数字神经系统:从物联网到万物互联

在公众认知中,物联网仍更多与家庭或楼宇内部的设备与系统相关。但在智能设备带来便利之外,IoT的另一面是关乎生命安全的任务关键型系统——在这些领域,系统故障绝无容忍空间。从互联电网到应急服务、交通运输和供水基础设施,IoT 正在成为现实世界的“数字神经系统”。

物联网(IoT)指的是不断扩展的物理对象网络,这些对象具备互联网连接能力,并能与其他联网设备与系统进行通信。

根据2023年底至2025年初的数据,美国家庭网络的平均联网设备数量约为22–25台。以一个普通家庭为例,便可直观看到IoT和连接设备的快速普及。

预计到2030年,全球IoT设备数量将达到321亿台,几乎是2023年(159亿台)的两倍。一些报告甚至预计这一数字将达到400亿台。在全球预测中,美国预计将拥有约62.4亿台物联网设备。这比目前的数字有了显著增长,标志着从智能家居到工业应用,互联设备在生活各个方面日益普及。


IoT中的“物”

物联网中的“物”,涵盖了从个人区域网络(如智能手表、智能水杯、平板电脑和手机)、家庭设备(电脑、智能电视、流媒体设备、联网宠物喂食器、智能家电)、楼宇系统(IT与OT设备)、到户外设施(摄像头、智能交通控制系统、飞机、火车和汽车)等所有依靠传感器和通信技术采集、传输及管理数据的对象。

如今,IoT正加速向“万物互联”(Internet of Everything, IoE)的方向演进。唯一的悬念是——未来还有哪些对象会被连接?以及新技术的普及速度有多快?


交通运输中的IoT

在交通领域,IoT应用不断深化。2022年6月,瑞典自动驾驶电动运输车辆制造商Einride获得美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)批准,在田纳西州孟菲斯的公共道路(混合交通环境)上运营其自动驾驶卡车。

在航空领域,IoT指通过飞机上的互联设备与传感器采集并传输数据,从而实现对飞行运行各环节的实时监测与管理,包括维护、安全与效率。

Frequentis USA(总部位于马里兰州哥伦比亚市)开发了“远程虚拟塔台”技术,使空管人员可以在全球任意地点,借助摄像机与实时视频执行传统塔台的全部功能。

例如,美国奥兰多国际机场已部署虚拟滑行控制(VRC)系统,通过摄像头、传感器、雷达与分析软件,将现场物理视野转化为屏幕上的可视化控制界面。该系统可精准定位每一架飞机的位置,确保滑行过程零冲突。


安全标准与延迟问题

这一趋势也促使我们重新审视生命安全的技术标准。

在任务关键型应用中,网络延迟不再只是性能指标,而是安全指标。传统的电气规范旨在防止触电、烧伤、火灾等危害;而在IoT驱动的运营技术(OT)与生命安全领域,标准必须向端到端低延迟连接收敛,这种连接可能是跨洲级别的。


5G与小基站:支撑关键IoT应用的基础

任务关键型系统正向实时响应、远程可视化和自主化转型,这要求网络基础设施同步演进。

5G与小基站的高密度部署,提供了高速度、低延迟和高可靠性的无线连接,支撑工业物联网、公共安全、智能交通等关键应用。

美国联邦通信委员会(FCC)及行业分析预计,建设覆盖全美的5G网络可能需要部署100万个以上的小基站,每一个小基站都需光纤连接。


任务关键型场景

智能电网自动化:变压器、变电站及电表上的传感器和控制器需要高速连接实现实时运行

公共安全通信:执法记录仪、无人机和移动指挥车需要不间断的高带宽链路,网络切片可在网络拥塞时优先保障应急响应

智能交通系统:交通信号联动、自动驾驶、车联网(V2X)等依赖低延迟连接

虚拟空管:传感器、控制器、摄像机和监控屏之间必须实现快速可靠的通信


边缘计算:实时处理的关键

在关键任务系统中,没有时间等待数据传输到云端并返回。边缘计算将处理能力拉近到源头——无论是泵站、电线杆还是交叉路口——从而确保实时控制和更快的响应。

微型数据中心和坚固的边缘节点如今正部署在远程和工业环境中。这些紧凑型设施需要电源供应、宽带光纤连接、网络安全和设备集成、环境控制以及物理保护。

能够安装和维护这些分布式资产的承包商对于城市、公用事业和关键服务提供商来说正变得不可或缺。


宽带基础设施需求

对于关键任务物联网而言,可靠的高速连接至关重要。因此,对具备以下技能的承包商的需求旺盛:

  • 光纤安装 (地下和架空)——对于架空部署,需要进行准备工作,以应对通常非常拥堵的通信空间。线路承包商在光纤部署方面拥有独特的优势,他们在电力空间铺设了光纤地线和全介质自承式 (ADSS) 光纤。电力空间中的 ADSS 可以减少拥堵通信空间的准备工作,并减少不良行为者的数量。
  • 熔接和测试 (验收测试、光纤特性、故障排除和修复)
  • 最后一英里和回程/前传集成 (将边缘站点链接到核心网络)
  • 根据 SLA 协议提供服务和维护

农村宽带的扩张、政府支持的基础设施项目和新的智能走廊设计正在加速对熟练承包商的需求。


小型基站的适用范围

小型基站是紧凑的本地化无线电单元,通常安装在路灯和电线杆、建筑物屋顶和侧面、公交候车亭或自助服务终端,以及集成电源和光纤的定制智能杆上。每个小型基站通常通过光纤回程/前传连接到核心网络,并且可能支持附近的边缘计算机柜或微型数据中心。


5G与边缘生态系统的机遇

1. 站点准备与部署

  • 小基站的杆塔、墙面及结构安装
  • 配套供电、接地及防护机柜
  • 防护与隐蔽化方案实施

2. 光纤与供电集成

  • 光纤回传/前传的沟槽开挖与管道铺设
  • 光纤熔接、测试与文档归档
  • Class 4故障管理电力系统 (FMPS),用于共置电力和数据。随着 FMPS 的出现以及电缆制造商开发出将 FMPS 导体和光纤集成在同一护套中的混合电缆,电力和数据一次性安装成为可能。此外,还可以考虑在街道/路缘/人行道上部署小型基站,并使用微沟槽进行部署。

3. 边缘机柜建设

  • 在靠近用户或设备的小基站点附近部署微型数据中心
  • 配备制冷、电源、电池备份及物理/电子安全防护

4. 持续运维与监控

  • 基于SLA的关键节点维护
  • 远程诊断、固件升级与现场巡检

重新思考冗余和弹性

关键任务系统需要故障转移路径、远程诊断和预测性维护,所有这些都依赖于集成的物联网传感器和可靠的网络。承包商越来越多地负责设计冗余且多样化的电力和数据系统;安装实时监控设备;为运营技术 (OT) 配置安全、分段的网络;以及与楼宇管理或城市指挥平台集成。

在许多情况下,承包商的角色正在从安装人员转变为集成合作伙伴,帮助设施管理人员和城市领导设计能够在意外发生时适应和恢复的系统。


IoT:驱动未来的基础

在新时代,IoT已超越楼宇管理的范畴,成为推动产业升级、公共安全与应急响应的核心技术。

对承包商而言,这意味着从光纤网络铺设、微型数据中心部署,到实时系统集成的全新业务机会,为公共事业、交通运输、农业等领域的智能化发展提供支撑。


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