近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及，聚焦于行業(yè)用戶，針對物聯(lián)網(wǎng)需求而產(chǎn)生的專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)（P-IoT）技術(shù)逐漸發(fā)展起來。首先對P-IoT的技術(shù)體制、關(guān)鍵性能做簡要介紹，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了P-IoT在應(yīng)急領(lǐng)域中三種典型場景下的創(chuàng)新應(yīng)用，最后對未來物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用方向進(jìn)行了展望。

引言

在過去的2018年，IoT（Internet of Things，物聯(lián)網(wǎng)）行業(yè)發(fā)展態(tài)勢非常好。不論是國外的亞馬遜、谷歌、微軟，還是國內(nèi)的阿里集團(tuán)、騰訊、百度，各大I T巨頭紛紛布局物聯(lián)網(wǎng)，重磅動(dòng)作連續(xù)不斷。據(jù)IDC預(yù)測：2019年全球IoT支出將達(dá)到7 450億美元，并在2019至2022期間保持兩位數(shù)的年增長率，在2022年超過1萬億美元大關(guān)[1]。主流IoT技術(shù)如NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng)）、LoRa[3]、Sigfox[4]等在不斷發(fā)展的同時(shí)，聚焦于行業(yè)用戶對物聯(lián)網(wǎng)安全性、可靠性、QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）等特殊需求而產(chǎn)生的P-IoT

（Private-Internet of Things，專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)悄然興起，并在公安、司法、應(yīng)急、工商業(yè)等多個(gè)垂直領(lǐng)域落地應(yīng)用。

另一方面，我國于去年成立了應(yīng)急管理部。在新的大應(yīng)急體制下，不論是安監(jiān)、消防、森防，還是抗震搶險(xiǎn)、抗旱防澇、防災(zāi)救災(zāi)，無不密切關(guān)系著國家和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[6]。當(dāng)前，應(yīng)急行業(yè)用戶通過整合多種感知手段及對物聯(lián)網(wǎng)等感知數(shù)據(jù)加以匯聚分析，以支撐應(yīng)急領(lǐng)域中的監(jiān)測預(yù)警、評估監(jiān)管等多種業(yè)務(wù)的開展。技術(shù)不斷演進(jìn)的同時(shí)，行業(yè)用戶面臨的問題日趨綜合化、復(fù)雜化，其對物聯(lián)網(wǎng)可靠性、實(shí)時(shí)性等特殊需求僅僅依靠主流IoT技術(shù)無法完美解決所有問題。因此，需要滿足應(yīng)急行業(yè)用戶物聯(lián)網(wǎng)需求的P-IoT技術(shù)以解決行業(yè)痛點(diǎn)。本文接下來將重點(diǎn)探討P-IoT技術(shù)在應(yīng)急領(lǐng)域中開展的典型創(chuàng)新應(yīng)用。

P-IoT概述

P-IoT和NB-IoT，相當(dāng)于專網(wǎng)LTE和公網(wǎng)LTE。自建一套“物聯(lián)網(wǎng)局域網(wǎng)”。 對安全性和可靠性要求高、對電磁環(huán)境要求高的石油勘探化工能行業(yè)，適合專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)。對于普通企業(yè)級客戶，LoRa也可以當(dāng)做專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)來使用。

P-IoT技術(shù)是一種基于專網(wǎng)移動(dòng)通信VHF（Very High Frequency，甚高頻）和UHF（Ultra High Frequency，特高頻）授權(quán)頻譜，具備高、中、低速多種數(shù)據(jù)傳輸能力的低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。P-IoT是專用數(shù)字集群通信系統(tǒng)的增值性服務(wù)，在滿足用戶語音剛需的基礎(chǔ)上，為用戶在物聯(lián)網(wǎng)方面的拓展性應(yīng)用提供解決方案。

首先，P-IoT可保證行業(yè)用戶對網(wǎng)絡(luò)的高可靠性需求。P-IoT因其自身專網(wǎng)的特點(diǎn)，可做到網(wǎng)絡(luò)自主可控。如在應(yīng)急領(lǐng)域，當(dāng)重特大災(zāi)害發(fā)生時(shí)，因?qū)＞W(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的專網(wǎng)專用特性，使P-IoT能夠滿足應(yīng)急用戶搶險(xiǎn)救災(zāi)的實(shí)戰(zhàn)需求。同時(shí)，P-IoT工作于專用的授權(quán)頻段，不易產(chǎn)生相互干擾，關(guān)鍵數(shù)據(jù)在較理想信道條件下傳輸，數(shù)據(jù)可靠性可得到充分保證。

其次，P-IoT技術(shù)可為行業(yè)用戶的關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供高及時(shí)性的QoS保障。P-IoT技術(shù)專網(wǎng)的特征決定了它不會(huì)像公網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)的公平性，其更聚焦于如何將關(guān)鍵數(shù)據(jù)設(shè)成高優(yōu)先級業(yè)務(wù)等級并提供專用的業(yè)務(wù)信道等保障措施加以保護(hù)，時(shí)延可達(dá)百毫秒級，保證了應(yīng)急領(lǐng)域監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用對關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性要求。

再次，P-IoT可保證行業(yè)用戶對網(wǎng)絡(luò)的高安全性需求。由于專網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施私有，與NB-IoT等公網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)相比，P-IoT具有天然的物理隔離特性。同時(shí)通過空口加密、鏈路加密、端到端加密等多種加密方式，P-IoT可實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)用戶對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)不同安全等級的差異化需求。

此外，對于衡量物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)，如覆蓋能力、終端能耗、系統(tǒng)容量等，P-IoT也極具技術(shù)競爭力。在自主可控、平滑擴(kuò)展、業(yè)務(wù)兼容、標(biāo)準(zhǔn)國際化等方面，P-IoT也具備一定的優(yōu)勢。

P-IoT利用行業(yè)用戶的VHF、UHF窄帶授權(quán)頻譜，通過多種傳輸模式為行業(yè)用戶提供多樣化專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù) [6] 。在滿足物聯(lián)網(wǎng)對遠(yuǎn)距離無線接入技術(shù)低功耗、廣覆蓋、海量連接等要求的同時(shí)，因其是依托于行業(yè)專網(wǎng)構(gòu)建的專屬通信管道，P-IoT具有自主可控的特點(diǎn)，在安全性、可靠性、終端功耗等多方面優(yōu)勢顯著，更貼合專網(wǎng)行業(yè)用戶的特殊需求 [7-9] 。目前，P-IoT在石油化工、森林防火、地質(zhì)災(zāi)害救援等應(yīng)急領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn) [10] ，這些應(yīng)用案例有力證明了P-IoT技術(shù)的先進(jìn)性、實(shí)用性和有效性。同時(shí)，文獻(xiàn) [10] 指出在應(yīng)急場景中用自組網(wǎng)技術(shù)作為專網(wǎng)的備份或延伸網(wǎng)絡(luò)。將P-IoT技術(shù)與自組網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，網(wǎng)絡(luò)將兼具專網(wǎng)安全可靠和自組網(wǎng)靈活抗毀的優(yōu)點(diǎn)，為P-IoT技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)指明了方向。

P-IoT自組網(wǎng)模式的意義

P-IoT自組網(wǎng)模式是指大量P-IoT終端之間有序互通并自動(dòng)組成大面積覆蓋網(wǎng)絡(luò)的工作模式。P-IoT自組網(wǎng)模式具有以下特點(diǎn)：

（1）自組織與獨(dú)立組網(wǎng)。P-IoT自組網(wǎng)模式不需要任何預(yù)先架設(shè)的無線通信基礎(chǔ)設(shè)施，所有節(jié)點(diǎn)通過分層的協(xié)議體系與分布式算法來協(xié)調(diào)每個(gè)節(jié)點(diǎn)各自的行為。節(jié)點(diǎn)可以快速、自主和獨(dú)立地組網(wǎng)。

（2）多跳路由。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的無線發(fā)射功率的限制，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍都是有限的。有效覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)之間通信，必須通過中間節(jié)點(diǎn)的多跳轉(zhuǎn)發(fā)來完成。P-IoT自組網(wǎng)模式中的分組轉(zhuǎn)發(fā)由多跳節(jié)點(diǎn)按照路由協(xié)議來協(xié)同完成。

（3）動(dòng)態(tài)拓?fù)?。P-IoT自組網(wǎng)模式允許特定類型的節(jié)點(diǎn)在沒有數(shù)據(jù)上報(bào)的時(shí)候進(jìn)入休眠狀態(tài)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的個(gè)別節(jié)點(diǎn)可能由于技術(shù)故障、自然原因等出現(xiàn)宕機(jī)，因而為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常工作，P-IoT自組網(wǎng)模式支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化。

基于以上特點(diǎn)，P-IoT自組網(wǎng)模式一方面可以在無基站情況下完成終端的靈活組網(wǎng)和對目標(biāo)區(qū)域的完整覆蓋，能夠滿足對無網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)進(jìn)行關(guān)鍵信息采集的需求，如應(yīng)用于地震災(zāi)區(qū)、礦區(qū)礦道、地鐵隧道等基站信號覆蓋不良的特殊場景。另一方面，P-IoT自組網(wǎng)模式可以通過網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與外部系統(tǒng)互連，打通目標(biāo)區(qū)域與外部的數(shù)據(jù)通道，將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息回傳至數(shù)據(jù)中心，便于后方了解目標(biāo)區(qū)域的實(shí)時(shí)態(tài)勢，同時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對和未來態(tài)勢預(yù)測等。例如，在地質(zhì)災(zāi)害救援場景使用自組網(wǎng)模式的P-IoT終端，將現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、救援人員監(jiān)測管理數(shù)據(jù)、物質(zhì)監(jiān)測管理數(shù)據(jù)等回傳至現(xiàn)場指揮中心，便于指揮員綜合研判后下達(dá)指令。