Ambient IoT核心网关键技术研究

目录 第一章AmbientIoT应用场景与标准进展..........................................................................1 AmbientIoT应用场景.........................................................................................1拓扑形态.............................................................................................................4标准进展.............................................................................................................6第二章AmbientIoT关键技术.............................................................................................8概述.....................................................................................................................8DeviceID设计与Device管理...........................................................................8DeviceID设计..........................................................................................8AmbientIoTDevice签约管理.................................................................9AmbientIoT网络架构.......................................................................................10拓扑1的网络架构................................................................................10拓扑2的网络架构................................................................................13AmbientIoT业务与流程...................................................................................16AmbientIoT业务....................................................................................16AmbientIoT业务保障SLA...................................................................17AmbientIoT业务流程............................................................................17AmbientIoT安全...............................................................................................21第三章总结与展望.............................................................................................................22 缩略语简表...........................................................................................................................23 主要贡献单位.......................................................................................................................25 第一章AmbientIoT应用场景与标准进展 AmbientIoT应用场景 物联网随着5G网络的部署和终端类型及数量的增加在很多行业得到广泛应用，其中的无源或环境物联网(AmbientIoT，AIoT)对终端功耗、终端尺寸和成本提出极致的要求；例如功耗可以低到数微瓦级别，成本降到1元甚至更低。相对于其他类型物联网技术，AmbientIoT终端能够从环境采集能量、使用反向散射通信模式，再加上终端低成本的优势，使得AmbientIoT在如物流、仓储、交通、工业、农业、智慧城市、智能家居等领域已经或者未来会有广泛的应用。 物流：AmbientIoT技术可以应用在物流行业的全流程中，如货物跟踪与监控，即在货物运输过程中，使用AmbientIoT标签、GPS定位和传感器等技术实时跟踪货物位置和状态，如温度、湿度等，可以及时发现异常情况，如货物丢失、温度超标等并做出快速响应。AmbientIoT还可应用于物流的运输路径优化，结合GPS、交通信息等数据，优化车辆行驶路径，降低运输成本和时间，实时监控车辆状态以提高运输安全性。借助AmbientIoT技术还可以跟踪产品使用情况，提供个性化的售后服务，可预测产品故障，提前安排维修保养等。AmbientIoT技术具备识别准确度高、性能可靠、存储信息量大、适用于严苛环境等特点，且AmbientIoT标签功耗低、体积小、成本低，适用于物流货物的全流程、精细化管理。 仓储：AmbientIoT技术应用在仓储行业的多个方面，包括智能库存管理，在仓库内部署各种具有通信功能的传感器，实时监测并上报库存数量、货品状态(温度、湿度等)，通过数据分析预测需求，自动调节库存水平，降低库存成本，及时发现库存异常并快速做出响应。AmbientIoT可以助力自动化入库出库，自动识别仓库货品，实现无人值守的入库出库操作，与AGV、机器人等无人搬运设备联动提高搬运效率和准确性。AmbientIoT技术还能实现智能仓储货架管理，在货架上安装重量传感器，实时监测货架载重情况，结合标签信息，优化货物摆放以提高仓储空间利用率。AmbientIoT标签具有极小的尺寸与极低的成本，在大型仓储等货物吞吐量巨大的场景下极具竞争力，且得益于标签及读写器性能的提升，新型无源物联将支持货物大批量自动化读取，具备更高效的盘存效率。 IMT-2020(5G)推进组 交通：对于交通行业，AmbientIoT技术可应用于智能交通管理，如车载传感器、路边单元可以收集车辆运行、道路等数据，实现对交通状况的实时监控、车辆调度优化、信号灯控制等功能，提高城市道路的通行效率。AmbientIoT技术还可应用于智能停车管理，在停车场部署带通讯功能的车位检测传感器，可以实现车位检测、引导、预约等功能，让停车更加便捷高效。在车联网应用中，通过在汽车上安装IoT传感器和通信模块，可以实时监控车辆状态、位置信息，并通过车载终端提供故障诊断、远程控制等功能。另外在城市交通电动自行车监管方面，AmbientIoT标签具有准确度高、性能可靠、低成本、易部署等特点，可粘贴在电动自行车车牌上，协助交通部门监控电动自行车行驶、停放状态；或者借助环境能量收集技术，新型无源标签可与温、湿度等传感器结合，附着在电动自行车电池模组上，监控其温、湿度状态等。 工业：AmbientIoT技术在工业制造中有广泛的应用场景，可以帮助提升工厂的智能化水平和运营效率。以下是一些主要的应用场景：生产过程监控和优化，在生产线上部署各种有传感器功能的AmbientIoT标签，实时监测设备运行状态、产品质量、能源消耗等关键数据，通过远程监控和自动控制，实现生产过程的智能化管理和优化。还可用于设备管理和维护，在关键设备上安装AmbientIoT标签，实时监测设备运行参数和异常情况，利用远程诊断和维护功能，缩短设备故障响应时间，提高设备可用性。AmbientIoT技术还可应用于工厂环境中的协作机器人和无人作业，在生产线上部署协作机器人，通过AmbientIoT标签进行信息采集和传送实现人机协作，提高作业灵活性和效率；利用无人驾驶小车、AGV等实现仓储、搬运等无人作业,降低人工成本，通过IoT标签监控和控制协作机器人及无人作业设备，保障作业安全性。现代化工厂环境中存在大量的传感器节点，用于温度、湿度、振动监测、生产线监测、危险事件监测等方面。同时，在某些应用中，可能要求传感器节点部署在恶劣的环境、特殊的位置空间，甚至是极端危险环境中以完成对制造流程数据的智能感测。工业场景具有作业环境特殊，时延敏感等特点，一般要求网络通信时延为十毫秒至百毫秒级，AmbientIoT标签可支持多种传感，且具备耐高/低温、抗腐蚀能力；AmbientIoT标签因其免电源、免维护的特性，可部署在以上工厂特殊环境中，同时基于环境能量采集技术，实现传感器标签的自供能。 农业：AmbientIoT具有的低成本、低功耗、无需电源的特点，非常适合在农业生产的各个环节进行应用。例如，用于对农作物生长环境监控，对水分、土壤、空气等植物所生长的环境进行监控分析，及时了解环境变化，保证植物成长和农作物质量达到合适生长的水准。用于对农畜产品安全生产监控，AmbientIoT技术可以加强人们对农畜 IMT-2020(5G)推进组 产品安全生产的管理，通过IoT标签对农畜产品进行生产过程的全称识别与跟踪，例如在饲养动物的耳朵上植入IoT标签，作为身份标识，可以同时绑定这些动物的详细资料，后续这些动物从农场到加工厂的全过程都可以利用IoT标签来进行追踪管理，以判断该农畜产品的安全生产状态信息。在比如用于农产品流通管理，在农产品上粘贴无源物联标签，会大大提高产品信息在流通过程中的采集速率，提高农产品供应链中信息集成和共享程度，提高了整个供应链的效益。 智慧城市：AmbientIoT技术凭借其低成本、免维护的优势，在智慧城市的各个领域都有广泛应用前景，实现城市基础设施及资源的动态感知、集中监控、智能报警、诊断分析、远程运维等。对于智能路灯系统，AmbientIoT传感器可以被安装在路灯上,自主检测周围的光照、人流等情况，实现智能调节路灯亮度，从而提高能源利用效率；这些传感器无需外部电源供给，可以长期工作。应用于垃圾监测和收运优化，IoT标签可以贴附在垃圾桶上，检测垃圾填充程度，并通过蜂窝网络把数据传输给管理中心；这样可以优化垃圾收运路线和提高效率。应用于城市停车场的停车位监测，AmbientIoT传感器可以安装在停车位上，检测车辆进出情况，并把信息发送给停车管理系统；这可以帮助驾驶员快速找到空余车位。应用于城市家庭的水电气表远程抄表，AmbientIoT技术可以实现水电气表的远程自动抄表，摆脱了传统的人工巡检，提高了抄表效率和数据准确性。应用于城市环境监测，AmbientIoT传感器标签可以被部署在城市各个角落，监测空气质量、噪音水平等环境指标，为城市管理和规划提供重要依据。 智能家居：AmbientIoT技术在智能家居