提高能源效率和环境可持续性的绿色物联网

人类交流起源于说话和写作的能力。从那时起，人类已经设计出新的通信形式，以寻找一种有效且高效的通信方式。这项技术取得了显着进步，也催生了收音机、电话、计算机、移动电话和互联网等新发明。随着第一台便携式计算机、互联网、手机、机器对机器 (M2M) 技术走向物联网 (IoT) 的出现，20世纪标志着“连接的兴起”。

数字时代最激进的创新——互联网，已经彻底改变了通信和连接。只需单击一下，它就向我们打开了世界。机器对机器(M2M)的时代带来了相互通信的互联设备，使我们的生活更加便利。互联网现在已经广泛存在于日常用品中，例如食品包装、家具、手表、家用电器等等。支持物联网的设备通过提高能源消耗和其他成本的效率，为新的商业模式和创收机会提供了巨大的潜力。

而当务之急是制定优先考虑资源保护和环境治理的做法和程序，同时加强大气脱碳工作。绿色物联网 (GIoT) 代表物联网设备为实现可持续和更安全的世界而采用的节能程序。

物联网的环境影响

一位未来学家在 1990 年很好地预言了“一切都将与其他一切相连”。物联网的发展改善了全球不同设备之间的连接性。它通过将普通设备转换为智能设备，为减少能源浪费做出了巨大贡献，它们能够收集能源数据，然后可以对其进行分析，以提高交付和效率，以增强环境弹性。

因此，物联网推动构建智能技术，通过优化使用传统能源、材料再利用和回收产品来促进环境可持续性；从而进一步减少废物和碳排放。可持续解决方案包括智能家居、智能医疗、智能农业和智慧城市等。物联网的积极影响是提高生活质量，同时提高环境可持续性举措。

当然，事情总有两面性。数十亿物联网设备产生和发送大量数据，这些数据在通过网络时累积需要大量能量。这些设备大多使用电池供电。电池需要更换的频率越高，最终进入垃圾填埋场的电池就越多。这些推动了与环境可持续性相关的问题以及更负责任地使用资源和以减少浪费的方式组织流程的挑战。

绿色物联网

互联网已经改变了通信、连接性、知识可及性、社交互动和数字技术。尽管单个互联网搜索或电子邮件所需的能量很小，但随着全球互联网的使用，累积的二氧化碳排放量会急剧上升。每种数字技术都会排放二氧化碳、甲烷、臭氧和氯氟烃 (CFC) 等温室气体，从而进一步导致全球变暖。

根据研究，电子产品、互联网和支持它们的系统的碳足迹约占全球温室气体排放量的 3.7%。在温室效应中，浓缩的气体吸收能量，从而提高全球温度。

物联网设备的使用不断增加，配备了额外的传感和通信附件，消耗大量能源并导致更多碳排放。现在需要是一种优先考虑资源保护和环境治理并加强大气脱碳工作的方法。物联网的未来挑战是制定可持续利用物联网的流程和政策，以减少温室效应并进一步优化物联网碳足迹。

绿色物联网 (GIoT) 代表物联网采用的节能应用（硬件和软件），以促进减少现有应用和服务以及物联网设备的能源消耗和碳排放，以实现可持续的智能世界。

绿色RFID标签、绿色传感器网络、绿色云计算网络等绿色技术已成为绿色物联网研究的重要组成部分。如今，企业组织被激励使用更多的自然或可再生能源，如太阳能和风能。人工智能等技术以及数学算法正在使物联网更加直观和用户友好。

作为绿色物联网运动的一部分，正在开发基于人工智能 (AI) 的能源和设施管理软件。物联网使用大量传感器和微处理器。它也正在采用纳米技术设计更小的纳米级设备，以提高功能、能源效率和准确性，同时减小尺寸。

更环保的解决方案

不同的垂直行业使用物联网技术通过优化其运营来构建更环保的解决方案，以实现更大的可持续性和更低的能源成本：

支持物联网的远程监控系统对于建立预防性医疗保健服务以改善社会非常重要。它使用大数据和分析来更快地诊断健康问题，并在系统成本方面降低医院的医疗费用，在实际访问医院方面降低患者的医疗费用。智能电表和实时用电量监控，收集、存储数据并将数据发送到智能手机，以管理能源和水的消耗。

使用低功耗、远程物联网解决方案管理家庭用水是具有成本效益的。智能传感器通过云共享实时读数，并在出现问题时自动关闭。使用传感器数据分析为灌溉应用的植物智能浇水。智能灌溉涉及使用低成本的物联网设备来创建网络物理系统，该系统可以根据实时收集的分析和数据为植物浇水。传感器跟踪不同的参数，如土壤湿度、湿度和温度，以便为植物提供适量的水。它通过在质量不变的情况下节省水和人力来支持环境的可持续性。

研究人员将敏捷方法和物联网方法相结合的混合方法应用于智能灌溉作为案例研究。它减少了灌溉总用水量，并改善了对植物状况和水库水位的实时跟踪。边缘计算和机器学习技术也已与物联网一起用于预测植物的浇水需求。基于传感器的智能垃圾箱可以阻止公共场所的垃圾溢出。可以使用基于物联网的方法优化废物管理，其中传感器持续实时监控智能垃圾箱的填充水平。数据在物联网中间件中存储和处理，通过优化的废物收集路线为收集提供信息。该移动应用程序帮助垃圾车司机生成优化的垃圾路线，市民可以使用该应用程序进行处置控制。

例如，印度政府发起了一项名为“Swachh Bharat Abhiyan”的运动，以清洁该国 4041 个城市的街道、道路和基础设施。物联网解决方案有助于构建配备传感器的智能垃圾箱，以感知垃圾箱中的垃圾水平，并向有关当局发出清理垃圾的警报。此外，基于物联网的解决方案有助于生成高效的垃圾车路线，有助于节约能源。共享移动服务、共享电动滑板车、电动自行车和汽车的物联网连接。全球各国都在支持将全球物联网解决方案集成到微型交通领域，以减少交通拥堵和污染，并实时遵守政府法规。这些无桩电动滑板车使用物联网驱动的 GPS 跟踪器和传感器，用于跟踪、可用性和网络覆盖。

人工智能、云计算和计算机视觉正在与物联网相结合，为可持续交通服务开发更加气候友好和持久的解决方案。这些技术一起可以解决不断变化的法规、人行道检测和车辆盗窃等问题。基于物联网的空气面板设备，可提供更新鲜的空气、更好的健康和更有效的建筑通风。物联网传感技术可以改善内部空气质量和自然通风，同时节省能源并延长预期寿命。基于物联网的系统可以监测空气质量数据并执行基于云的实时计算，以同时评估和控制环境空气质量。

所有基于物联网的解决方案都是硬件和软件解决方案。该软件通常是移动应用程序，使用户能够监控、控制和协助决策。

绿色物联网生命周期

绿化物联网是指使用尖端的 ICT 技术，利用基础设施和存储使物联网环境友好，同时允许用户收集、存储、访问和管理各种类型的信息；以节省用于设计、制造和分销 ICT 设备和装置的能源。最终，重点是使 IT 硬件更加节能和环保。

但是，软件在环境保护方面也起着至关重要的作用。正在开发的算法和软件更加复杂，并且会影响硬件的能耗。研究表明，为自然语言处理 (NLP) 训练各种神经网络模型的准确性提高会导致大量能源消耗。

绿色物联网生命周期主要集中在绿色设计、绿色生产、绿色部署和绿色处置或绿色回收，将对环境的负面影响降至最低。为了实现万物智能和智能世界的可持续发展，绿色物联网需要减少二氧化碳排放和提高能源效率。它涉及设计和利用绿色方面。

绿色物联网的设计组件包括开发节能计算设备、通信协议和网络架构。绿色物联网不仅涉及物联网中的绿色，还涉及物联网中的绿色。物联网中的绿色化意味着硬件和软件产品的绿色设计。绿色设计涉及软件设计，最大限度地减少对环境的影响，并且应该是可重复使用的，具有最少的计算和内存资源需求。

GIoT的关键使能技术包括绿色标签、绿色传感网络、绿色M2M、绿色数据中心和绿色云计算。

RFID标签是实现物联网的有前途的无线系统之一。它是一个包裹在不干胶标签中的小型微芯片，连接到收音机，用于接收和传输信号。无源标签缺乏内置电池，必须使用感应原理从阅读器信号中获取能量，而有源标签则配备电池，可为信号传输提供动力并扩展传输范围。

RFID 在通过减少车辆排放、节约建筑物能源使用、改善废物处理等有助于促进绿色世界的应用中发挥着重要作用。

标签难以回收，进一步使得回收它们所附的物品具有挑战性。绿色 RFID 专注于减小 RFID 标签的尺寸，以便在其生产中使用更少的不可生物降解材料。日立推出了尺寸小于 0.4 mm2 的 μ-tag。其他绿色倡议包括生产可生物降解的 RFID 标签、可打印标签和纸质 RFID 标签。

无线传感器网络 (WSN) 是物联网发展的主要使能技术，是传感和无线通信融合的结果。它已被提议用于各种应用，如对象跟踪、火灾探测和环境监测。

一个WSN通常由一定数量的传感器节点和一个基站（BS）（即汇节点）组成。传感器节点处理能力低、功率有限、存储容量有限，而基站则非常强大。传感器节点配备了多个板载传感器，这些传感器从环境中读取温度、湿度、加速度等读数，然后相互协作以传递传感数据。

实现绿色物联网的绿色无线传感器网络侧重于提高能源效率、减少中继节点、延长网络寿命和改善系统预算。这可以通过采用无电池无线解决方案来实现，在这种解决方案中，数据通信可以在超低功率下进行，并利用从环境中产生能量的能量收集机制（太阳、动能、温差等）。

消除电池将减少电池内有毒物质的暴露，并为绿色系统铺平道路。当不需要时，传感器节点可以最佳地进入睡眠模式以节省能源消耗。能量感知必须包含在整个网络的通信传感器节点组以及单个节点中。用于无线电优化、数据缩减和路由的各种节能技术的研究正在进行中，如传输功率控制、协作通信、网络编码、数据聚合、聚类等。

在云计算中，资源被视为服务并且可以按需使用。云计算服务用于满足对物联网不断增长的需求。为了为物联网范式提供基础设施，数据中心正在成为最大的能源消耗者之一，从而导致更多的环境问题和二氧化碳排放。绿色云计算策略可减少物联网设备的能耗，而不会降低其性能。在这方面，应该进行低能耗硬件的生产和高能效的软件设计。

绿色编码和低代码开发以及自动化软件质量监控正在发展成为技术提供商的下一个合乎逻辑的步骤，最大限度地减少软件的能源消耗，从而限制潜在的环境影响。语言、人工智能模型和软件开发技术的选择也有助于开发更环保的软件。

绿色编码基于绿色逻辑的架构原则，如零浪费代码、利益驱动的视觉内容、低占用资源；涉及敏捷和精益方法的更环保的方法论；以及用于开发和运行代码的平台。开发人员应专注于删除代码中未使用的功能和低效循环，并根据操作需求限制应用程序的计算准确性，并监控其实时能耗。

包括埃森哲、GitHub、微软和 ThoughtWorks 在内的几家公司已承诺为应对全球气候危机做出贡献，因此可持续性成为软件团队的核心优先事项，与性能、安全性、成本和可访问性同样重要。他们联合成立了非营利性绿色软件基金会，以促进绿色软件开发，他们的主要优先事项是减少碳排放的可持续软件。开发人员可以使用英特尔的 Power Gadget、PowerLog 和 Powerstat 等工具和资源来测量和管理能耗。英特尔的软件开发助手允许开发人员在系统执行其应用程序中的特定工作负载时从系统中进行能量测量并确定其效率。

应采用资源虚拟化、节能资源分配和任务调度机制来提高利用效率。可以使用的系统资源数量通过虚拟化以可持续的方式增加。它有助于服务器组最大限度地提高资源共享能力，并实现更好的资源监控和管理。虚拟机监视器或管理程序用于资源虚拟化。VMware Fusion、MS Hyper-V、VMware Workstation 和 Vagrant 是一些流行的虚拟化工具。

纳米数据中心比传统数据中心更节能。它们有助于降低散热成本，具有较高的服务接近性，并具有自适应或自我扩展能力。机器学习可以大大减少对数据中心冷却的需求。

无人机对于物联网的绿化至关重要。它提供了有效的能源利用，从而降低了物联网设备的功耗。物联网设备需要大量传输功率来远距离中继数据。因此，无人机可以靠近物联网设备来收集、处理数据并将其发送到位于不同位置的另一台设备。使用基于无人机的 WSN 收集数据的方法已成功地降低了飞行时间、能耗和数据收集延迟。

由于物联网，机器对机器或 M2M 的世界，通信正在迅速增长，而且大多是无形的。从电灯开关到冰箱、公用电表到停车位的智能对象网络都配备了传感器，能够相互通信、进行测量和做出决策。全球有数十亿台联网设备消耗大量能源。

绿色M2M专注于使用节能技术智能调整传输功率，设计高效的通信协议，根据工作负载变化进行活动调度，并采用能量收集。福特与 AT&T 合作，为其电动汽车配备无线连接和专用应用程序，允许车主监控和控制车辆充电设置、计划单站或多站行程、定位充电站以及预热或冷却汽车。支持无线的车队管理和遥测技术可帮助卡车和物流公司减少道路上空载或未充分利用的卡车的数量。

绿色物联网原则

普通人可以遵循的为绿色物联网做出贡献的原则既简单又环保。首先，节约能源以拯救地球。关闭不需要的设施。人们倾向于使用在线视频入睡，这对数据中心提出了不必要的需求，并损害了气候。为了节能，WSN 使用睡眠调度来使传感器节点根据其使用要求动态睡眠和唤醒。

然后，只发送需要的数据，因为数据传输，尤其是流媒体视频，会消耗相当多的能量。一分钟的手机通话比发送短信的碳足迹略大，但互联网视频通话的碳排放量要高得多。基于用户行为分析的预测数据交付可用于仅向用户提供所需的数据。此外，应尽可能压缩和聚合数据，同时为媒体和图像使用较小的尺寸。在具有大量用户群的移动应用程序上降低屏幕图像的分辨率可以节省大量能源。

数据路径的长度应该使用节能路由方案和无线通信的架构设计来最小化，例如使用中继节点来监听传输并将信号中继到目标节点，从而提高能源效率。

遵循绿色物联网的另一种方法是权衡通信处理。在各种无线传感器设备的帮助下，物联网产生了各种海量、多源、异构和稀疏的数据集。数据融合主要用于减少数据规模，优化数据流量，提取有价值的原始数据，从而增强物联网服务并提供智能服务。

面向绿色通信，认知无线电（CR）系统等先进的通信技术能够感知环境并通过软件和硬件操作改变其操作模式，能够提高频谱使用效率并最大限度地减少频谱过度拥挤使用的问题。MIMO（多输入多输出）是一种在无线通信中用于发送和接收的高效传输技术。多个传输源的组合提高了更高的数据速率和系统效率。

所有个人和组织都应重视风能、太阳能、水能、地热能等可再生绿色能源的使用。使用可再生的绿色能源将通过最大限度地减少二氧化碳的排放对环境产生积极影响。

低代码开发与自动化软件质量监控相结合将为可持续发展的社会铺平道路。它将旨在删除或重构未使用的功能并提高能源效率并使软件更易于维护。还要尝试根据底层设备电源模式或其他环境和操作条件调整整个应用程序或软件组件的行为。监控应用程序的实时能耗，以确定可以优化以减少排放的软件模块。

最后，不要纵向思考，而要横向思考。市场上有多种物联网解决方案可确保针对特定问题提供可快速部署的端到端解决方案。如果这些解决方案被证明是一次性的，不能或不与当前或未来的系统交互，它们最终可能会变成浪费并需要更换。因此，在设计和规划物联网项目时，重要的是要考虑随着应用程序和用例随着时间的推移如何重用通用平台、基础设施甚至单个设备。此类问题的示例包括智能停车和动态街道照明。

绿色物联网的未来

绿色物联网将在未来将我们的生活转变为更绿色、更健康的环境，在社会和环境上可持续、更智能、更安全。目前，最令人兴奋的领域集中在绿色网络和通信、绿色设计和绿色物联网安装、绿色服务和应用、节能技术和绿色本地化等绿色领域。能量收集和开发低功耗芯片组等能源问题是绿色物联网发展的核心。

从传感器到移动云的传输数据会更有用。WSN 通过传感器云架构与移动云集成。这种绿色物联网技术将帮助城市通过物联网变得更加环保。此外，绿色社交网络即服务 (SNaaS) 可以提高系统的能源效率、服务供应、传感器网络和基于云的 WSN 管理。

M2M 在节约能源和有害排放方面至关重要。为了使自动化系统正常工作，智能机器必须变得更智能。在交通拥堵的情况下，必须在立即采取适当措施的同时最大限度地减少机器自动化延迟。

物联网系统的绿色设计能够发挥其作为“绿色”技术的潜力，对于帮助组织实现其可持续发展目标至关重要。这可以通过结合远程连接、低功耗和低成本设备，对物联网产品、物联网项目和解决方案进行细致的规划和设计来实现。

研究领域包括开发新型、更高效、紧凑的储能装置，如电池、燃料电池和印刷/聚合物电池。此外，开发耦合能量传输方法和能量转换的新能源发电装置也是一个值得关注的话题。

为了实现物联网的绿色化，有必要使用更少的能源，寻找新的资源，减少物联网对人类健康的负面影响，并减少对环境的破坏。然后，绿色物联网可以为可持续、智能和绿色环境做出巨大贡献。

如今，包括中国在内，绿色环保已成为全球建筑行业的发展目标之一，由千家网主办的2022年第23届中国国际建筑智能化峰会将于近期正式拉开帷幕，本届峰会主题为“数智赋能，碳索新未来”，其中如何打造更低碳、更环保的智能建筑将成为本届峰会主要探讨的主题之一。

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欢迎建筑智能化行业同仁报名参会，分享交流！

报名方式

西安站（11月08日）：https://www.huodongxing.com/event/4638585444400

成都站（11月10日）：https://www.huodongxing.com/event/5657854318600

上海站（11月23日）：https://www.huodongxing.com/event/3638582473900

北京站（11月25日）：https://www.huodongxing.com/event/4638577546900

广州站（12月08日）：https://www.huodongxing.com/event/2638587914600

更多2022年峰会信息，详见峰会官网：http://summit.qianjia.com/

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