关操作和数据信息，无须在本地进行集中计算控制，可直接与平台进行通信处理。

单层网络结构使整个路灯网络结构更加简单，业务方面只需关注应用层标准，可快速接入不同厂商设备；设备部署简单，扩展能力强，故障定位准确易排除等优点。但是使用设备相对双层网络结构设备结构复杂，现购买设备成本较高；且在数据传输中要求每个前端设备均要配置通讯模块，导致设备的平均组网费用较高；现今使用中，发现在局部并发命令数较多时，前端设备的响应速度明显下降。

双层网络结构指安装在一定区域范围内的设备先进行内部局域网的组建，网内数据通过集中控制器（或基站）进行汇聚，并最终由集中控制器（基站）与平台服务器进行通信的方式。其中PLC、Zigbee和LoRa均为双层网络结构，PLC和Zigbee采用单灯控制器+集中控制器方式，LoRa则采用单灯控制器+自建基站方式。

在双层网络结构中单灯控制器通常安装在各路灯上，集中控制器则安装在相关联的配电柜内，LoRa使用的基站则要选取在空旷的高点位置安装，两者均需要搭配GPRS或者有线网络进行数据的传输。由于只需集中控制器或基站与服务器进行通信，相对NB-IoT设备平均组网费用较低，信息响应速度快，设备部署则较为复杂，扩展能力一般。

表1：四种组网技术对比汇总表

4应用场景分析

根据PLC（电力载波）组网方式，可直接使用现有路灯电力线，安装时利用路灯杆下方检修口即可安装单灯设备，具有易实施、免布线、施工成本低、建设时间短、维护便捷等特点，对于仅进行路灯智能化改造的项目优势明显。

在无线网络中，Zigbee的组网方式相对NB-IoT和LoRa：它的组网范围较短，电池续航能力差，但是现阶段价格优势明显，且组网方式灵活。针对路灯区域较小或者分批改造时，特别是在与路灯节能工程一并实施时，具有较高的性价比。

根据NB-IoT的组网方式，在国内它可以直接使用运营商的蜂窝组网，任意设备都可直接通过运营商已建的网络接入平台，具有组网简单，调试、维护便捷，穿透性强等特点，但是现阶段设备的平均资费明显高于其他组网方式，对于分布密度小，分布距离较大，有良好运营商网络覆盖的区域比较适用。

根据LoRa的组网方式，它的无线覆盖范围最广，成本相对NB-IoT低一些，但是在LoRa需在终端设备周边高点处架设基站进行自组网，适合较大区域例如景区、矿场、工厂等需要自组网的区域，或者在没有运营商信号覆盖的偏远或边缘地区使用。

5结论

近年来，我国智慧城市建设呈现高速增长态势，路灯照明智能化控制系统建设作为城市基础建设的一部分，也呈现激增的趋势，作为建设方在选择智能路灯的组网方式时，还是需按照项目自身的特点和功能需求、平台间协作等多方面入手，进行长远规范、选用合理的组网方式。现有部分系统供应商提供的系统管理平台可同时兼用多种组网混合使用的模式，可根据实际路灯实际安装位置和使用需求合理选择最优的组网类型。随着城市中智能路灯建设的日益增多，将进一步提升城市的智能化、智慧化和精细化的管理水平，推动智慧城市的蓬勃发展，对城市服务中各环节的运作也将产生积极影响。

参考文献：

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[2]吴毅，夏婷婷，李润青.基于NB-IoT及LORA的技术分析和应用展望［J］．中国管理信息化，2018，21（3）：162-164.

[3]陶永平.PLC技术在智能路灯系统中的应用［J］．江西建材，2016（17）：271-272.