一、研究的目的和意義

      作為智慧城市的重要組成部分，智慧照明是智慧城市的公共服務應用項目之一。將其更好地融合到智慧城市建設的大潮中，具有重要意義。智慧照明可以融合微基站、視頻探頭、多媒體屏、信息交互屏、太陽能光伏、傳感器以及LED照明于一體，是綜合計算、網絡、物理環境的多維復雜系統。

     而照明與通信的結合，甚至與傳感器、物聯網等的結合，都是嶄新的課題。多領域的交叉融合，帶來了一系列的問題，如缺乏組件間的通信和接口規范以及相應的測試要求等。智慧照明標準體系尚未建立，國內外都沒有相應的系列標準，這就需要我們研究構建相應的標準體系，確立標準框架，使各類智慧照明產品的質量能從安全、性能和電磁兼容等方面進行科學合理的評價，為智慧照明行業健康發展建立標準方面的技術基礎。

本文將著重探討智慧照明的室外應用—智慧路燈，和智慧照明的室內應用—家居智能照明的標準體系框架。

 二、智慧照明的應用現狀

2.1 智慧路燈的應用現狀

     通過路燈改造，將大功率的高壓鈉燈路燈改造成節能的LED路燈，并在LED路燈上增加一個單燈控制器，通過PLC（電力線載波）、ZigBee或NB-IoT（窄帶物聯網）協議，可以將所有的路燈進行信息化管理，實現巡檢和防盜功能，如圖1所示。用戶使用電腦、iPad或手機終端通過因特網來控制路燈中央控制管理系統（簡稱中央控臺），中央控臺再通過因特網和移動運營商網絡把指令發給集中控制器（簡稱集中控臺），集中控臺再通過ZigBee無線協議或PLC有線協議控制旗下的每盞LED路燈（如圖 1 右圖所示，三層架構）。中央控臺也可以直接通過NB-IoT或4G網將指令發送到每盞路燈（如圖1左圖所示，兩層架構）。通過以上方式，后臺可以對LED智能路燈實現開關控制、調光控制（PWM或0——10V調光）、巡檢、自由編組、地圖指引、按天文時鐘自動運行、故障報警、偷盜報警和遠程抄表等功能 [1]。這是智慧路燈的初級階段，也是如今應用最多的工程案例。

      路燈作為規則分布的城市基礎設施，是城市中分布最廣泛、最均勻的物聯網，有望成為智慧城市最重要的載體。如圖2所示，在智慧主燈上搭載充電樁、微基站、信息屏、攝像頭、RFID電子標簽和光伏板等，在智慧輔燈上加載通信子系統和多種傳感器，通過PLC/Zigbee/NB-IoT等協議連接成網；再通過4G或光纖把數據傳輸到后臺，可以實現小到對窨井蓋監測，大到整個城市景觀效果、園林綠化灌溉控制；上到道路交通狀況監控，下到地下管網安全、城市排澇的全方位檢測與控制；真正把智慧城市建設落到實處。這是智慧路燈的高級階段，目前處于快速發展期。

需要說明的是，隨著人們健康意識和對無線上網速度要求的提高，“鄰避效應”擴展，部分宏基站將被微基站取代，帶有微基站的智慧路燈本身就可以是4G/5G網絡的載體。

2.2 智能家居的應用現狀

     智能家居（smart home/home automation）是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。智能照明是智能家居的一個最重要的子系統，如圖3所示：

     智能家居控制系統是智能家居核心，是智能家居控制功能實現的基礎。燈光的智能控制又是智能家居控制系統里重要一環。智能家居照明系統控制的立項就是針對智能照明，更確切地來說是針對智能家居照明的控制實現方式做一些探索。從布線方式來分，可分為有線控制和無線控制；從控制終端來分，可分為遙控器、智能面板、智能手機、平板電腦和PC；從控制的傳輸方式（協議）來分：有WiFi控制、射頻控制、NB-IoT控制、ZigBee控制、485控制、232控制、紅外控制等。

三、 國內外智慧照明標準現狀

3.1 國際智慧照明標準現狀

3.1.1 IEC（國際電工委員會）

國際上，IEC/TC34燈和相關器件技術委員在原有的SC34A（燈）、SC 34B（燈頭&燈座）、SC 34C（附件）、SC 34D（燈具）的 4 個分委會的大框架下，新增AG4 Lighting systems（智慧照明工作組），專門開展智慧照明標準化相關工作。

AG4關于智能燈具和智能照明系統的定義（征求意見稿）如下：

intelligent luminaire（ 智 慧 燈 具 ）：luminaireequipped with components that have sensing,communication, and processing capability. （智慧燈具是配備了具有傳感、通信和處理能力的組件的燈具。）

intelligent lighting system（ 智 慧 照 明 系 統 ）：collection of one or more intelligent luminaires together with one or more controlling devices. （ 智慧照明系統是一個或多個智慧燈具與一個或多個控制裝置的組合。）

3.1.2 ISO（國際標準化組織）

國際標準化組織ISO/TC 274光與照明技術委員會成立 ISO/TC 274/WG2（第二工作組），工作組秘書處設在中國建筑科學研究院。ISO/TC 274/WG2工作組將重點開展ISO 21274《Light and Lighting–commissioning Process of Adaptive Lighting systems》（光與照明—智能照明系統調試方法）的編制工作，并將與來自奧地利、加拿大、荷蘭、德國等十一個國家共同研究探討未來國際智能照明領域相關標準化工作。

3.1.3 國際其他組織

      國際上還有一些組織在積極推動智慧照明的發展，如成立于2012 年的TALQ聯盟，其旨在建立一個可在全球范圍內接受的用于室外照明的中央控制管理系統軟件接口協議，目前已發布TALQ技術規范1.0.2版本。

再如Fairhair聯盟，其旨在指導和簡化樓宇中照明和樓宇自控生態系統向物聯網技術的轉化，并消除關于IT基礎設施、安全性和兼容性方面的擔憂。Fairhair聯盟的六家發起成員——飛利浦照明、路創、西門子、歐司朗、思科和芯科科技意識到單個的樓宇系統服務公司很難打破當前存在的不同的樓宇服務通信標準之間的藩籬，行業更加需要跨領域的通力合作來打造通用的IT和IoT技術，以適合當今樓宇服務中的主流通信標準。Fairhair聯盟并不創建新的或附加的應用層協議，相反，Fairhair聯盟與主流的生態系統如BAcnet、KNX和ZigBee緊密合作，以使這些技術轉化為IoT技術。Fairhair的解決方案將使用支持IPV6的網絡技術，如802.15.4網狀網絡（mesh network），Wi-Fi和以太網。Fairhair聯盟的長期愿景是實現一種低成本、高安全性的基于IP的統一網絡基礎架構，并將其作為可互操作的照明和樓宇自動化系統的基礎。

HomeKit是蘋果公司的一套開放的API和協議集合，整合了siri的語音交互功能，用戶可通過siri語音輸入控制指令，實現對門鎖、燈具、攝像頭、開關插座等智能家居設備的集成化控制，其研發初衷是希望ios設備成為智能家居設備的控制中心，各個廠家的智能家居設備在ios層面相互協作，而無需這些廠家直接進行對接。HomeKit目前主要支持Wi-Fi、BLE及直接連接以太網的智能設備。Allseen Alliance，是由The Linux Foundation主持的一個協作項目，該項目以開源項目AllJoyn為基礎，后者首先由高通發起，其目標是讓各色各樣的設備、應用及服務都能通過各種在線或離線渠道（如WiFi、電線或以太網）進行連接。AllJoyn不需要互聯網連接，且設計為跨操作系統及平臺連接。

此外，Google、三星、松下等巨頭都紛紛推出自己的智能家居平臺，有一系列的產品和標準，囊括智慧照明。

3.2 國內智慧照明標準現狀

國內，有零星的相關標準發布：

中國電力企業聯合會（CEC）發布了6項國家標準

GB/T 34923.1-2017路燈控制管理系統第1部分：總則；

GB/T 34923.2-2017路燈控制管理系統第2部分：主站技術規范；

GB/T 34923.3-2017路燈控制管理系統第3部分：路燈控制管理終端技術規范；

GB/T 34923.4-2017路燈控制管理系統第4部分：路燈控制器技術規范；

GB/T 34923.5-2017路燈控制管理系統第5部分：安全防護技術規范；

GB/T 34923.6-2017路燈控制管理系統第6部分：通信協議技術規范；

 

國家住房和城鄉建設部發布了：CJJ/T 227-2014城市照明自動控制系統技術規范；

國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）發布：

GB/T 35255-2017 LED公共照明智能系統接口應用層通信協議；

CSA 040-2017家居智能照明設備無線通信模塊接口規范；

CSA 041-2017家居智能照明設備功能屬性規范；

CSA/TR 001-2014 LED照明控制系統標準化綜述；

CSA/TR 003-2017家居智能照明系統架構及互聯互通技術；

CSA/TR 004-2017 LED智能家居互聯照明控制協議技術報告；

CSA 045/IGRS 0004.01-201X智能照明體系構架與技術參考模型（征求意見稿）；

CSA 051-201X基于NB-IoT技術的道路照明控制終端接口要求（征求意見稿）；

CSA 052-201X基于NB-IoT技術的道路照明智能控制系統（報批稿）；

CSA 056-201X智能道路照明工程驗收評價及測試方法（提案）；

 

上海市城鄉建設和交通委員會發布了：DG/TJ 08-2182-2015道路LED照明應用技術規范；

深圳市LED產業標準聯盟發布了：

SQL/LSA 004.1-2011 LED路燈智能照明技術規范

第1部分：控制系統；SQL/LSA 004.2-2011 LED路燈智能照明技術規范

第2部分：電力線載波控制子系統：QL/LSA 004.3-2011 LED路燈智能照明技術規范

第3部分：應用層通信協議；SQL/LSA 004.4-2012 LED路燈智能照明技術規范

第4部分：信息安全；

國家照明電器質檢中心技術聯盟（CALT）發布了：CALT 004-2016道路LED照明智能控制系統技術規范（報批稿）。

國家能源局發布了電力行業標準：

DL/T 1398.1-2014智能家居系統第1部分：總則；

DL/T 1398.2-2014智能家居系統第2部分：功能規范；

DL/T 1398.31-2014智能家居系統 第3-1部分：家庭能源網關技術規范；

DL/T 1398.32-2014智能家居系統第3-2部分：智能交互終端技術規范；

DL/T 1398.33-2014智能家居系統第3-3部分：智能插座技術規范；

DL/T 1398.34-2014智能家居系統第3-4部分：家電監控模塊技術規范；

DL/T 1398.41-2014智能家居系統第4-1部分：通信協議-服務中心主站與家庭能源網關通信；

DL/T 1398.42-2014智能家居系統第4-2部分：通信協議-家庭能源網關下行通信；重慶電信研究院發布了：

DB 50/T 488-2013智能家居監控系統測試規范；

DB 50/T 489-2013智能家居監控系統技術要求；中國智能家居產業聯盟發布了：

CSHIA-FC-GW-01智能家居產品互聯互通中間件技術標準；

中國通信標準化協會發布了：YDB 123-2013泛在物聯應用智能家居系統技術要求；

臺灣發布了：

CNS 15652-1-2013智慧照明系統-第1部：系統功能；

CNS 15652-2-2013智慧照明系統-第2部：廣域網路界面；

CNS 15652-3-2013智慧照明系統-第3部：場域網路界面；

CNS 15652-4-2013智慧照明系統-第4部：場域網路設計指引；

CNS 15652-5-2013智慧照明系統-第5部：照明設備。

此外，阿里、京東、小米、華為、海爾和美的等互聯網或家電巨頭都有了自家的云平臺，有一系列的智能單品和標準，涵蓋智慧照明。

四、智慧路燈各子系統標準現狀研究

      目前，智慧路燈處于快速發展期，現階段示范的產品已是照明、顯示屏、光伏、充電樁、傳感器、通信和軟件等產業的跨界合成。未來還將實現硬件可植入、軟件可疊加、應用可拓展等，并可能向更大的領域延伸，如智慧醫療、智慧金融、智慧體育等。

     由于智慧路燈相關技術和市場尚處在不斷地發展變化中，加上跨越多個領域和需要有關管理部門的制度支撐等問題，標準化工作難度很大。上述的多個組織制定的有關智慧照明的標準都各有側重點，智慧照明標準是碎片化的。本節將對智慧路燈主要的幾個子系統進行標準梳理。

4.1照明子系統

    照明子系統的相關標準見表1，可以分為安全標準、電磁兼容標準、性能標準（主要考核LED路燈的光學性能和燈具效能等）、環境標準、現場檢測（對道路的平均亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度、平均照度、照度均勻度、眩光、環境比以及功率密度等提出要求）和綜合標準。

4.2 顯示屏子系統

    顯示屏子系統的相關標準見表2，可以分為安全標準、電磁兼容標準、性能標準（主要針對顏色）、環境標準（包括防水、防塵，高低溫，振動，跌落和鹽霧等）和綜合標準。目前，缺乏標準對智慧路燈用顯示屏的尺寸和最大亮度等進行規范。

4.3 光伏子系統

光伏子系統的相關標準有以下6個：

1)CQC 1602-2013光伏電源供電的LED道路和街路照明系統認證技術規范；

2)GB/T 9535-1998地面用晶體硅光伏組件設計鑒定和定型；

3)GB 24460-2009太陽能光伏照明裝置總技術規范；

4)GB/T 26849-2011太陽能光伏照明用電子控制裝置性能要求；

5)IEC 61730-2:2004光伏（PV）組件安全鑒定第2部分：技術要求；

6)IEC 62124:2004獨立光伏系統-設計驗證。其 中，GB 24460-2009標準要求， 整體結構具有足夠的強度承受10級風荷載試驗，裝置防護等級應大于IP54，4m以上高度的燈桿應具有良好的防雷和接地保護措施，接地電阻應小于30Ω，帶電體與金屬部件之間絕緣電阻應大于2MΩ, 箱體需設計成使用專用工具才能打開的結構 [2]。

4.4 充電樁子系統

充電樁子系統的相關標準有以下5個：

1)GB/T 18487.1-2015電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求；

2)GB/T 20234.1-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第1部分：通用要求；

3)GB/T 20234.2-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第2部分：交流充電接口；

4)GB/T 20234.3-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第3部分：直流充電接口；

5)GB/T 27930-2015電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議。

4.5 傳感器子系統

目前，用于智慧路燈的傳感器主要有MEMS(微機電系統）傳感器、光敏傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器和溫濕度傳感器等，相關的標準并不齊全，主要有以下7個標準：

1)GB/T 7665-2005傳感器通用術語；

2)GB/T 30269.2-2013信息技術傳感器網絡第2部

分術語；

3)GB 10408.5-2000入侵探測器第五部分-室內用被動紅外線探測器；

4)GB 10408.6-2009微波和被動紅外復合入侵探測器；

5)GB/T 30269.701-2014信息技術傳感器網絡第701部分:傳感器接口：信號接口；

6)GB/T 15478-2015壓力傳感器性能試驗方法；

7)GB/T 15768-1995電容式濕敏元件與濕度傳感器總規范。

4.6 音視頻子系統

音視頻子系統的相關標準有以下4個：

1)GB 8898-2011音頻、視頻及類似電子設備 安全要求；

2)GB 20815-2006視頻安防監控數字錄像設備；

3)YD/T 1666-2007遠程視頻監控系統的安全技術要求；

4)YD/T 1806-2008基于IP的遠程視頻監控設備技術要求。

4.7 通信子系統

智慧路燈通信，從通信接入方式上，可以分為有線通信方式和無線通信方式。

有線通信主要方式為：PLC，DALI，DMX512，KNX/EIB，BACNet，RS-485和Ethernet。

無線通信主要方式為：ZigBee，WiFi，Bluetooth，Enocean，UWB， NFC，IRDA[3,4]，和NB-Iot。

本節主要對以下常用的10個通信協議的標準（或者稱之為通信規范）和5個自定義的通信協議進行梳理：

1)PLC（電力線載波）:GB/Z 20177.1-2006 控制網絡LONWORKS技術規范 第1部分：協議規范；GB/Z 20177.2-2006控制網絡LONWORKS技術規范

第2部分：電力線信道規范；GB/Z 20177.3-2006控制網絡LONWORKS技術規范

第3部分：自由拓撲雙絞線信道規范；GB/Z 20177.4-2006控制網絡LONWORKS技術規范

第 4 部分：基于隧道技術在IP信道上傳輸控制網絡協議的規范；

2)DALI（數字可尋址照明接口）：DALI 1：GB/T 30104系列（共12個），等同采用IEC 623861.0版本；DALI2：IEC 62386 2.0版 本， 目前已發布IEC62386-101, 102, 103, 201, 207, 208, 209, 216, 217,218, 222, 224, 301, 302, 303, 304, 332, 333等18個標準，相應的國標正在制修訂中。

3)DMX512（美國舞臺燈光協會發布的一種燈光控制器與燈具設備進行數據傳輸的標準）：WH/T 32-2008DMX512-A燈光控制數據傳輸協議；

4)KNX: GB/T 20965-2013控制網絡HBES技術規范住宅和樓宇控制系統；

5)BACNet（樓宇自動控制網絡數據通信協議）:GB/T 28847.1-2012建筑自動化和控制系統 第1部分：概述；

GB/T 28847.2-2012建筑自動化和控制系統第2部分：硬件；

GB/T 28847.3-2012建筑自動化和控制系統第3部分：功能；

6)RS-485: TIA/EIA-485-A，485總線標準；

7)Ethernet: IEEE802.3, IEEE802.11以太網系列標準，無線局域網系列標準；

8)ZigBee：IEEE802.15.4通信協議，GB/T 15629.15-2010信息技術系統間遠程通信和信息交換局域網和城域網特定要求第15部分：低速無線個域網 (WPAN) 媒體訪問控制和物理層規范（修改采用IEEE802.15.4：2006）；

9)WiFi：IEEE 802.11a/b/g/n通信協議；無應用層協議；Allseen 聯盟成立智能照明工作組，正在定義應用層協議；

10)Bluetooth: IEEE802.15.1：物理層和MAC層規范；無應用層協議。

5個自定義通信協議：

1)TALQ技術規范1.0.2版（中央控制管理系統軟件接口協議）；

2)GB/T 34923.6-2017路燈控制管理系統第6部分：通信協議技術規范；

3)CJJ/T 227-2014城市照明自動控制系統技術規范附錄A城市照明自動控制系統通信協議要求；

4)GB/T 35255-2017LED公共照明智能系統接口應用層通信協議；

5) 深圳市LED產業標準聯盟發布的SQL/LSA004.3-2011LED路燈智能照明技術規范第3部分：應用層通信協議。

4.8 軟件子系統

軟件子系統大體可分為嵌入式軟件和管理服務平臺。

關于嵌入式軟件，相關標準主要有如下4個：

1) GB/T 28169-2011嵌入式軟件C語言編碼規范；

2) GB/T 28171-2011嵌入式軟件可靠性測試方法；

3) GB/T 28172-2011嵌入式軟件質量保證要求；

4) GB/T 30961-2014嵌入式軟件質量度量；

    位于后臺的管理服務平臺是整個智慧路燈系統的大腦，它通過對智慧路燈采集而來的大數據進行分析處理，可以有效地應對城市管理中節能環保、道路交通、市民服務等諸多公共問題，甚至協助打擊犯罪。智慧更多地體現在軟件上。國際上，大公司不但重視智慧路燈的硬件投入，更加重視軟件的開發，如Philips建立了citytouch 云平臺，GE建立了Predix云平臺，并在網絡安全方面投入大量的人力和物力，寄希望于基于云平臺的大數據挖掘來提供服務，如GE在圣地亞哥的智慧路燈項目已提供實時交通信息、停車引導和槍聲檢測等服務。

     與國際大公司相比，國內的智慧照明公司重視硬件的投入，不太重視后臺的軟件，尤其是安全考量和研發投入較少。這些智慧路燈產品在大范圍投入市場后，可能會被安全漏洞摧毀，且漏洞一旦暴露，后期的修復升級成本極高。

2016年央視3•15晚會上揭露大批智能硬件安全漏洞，如大疆無人機被劫持、智能樓宇系統被惡搞、智能家居被隨意控制、智能攝像頭使用戶隱私全無和智能Pos機盜刷銀行卡等。這部分曝光非常有前瞻性，把智能設備的安全隱患擺到消費者面前，不僅是給這個領域的公司、創業者以及嘗鮮的用戶提了個醒，也給這個飛速發展智能硬件行業扎了一針預防針。

關于網絡安全，相關標準主要有如下11個：

1)GB 17859-1999計算機信息系統安全保護等級劃分準則

2)GB/T 25068.1-2012信息技術安全技術IT網絡安全第1部分：網絡安全管理；

3)GB/T 25068.2-2012信息技術安全技術IT網絡安全第2部分：網絡安全體系結構；

4)GB/T 25068.3-2010信息技術安全技術IT網絡安全第3部分：使用安全網關的網間通信安全保護；

5)GB/T 25068.4-2010信息技術安全技術IT網絡安全第4部分：遠程接入的安全保護；

6)GB/T 25068.5-2010信息技術安全技術IT網絡安全第5部分：使用虛擬專用網的跨網通信安全保護；

7)GB/T 20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求；

8)GB/T 25069-2010信息安全技術術語；

9)GB/T 2887-2000電子計算機場地通用規范；

10)GB/T 29234-2012基于公用電信網的寬帶客戶網絡安全技術要求；

11)SQL/LSA 004.4-2012 LED路燈智能照明技術規范第4部分：信息安全。

4.9 電磁兼容

電磁兼容包括了諧波、電壓波動和閃爍、無線電騷擾特性的限值和測量方法、抗擾度、靜電放電抗擾度、浪涌抗擾度和射頻場感應的傳導騷擾抗擾度等項目。目前，智慧路燈的各個硬件子系統都有相應的 EMC標準，但缺少整機的EMC標準。

4.10 現場驗收

4.10.1燈桿

燈桿相關標準有2個：

1) QB/T 5093.1-2016燈桿第1部分：一般要求；

2) QB/T 5093.2-2016燈桿第2部分：鋼質燈桿。以上2個燈桿標準主要對燈桿的機械性能進行考核，如尺寸及公差、檢修門耐沖擊性能、外殼防護等級、抗風和耐腐蝕等。

4.10.2設計

設計相關標準有5個：

1)CJJ 45-2015城市道路照明設計標準；

2)CJJ/T 227-2014城市照明自動控制系統技術規范；

3)CJJ 89-2012城市道路照明工程施工及驗收規程；

4)DG/TJ 08-2182-2015道路LED照明應用技術規范；

5)DG/TJ 08-2033-2008道路隧道設計規范。

五、智慧路燈標準體系框架探討

     智慧路燈是跨界融合的復雜系統，標準體系尚未建立，本節在梳理智慧路燈各子系統標準現狀的基礎上，參考照明行業 [5-11] 和其他行業 [12-14] 的標準體系以及相應的國家標準 [15]，提出了智慧路燈系統標準體系框圖，如圖5所示。

由于智慧路燈融合了微基站、視頻探頭、多媒體屏、信息交互屏、太陽能光伏、傳感器以及LED照明于一體，智慧路燈系統是跨領域的多維復雜系統，具備全新城市照明系統CityPad的功能，是智慧城市的重要載體，這就涉及多部門的管理協調，因此智慧路燈系統標準急需強有力的外部支撐。如顯示屏是否能放置在主干道的路燈上，屏幕尺寸和最大亮度的要求是什么這都需要管理部門給出明確的規范。如智慧路燈底部箱體安裝空間較為局促，需制定相應標準將底部箱體進行分倉設計，高低壓設備和線路進行分倉安置，保證設備和檢修人員的安全 [16]。

對于智慧路燈系統的基本功能，至少應有遠程控制、故障報警和巡檢功能。

對于評價指標，應從節能、健康、安全和舒適等角度來綜合考量，如系統效率、中間視覺效應和光生物效應等。對于子系統的內部支撐，應對多功能燈桿的機械強度進行考核，并規范各子系統的電源線（如220V AC 和12V/24V DC等）和控制線，以及子系統之間交互的接口協議、接線和測試方法等，再對組件間的電磁兼容進行測試。對于現場驗收，應對智慧路燈的基本功能進行測試，并對系統可靠性和網絡可靠性進行考核，如通信丟包率、無線同頻干擾和中繼測試等。

   對于管理，可以分成設施監控、設施管理、生產管理、亮燈策略管理和監控數據管理等，服務于路燈行業管理部門以及行政管理部門等用戶 [17]。

   對于大數據采集、分析、處理，大數據可以包括溫度、濕度、光照、電壓、電流、PM2.5、噪聲、雨量、風速、車流、地震、地下管網、窨井蓋等。

六、智能家居各子系統標準現狀研究

智能家居研發和生產的企業眾多，行業中不乏海爾、美的、松下、三星等知名品牌的參與。但由于市場認可度低，產品技術不成熟，產品質量不穩定，尤其是沒有形成統一的技術框架和標準，各個品牌的設備自成一派，各種產品難以互聯互通。且消費者的智能家居系統出現問題，需要更換配件時，只能選擇之前使用的同一品牌的產品，不能更換其他廠家的產品，這給消費者帶來諸多不便，從而使得智能家居產品和系統僅僅停留在體驗階段，無法實現產業化、規模化。本節將對智慧家居主要的幾個子系統進行標準梳理。

6.1 照明子系統

用于家居智能照明的產品有很多，如LED球泡燈、雙端LED燈、LED反射燈、筒燈、面板燈和吸頂燈等，由于適用標準略有不同，表3以自鎮流LED燈為例，整理了智能家居照明子系統的相關標準。

6.2安防子系統

安防子系統包括門鎖、攝像頭和災害監測（漏水、漏電、漏氣）等，相關的標準有以下6個：

1)YD/T 1666-2007遠程視頻監控系統的安全技術要求；

2)YD/T 1806-2008基于IP的遠程視頻監控設備技術要求；

3)GA/T 645-2006視頻安防監控系統 變速球型攝像機；

4)GB 4715-2005點型感煙火災探測器；

5)GB 4716-2005點型感溫火災探測器；

6)GB 4717-2005火災報警控制器；

6.3 黑色家電子系統

黑色家電，大多指彩電、音響、照相機這類可以為人們提供娛樂生活的產品。黑色家電交互數據量大，需要高速的通信協議，一般采用WiFi。由于產品種類不同，適用標準略有不同，本小節以電視機為例，梳理了黑色家電的相關標準，見表4：

6.5傳感器子系統

與4.5節一樣，智能家居傳感器主要有以下7個標準：

1)GB/T 7665-2005傳感器通用術語；

2)GB/T 30269.2-2013信息技術傳感器網絡第2部分術語；

3)GB 10408.5-2000入侵探測器第五部分-室內用被動紅外線探測器；

4)GB 10408.6-2009微波和被動紅外復合入侵探測器；

5)GB/T 30269.701-2014信息技術傳感器網絡第701部分：傳感器接口：信號接口；

6)GB/T 15478-2015壓力傳感器性能試驗方法；

7)GB/T 15768-1995電容式濕敏元件與濕度傳感器總規范。

6.6通信子系統

智能家居通信，從通信接入方式上，也可以分為有線通信方式和無線通信方式。

有線通信主要方式為：PLC，DALI，DMX512，KNX/EIB，BACNeT，RS-485和Ethernet。

無線通信主要方式為：ZigBee，WiFi，Bluetooth，thread，Enocean、Z-Wave和NB-IoT。

本節主要對以下常用的13個通信協議的標準（或者稱之為通信規范）和3個自定義的通信協議進行梳理：

1)PLC（電力線載波）:GB/Z 20177.1-2006 控制網絡LONWORKS技術規范 第1部分：協議規范；GB/Z 20177.2-2006控制網絡LONWORKS技術規范第2部分：電力線信道規范；GB/Z 20177.3-2006 控制網絡LONWORKS技術規范第3部分：自由拓撲雙絞線信道規范；GB/Z 20177.4-2006控制網絡LONWORKS技術規范第4部分：基于隧道技術在IP信道上傳輸控制網絡協議的規范；

2)DALI（數字可尋址照明接口）：

3)DALI 1：GB/T 30104系列（ 共12個），等同采用IEC62386 1.0 版本；DALI 2：IEC 62386 2.0版 本，目前已發布IEC 62386-101, 102, 103, 201, 207, 208, 209, 216, 217,218, 222, 224, 301, 302, 303, 304, 332, 333等18個標準，相應的國標正在制修訂中。DMX512（美國舞臺燈光協會發布的一種燈光控制器與燈具設備進行數據傳輸的標準）：WH/T 32-2008DMX 512-A燈光控制數據傳輸協議；

4)KNX: GB/T 20965-2013控制網絡HBES技術規范住宅和樓宇控制系統；

5)BACNet（樓宇自動控制網絡數據通信協議）:GB/T 28847.1-2012建筑自動化和控制系統第1部分：概述；GB/T 28847.2-2012建筑自動化和控制系統第2部分：硬件；GB/T 28847.3-2012建筑自動化和控制系統第3部分功能；

6)RS-485: TIA/EIA-485-A，485 總線標準；

7)Ethernet: IEEE 802.3, IEEE 802.11以太網系列標準，無線局域網系列標準；

8)ZigBee：IEEE 802.15.4通信協議，GB/T 15629.15-2010信息技術系統間遠程通信和信息交換局域網和城域網特定要求第15部分：低速無線個域網 (WPAN) 媒體訪問控制和物理層規范（修改采用IEEE 802.15.4：2006）；

9)WiFi：IEEE 802.11a/b/g/n通信協議；無應用層協議；Allseen 聯盟成立智能照明工作組，正在定義應用層協議；

10)Bluetooth: IEEE 802.15.1：物理層和MAC層規范；無應用層協議。

11)thread:IEEE 802.15.4：物理層和MAC層規范；采用IETF定義的 6lowpan適配協議；沒有定義應用層協議，應用層協議可以采用其他標準組織定義的協議比如Zigbee，Alljoyn，IPSO等；

12)Enocean:唯一使用能量采集技術的無線通信標準；規范了協議棧中最底3層：物理層、數據鏈路層和網絡層的通訊協議；ISO/IEC14543-3-10:2012Information technology-Home electronic system (HEs)architecture-Part 3-10: Wireless short-packet(WsP) protocol optimised for energy harvesting -Architecture and lower layer protocols；ISO/IEC 14543-3-11:2016 Information technology-Home electronic system (HEs)architecture-Part 3-11: Frequency modulated wireless short-packet (FMWsP) protocol optimized for energy harvesting - Architecture and lower layer protocols；

13)Z-Wave:工作頻段為908.42 MHZ( 美國 )，868.42MHZ( 歐洲 )，數據傳輸速率為9.6 kbps；始終專注于家庭應用，協議結構相對簡單；相對封閉；

3個自定義通信協議：

1) 國家能源局發布的DL/T 1398.41-2014智能家居系統第4-1部分：通信協議 - 服務中心主站與家庭能源網關通信；

2) 國家能源局發布的DL/T 1398.42-2014智能家居系統第4-2部分：通信協議-家庭能源網關下行通信；

3) 中國智能家居產業聯盟發布的CSHIA-FCGW-01智能家居產品互聯互通中間件技術標準。

6.7軟件子系統

軟件子系統大體可分為嵌入式軟件和管理服務平臺。關于嵌入式軟件，相關標準主要有如下4個：

1) GB/T 28169-2011嵌入式軟件C語言編碼規范；

2) GB/T 28171-2011嵌入式軟件可靠性測試方法；

3) GB/T 28172-2011嵌入式軟件質量保證要求；

4) GB/T 30961-2014嵌入式軟件質量度量；

關于網絡安全，相關標準主要有如下11個：

1)GB 17859-1999計算機信息系統安全保護等級劃分準則

2)GB/T 25068.1-2012信息技術安全技術IT網絡安全第1部分：網絡安全管理；

3)GB/T 25068.2-2012信息技術安全技術IT網絡安全第2部分：網絡安全體系結構；

4)GB/T 25068.3-2010信息技術安全技術IT網絡安全第3部分：使用安全網關的網間通信安全保護；

5)GB/T 25068.4-2010信息技術安全技術IT網絡安全第4部分：遠程接入的安全保護；

6)GB/T 25068.5-2010信息技術安全技術IT網絡安全第5部分：使用虛擬專用網的跨網通信安全保護；

7)GB/T 20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求；

8)GB/T 25069-2010信息安全技術術語；

9)GB/T 2887-2000電子計算機場地通用規范；

10)GB/T 29234-2012基于公用電信網的寬帶客戶網絡安全技術要求；

11)SQL/LSA 004.4-2012 LED路燈智能照明技術規范第4部分：信息安全。

七、智慧家居標準體系框架探討

智能家居是一個多行業交叉覆蓋的系統工程，各設備廠家按照不同的接口標準與協議生產設備，其結果是不同設備之間的互聯、互通變得非常困難。因此，建立共同遵循的標準與協議是發展智能家居必須首先解決的問題 [18]。本節在梳理智能家居各子系統標準現狀的基礎上，參考照明行業 [5-11] 和其他行業 [12-14] 的標準體系以及相應的國家標準 [15]，提出了智能家居系統標準體系框圖，如圖6所示。智能家居系統包括了照明、窗簾、白色家電、黑色家電、安防、能源管理、環境監測、健康管理、通信和軟件等子系統。

八、小結

智慧路燈已成為智慧城市的重要發展趨勢，而智慧路燈的建設是一項長期的、復雜的系統工程，從技術上來看，智慧路燈是多學科多領域交叉融合的產品；從管理上來看，它涵蓋市政、交通、公共安全、環境和照明等多個方面；從服務上來看，它可以提供大數據采集分析處理、公共信息發布、導航定位和無線上網服務。其中，標準化是支撐智慧路燈建設的重要手段，標準化可以有效規范智慧路燈的規劃、設計、建設、運行及設備制造，促進技術的產業化和商業化，避免資源浪費和重復投入。

因此，本文在在梳理智慧路燈和智能家居各子系統標準現狀的基礎上，參考照明行業和其他行業的標準體系以及相應的國家標準，首次提出了智慧路燈和智能家居系統標準體系框架，為有待制訂的智慧照明標準指明了方向，旨在為建立完整的智慧照明標準體系提供指南。

值得一提的是，標準體系的編制是動態的，雖然目前的標準體系框架考慮了近期和長遠的需求，但隨著技術的不斷發展，也應該實時進行適當的調整，這樣才能日臻完善 [12]。

 

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