智慧城市中的智慧水資源/能源/交通/建筑管理等均是通過(guò)一個(gè)中央系統(tǒng)建立起來(lái)的。遍布城市的傳感器網(wǎng)通過(guò)感測(cè)物理環(huán)境中的活動(dòng)將數(shù)據(jù)饋送到該集中式系統(tǒng)或中央控制中心。在控制中心，數(shù)據(jù)被處理和存儲(chǔ)為有意義的信息。這一信息由城市政府各部門(mén)共享，為各部門(mén)協(xié)調(diào)和科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

  聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，對(duì)吧？但操作起來(lái)絕非易事。

   建設(shè)可持續(xù)、高效能的智慧城市面臨的最大挑戰(zhàn)便是將不同設(shè)備、技術(shù)和現(xiàn)存通信技術(shù)設(shè)施整合為一個(gè)有機(jī)整體。

   智能城市的信息通信技術(shù)（ICT）架構(gòu)有4層：傳感層、通信層、數(shù)據(jù)層和服務(wù)層。

   第一層：傳感層

     傳感層擁有遍布城市各個(gè)角落的IoT節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集物理環(huán)境下各類(lèi)活動(dòng)的數(shù)據(jù)。一個(gè)IoT節(jié)點(diǎn)由傳感器、微芯片、電源供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)運(yùn)行條件分為兩類(lèi)：

• 限制性節(jié)點(diǎn)：在低功率環(huán)境下運(yùn)行，處理能力和數(shù)據(jù)傳送速率較弱。
• 非限制性節(jié)點(diǎn)：能量功耗、處理速度和數(shù)據(jù)傳送速率均無(wú)運(yùn)行限制

  節(jié)點(diǎn)根據(jù)運(yùn)行環(huán)境和條件可自由切換于限制性和非限制性之間。舉個(gè)例子：一個(gè)近距離傳感器節(jié)點(diǎn)放在小型辦公樓停車(chē)場(chǎng)里，則為限制性；放在大型停車(chē)場(chǎng)里，則為非限制性。

   IoT節(jié)點(diǎn)通過(guò)傳感器感應(yīng)周?chē)h(huán)境，將數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)層送往數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)交換時(shí)，非限制性節(jié)點(diǎn)以可擴(kuò)展標(biāo)示語(yǔ)言 (XML)格式發(fā)送數(shù)據(jù)，該格式由于傳輸數(shù)據(jù)解析復(fù)雜耗時(shí)，不適用于限制性節(jié)點(diǎn)。除此之外，XML的文本性質(zhì)也不適用于CPU受限的節(jié)點(diǎn)。

   為解決這一問(wèn)題，萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟(W3C)發(fā)布了高效XML交換(EXI)格式，由此一來(lái)，限制性檢點(diǎn)就可以通過(guò)使用XML兼容的開(kāi)放數(shù)據(jù)格式來(lái)實(shí)現(xiàn)本地支持和信息產(chǎn)出。

   EXI有兩種編碼方式：

• 模式未知編碼：XML數(shù)據(jù)直接編碼，然后由EXI處理器解碼，無(wú)需提前知曉被編碼數(shù)據(jù)；
• 模式已知編碼：編碼/解碼開(kāi)始前，XML模式共享給兩個(gè)EXI處理器。共享的模式允許EXI處理器為XML標(biāo)簽發(fā)放數(shù)字標(biāo)識(shí)符，在此編碼基礎(chǔ)上構(gòu)建EXI語(yǔ)法。

    模式已知的EXI處理器可實(shí)現(xiàn)任何限制性IoT節(jié)點(diǎn)的無(wú)縫整合，由此一來(lái)限制性IoT節(jié)點(diǎn)不僅可讀取EXO格式，還可切換為多功能IoT節(jié)點(diǎn)。

   第二層：通信層

   每個(gè)智能城市系統(tǒng)都有10億個(gè)IoT節(jié)點(diǎn)，分布在整個(gè)城。提供128位地址的IPv6幫助實(shí)現(xiàn)了 這一點(diǎn)。

   但I(xiàn)Pv6（給IoT節(jié)點(diǎn)分配地址）不適用于受限設(shè)備，所以采用6LoWPAN（低功率個(gè)人局域網(wǎng)）。

   IPv6和6LoWPAN的無(wú)縫切換離不開(kāi)連接在6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)上的橋接路由器。橋接路由器將某個(gè)節(jié)點(diǎn)的IPv6數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為6LoWPAN，反之亦然。

   由于大量的IoT節(jié)點(diǎn)分布在一個(gè)城市，因此建立需要一種可靠的通信技術(shù)，覆蓋廣闊的地理區(qū)域并且可以處理大量的數(shù)據(jù)流量。單一的通信技術(shù)無(wú)法兼顧限制性和非限制性節(jié)點(diǎn)，于是對(duì)于非限制性節(jié)點(diǎn)使用WiFi，光纖、以太網(wǎng)、寬頻電力線等傳統(tǒng)的LAN、MAN和WAN通信技術(shù)，以及UMTS和LTE等移動(dòng)通信技術(shù)。這些技術(shù)可靠度高，傳輸速率快、延遲時(shí)間短。

   另外，限制性節(jié)點(diǎn)的傳輸速率小于每秒1兆比特(1 mbit/sec)，用于限制性節(jié)點(diǎn)更可靠的通信技術(shù)是IEEE 802.11低功率，藍(lán)牙低功耗，IEEE 802.15.4，藍(lán)牙，PLC，RFID和NFC。

   第三層：數(shù)據(jù)層

   數(shù)據(jù)層相當(dāng)于智慧城市的“智慧層”了。只要城市數(shù)據(jù)井然有序，即使是特大智慧城市也能高效、有效運(yùn)行。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，下列條目的數(shù)據(jù)庫(kù)要分開(kāi)維護(hù)：

• 所有IoT節(jié)點(diǎn)
• 所有控制節(jié)點(diǎn)的部門(mén)（比如控制水資源管理節(jié)點(diǎn)的部門(mén)）
• 向各部門(mén)傳送部門(mén)對(duì)應(yīng)的信息

  數(shù)據(jù)層的根基是借助不同數(shù)據(jù)模型來(lái)處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)模型包括：

• 預(yù)測(cè)模型：屬于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析過(guò)去和當(dāng)下的數(shù)據(jù)，從而預(yù)測(cè)未來(lái)；
• 描述模型：描述現(xiàn)實(shí)世界的動(dòng)態(tài)及其影響因素之間的關(guān)系；
• 決策模型：在決策因素和可能的結(jié)果之間建立聯(lián)系，預(yù)測(cè)決策的后果。

  這些預(yù)測(cè)幫助市政府以數(shù)據(jù)為依據(jù)，推出前瞻性的決策。

   數(shù)據(jù)層也包括企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)系統(tǒng)——主要控制市政府各部門(mén)之間的數(shù)據(jù)流。

  第四層：服務(wù)層

  服務(wù)層相當(dāng)于跨部門(mén)指揮中心。水資源管理、電力供應(yīng)、污染控制、交通運(yùn)輸?shù)炔块T(mén)通過(guò)建立在這一層的網(wǎng)絡(luò)門(mén)戶/移動(dòng)應(yīng)用來(lái)共享信息。服務(wù)層不僅支持政府部門(mén)間的信息共享，還將部分重要信息公之于眾，使得非政府實(shí)體也可以提高自身的服務(wù)質(zhì)量，建設(shè)更好的智慧城市。

   為維持發(fā)展，很多城市每天為各種問(wèn)題搞得焦頭爛額，最終才發(fā)現(xiàn)最完美的解決方案在于擁抱技術(shù)。巴塞羅那、特拉維夫、阿姆斯特丹、首爾和斯德哥爾摩的智慧城市項(xiàng)目可謂是擁抱技術(shù)的成功典范。