Wi-SUN：專為環(huán)環(huán)相扣智能城市而構(gòu)建的協(xié)議

在全球?qū)μ岣呖沙掷m(xù)性、減少溫室氣體排放和廢棄物以及有效利用資源的需求推動下，世界各地的城市正在大踏步的向智慧城市轉(zhuǎn)型。智慧城市的設(shè)計其基本目標是改善城市運營以及提高居民的整體生活質(zhì)量，是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步來有效管理城市資產(chǎn)、資源和服務(wù)。智慧城市將現(xiàn)代城市生活的各個方面數(shù)字化，包括公共事業(yè)、市政服務(wù)、交通控制和公共交通，以及水和廢棄物處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

全球城市人口快速增長成為促進智慧城市全面轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵驅(qū)動因素。據(jù)估計，每周有130萬人從農(nóng)村遷移到城市地區(qū)，而聯(lián)合國預(yù)計，到2050年，世界上68%的人口將居住在城市中心。城市人口的增長給城市的基礎(chǔ)設(shè)施帶來了沉重壓力，反之城市也對環(huán)境以及我們有限的自然資源造成了巨大壓力。

設(shè)計以人為本、以環(huán)境為中心的解決方案

智慧城市的基礎(chǔ)技術(shù)庫是基于互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)。隨著實地的傳感器和連接的增多，以及數(shù)據(jù)中心運行的算法越來越多，必然會產(chǎn)出更智能、更高效的決策。然而，我們應(yīng)該謹慎地看待智慧城市的這種愿景，避免只關(guān)注每個問題的技術(shù)方面。智慧城市設(shè)計試圖解決非常復(fù)雜的人類問題。城市是基礎(chǔ)設(shè)施、組織和居民的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。與每一個有機復(fù)雜系統(tǒng)一樣，它的主要屬性在于其復(fù)雜性，而不是它的細分或子實體。正如二十世紀的生態(tài)學先驅(qū)者所揭示的那樣，為了獲得最佳結(jié)果，應(yīng)該將這些復(fù)雜的系統(tǒng)（想想蟻群、表土層或美國選民系統(tǒng)）作為一個整體來對待。單獨與部分交互或修改部分很少能引起整個系統(tǒng)的改進。換句話說，在我們的城市沖突中盲目地投入更多的技術(shù)，最好的情況是問題不再惡化，最壞的結(jié)果是弊端大于利好。我們需要記住，城市是一個互聯(lián)互通的實體網(wǎng)絡(luò)，一個大規(guī)模的社會有機體。

因此，對于智慧城市采取更具建設(shè)性的方法首先要將整個城市系統(tǒng)視為一個整體，如果解決一個問題而不考慮其生態(tài)狀況，那么可能會導致更多、更嚴重的問題。例如，一個城市的目標可能是通過提高電力網(wǎng)絡(luò)效率來減少能源消耗，從而減少溫室氣體排放。然而，居民可能因為看到更便宜的能源賬單，不再嚴格限制自己的能源使用，這使得系統(tǒng)回到能源平衡點，從而消耗與以前相同或更多的能源。

在這個程度上，智慧城市技術(shù)先驅(qū)者們需要強調(diào)其解決方案的全局影響以及在個體層面的相互關(guān)系。因此，一項可靠且可持續(xù)地顛覆城市運營方式的技術(shù)，它必須考慮到城市的廣度和深度。雖然智慧城市的許多理想（抽象的現(xiàn)代設(shè)計、飛行投送無人機和自動駕駛汽車）和共有的主題可能會成為現(xiàn)實，但這一愿景側(cè)重于技術(shù)解決方案，而將人的因素排除在外了。

Wi-SUN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

使用 Wi-SUN連接各個節(jié)點

對人類和環(huán)境價值的強調(diào)并沒有削弱當前技術(shù)解決方案所提供的豐富性，這里說的技術(shù)解決方案即大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)顯露了可以引發(fā)巨大建設(shè)性影響的寶貴杠桿點，而城市規(guī)劃者才剛剛開始挖掘它們的潛力。技術(shù)參與者必須成為智慧城市發(fā)展的指南，并確保城市部署靈活且包容的自適應(yīng)無線平臺。隨著越來越多的公司和組織認識到設(shè)計高效智能城市的獨特細微差別，電子行業(yè)正在朝著智能城市應(yīng)用的無線標準化發(fā)展、邁進。2011年，一群有遠見的領(lǐng)導者發(fā)起了基于IEEE 802.15.4g標準的可互操作智慧城市網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想，成立了Wi-SUN（無線智能泛在網(wǎng)絡(luò)）聯(lián)盟。Wi-SUN擁有超過300家成員公司，利用廣泛采用且久經(jīng)驗證的行業(yè)標準來實現(xiàn)開放的、可互操作的解決方案生態(tài)系統(tǒng)，為未來的智慧城市網(wǎng)絡(luò)提供了無限可能。

Wi-SUN場域網(wǎng)絡(luò)(FAN)是一種高度穩(wěn)健、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，它擁有眾多支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)速率選項。將 Wi-SUN確立為真正的智慧城市協(xié)議，其原因在于它可以支持現(xiàn)有和新興應(yīng)用的可擴展性、安全性、互操作性和廣度。Wi-SUN還允許使用模式切換技術(shù)去根據(jù)應(yīng)用需求來調(diào)整數(shù)據(jù)速率。到目前為止，大多數(shù)智慧城市應(yīng)用還一直在使用專有網(wǎng)絡(luò)，這些專有網(wǎng)絡(luò)通常是為特定應(yīng)用設(shè)計的，安全性和升級靈活性有限。它們通常還使用“星型”架構(gòu)，其中的設(shè)備要與基站接收器進行通信。另一方面，Wi-SUN是一種自構(gòu)建、自修復(fù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，支持數(shù)千個節(jié)點，不依賴于一個基站，從而提高了其可靠性和彈性。Wi-SUN FAN架構(gòu)可以在有連接問題時不斷地在這數(shù)千個節(jié)點之間重新路由數(shù)據(jù)，讓設(shè)備在最需要的時候（例如在極端風暴、網(wǎng)絡(luò)攻擊、和/或電力使用限制導致輪流停電）獲得完整的網(wǎng)絡(luò)連接以及整個城市的持續(xù)服務(wù)支持。與傳統(tǒng)的LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）相比，Wi-SUN提供更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲（見表格），以及低功耗、安全性和互操作性。

此外，Wi-SUN FAN在數(shù)據(jù)速率和能耗方面提供了靈活性，使用戶能夠更廣泛地處理智慧城市和其他應(yīng)用。智慧城市應(yīng)用對底層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了很高的要求，需要高度的安全性、可靠的連接性、發(fā)生故障或條件變化時的彈性等等。Wi-SUN FAN

以極少的額外基礎(chǔ)設(shè)施，在從農(nóng)村到人口密集的城市社區(qū)的各種地形環(huán)境中提供安全、經(jīng)濟高效且彈性的連接。

今天的智慧城市發(fā)展面向智能計量、智能路燈系統(tǒng)、公共安全、交通監(jiān)控、噪音檢測和污染監(jiān)控，所有這些都是Wi-SUN的應(yīng)用目標。Wi-SUN也非常適合的其他領(lǐng)域，例如將智能城市傳感器（廢棄物管理、自動售貨機）和DER（分布式能源）集成到電網(wǎng)中。

保護我們城市最易受攻擊的資產(chǎn)

Wi-SUN 的安全優(yōu)勢是該協(xié)議實現(xiàn)差異化的另一個因素，為智慧城市的設(shè)計創(chuàng)造了巨大的機會。隨著醫(yī)院、政府機構(gòu)、公共交通、商業(yè)組織和電網(wǎng)越來越容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，必須制定對風險的零容忍安全標準。城市正在成為互聯(lián)城市網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，而互聯(lián)城市系統(tǒng)的薄弱程度取決于其最薄弱的環(huán)節(jié)，這就使在網(wǎng)絡(luò)安全性方面不能做任何妥協(xié)。Wi-SUN為其用戶的安全和保障而創(chuàng)建，具有許多內(nèi)置的安全功能以確保操作安全，其中最重要的一項是安全認證，可一直追溯到云提供商，要知道目前這并不是大多數(shù)協(xié)議的標準規(guī)范。Wi-SUN還在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時遵循網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)則，以確保可靠運行，包括端到端安全、加密、密鑰管理和安全漏洞時的網(wǎng)絡(luò)隔離。Wi-SUN的一個獨特功能是其本地公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)集成、基于證書的相互身份驗證以及經(jīng)過驗證的數(shù)據(jù)加密和密鑰交換算法。Wi-SUN FAN訪問控制基于PKI并仿照Wi-Fi安全框架。每個Wi-SUN設(shè)備還具有由認證機構(gòu)在其制造點簽署的唯一證書。

智慧城市計劃將人類生活質(zhì)量和環(huán)境影響提升到更高標準，而與城市基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)系統(tǒng)合作并在其系統(tǒng)內(nèi)工作的企業(yè)可能會獲得最大的回報，因為他們的項目有更高的可持續(xù)成功的機會。Wi-SUN在構(gòu)建過程中牢記這一理念，其技術(shù)特性使城市規(guī)劃師和技術(shù)架構(gòu)師能夠成功連接城市的基礎(chǔ)設(shè)施并適應(yīng)未來發(fā)展，最終為居民和環(huán)境資源帶來利益。

在未來幾年，我們將繼續(xù)看到物聯(lián)網(wǎng)的進步將影響全世界向智慧城市去過渡。在改造城市基礎(chǔ)設(shè)施和市民生活時，如何平衡城市的眾多要素仍然是非常重要的，正如在個人和群體層面去平衡如何推進技術(shù)、促進可持續(xù)性和提高生活質(zhì)量。