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基于NB-IoT 的智慧水务建设探讨

来源:时间:2018.01.26 10:07

NB-IoT 的发展背景


物联网(IoT)是在互联网基础上延伸与扩展的一种网络,其按照事先约定的协议,利用信息传感设备将世间万物与互联网连接起来,进行物与物、人与物之间的信息交换和通信,从而进一步实现智能化识别、定位、跟踪、监测控制和管理。IoT既包括一些高速率业务,也包括一些低速率业务。带宽超过155 kbps以上的网络一般被称为宽带网络,窄带是相对于宽带而言的,窄带的特点是接入速度慢,传输速率低。低速率业务市场通常基于低功耗广域网技术。根据频谱是否授权,低功耗广域网技术又可分为工作于未授权频谱的技术与工作于授权频谱的技术,NB-IoT工作于授权频谱下。由于低速率业务占据了大量的IoT 业务,NB-IoT的需求空间巨大。


NB-IoT 主要技术特点与关键属性


NB-IoT 的主要技术特点包括广覆盖、强链接、低功耗、低成本。下面分别进行具体介绍:

广覆盖。在同样的频段下,NB-IoT比现有无线技术的覆盖面积更广,可以扩大到100 倍。由于采用重传和低阶调制等机制,其穿透性能更好。对于构筑物内、地下管网、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

强链接。与现有的无线技术相比,在同一个基站的情况下,NB-IoT能够提供的接入数更多。NB-IoT 一个扇区就可以支持10万个NB-IoT终端连接。

低功耗。NB-IoT功耗仅为2G的1/10,NB-IoT 终端模块的待机时间长,能够达到10年。

低成本。NB-IoT 可以重用站点基础设施,可以复用射频和天线,因此部署成本能够降低。另外对于NB-IoT 芯片来讲,低速率、低功耗、低带宽的技术特点也可以使得相关模块的成本得到降低。根据NB-IoT 的主要技术标准,其相应具有以下几个关键属性:低速率属性、高时延属性、低频次属性、移动性弱的属性。


NB-IoT 在水务行业的潜在应用场景


考虑到NB-IoT 技术的具体特性, NB-IoT 比较适合应用于低功耗/长待机、深覆盖、大容量有需求的低速率业务。另外,由于NB-IoT移动性较弱,更适合静态或非连续移动、非实时传输数据的业务场景,并且这些业务对时延也并不是很敏感。具体到水务行业,可以考虑应用NB-IoT 的业务类型和业务场景如下:


自主异常报告业务类型。如智能消火栓、智能井盖等设备状态异常的通知报警等,上行数据极小数据量需求(十字节量级),周期多以月、天为单位。

自主周期报告业务类型。如智能水表的测量报告、水质监测数据上传报告等,上行较小数据量需求(百字节量级),周期多以天、小时为单位。

网络指令业务类型。如抄表请求、水样取样请求、开启/关闭设备(绿化灌溉)、屋顶水箱锁触发等,下行极小数据量需求(十字节量级),周期多以天、小时为单位。

软件更新业务类型。如水务业务相关软件打补丁或更新,上行下行较大数据量需求(千字节量级),周期多以年、月为单位。


基于NB-IoT 的智慧水务


以物联网为代表的信息通信技术的显著进步和低成本传感器核心技术的突破,深刻地改变着传统水务产业形态,催生了大量新技术、新产品、新模式,特别是与云计算、大数据的进一步结合。NB-IoT 利用运营商的网络组织物联网,可实现整个城市一张网。NB-IoT 终端数据采集后直接上传到云端,可进一步进行大数据分析,便于维护和管理,为智慧水务建设提供了先进的技术手段。


NB-IoT 的部署方案


将NB-IoT 应用于水务行业,部署架构通常包括感知层、网络层、平台层和应用层,具体又可以细分为NB-IoT 终端、NB-IoT基站、NB-IoT 核心网、IoT 平台和水务行业应用中心,参见图1所示。以上各部分的功能分别介绍如下:

NB-IoT 终端:包括智能水表、压力表、流量计、水质仪表、智能消火栓、智能井盖等各种监测传感器,终端集成NB-IoT 模组,与NB-IoT 基站连接,智能终端通过NB-IoT 基站将信息上传给IoT 平台。

NB-IoT 基站:为终端提供无线接入服务,并将采集到的终端上报的数据发给IoT 网关。这里主要采用运营商已架设的LTE 基站,部署方式主要分为独立部署、保护带部署和带内部署。

NB-IoT 核心网:识别NB-IoT 终端的有效性、存储NBIoT终端的数据,和IoT 平台对接,将NB-IoT 终端的数据提供给IoT 平台。

IoT 平台:完成各类业务的处理,包括设备管理、数据管理等,并将处理后的结果转发到行业应用中心或NB-IoT 终端。

水务行业应用中心:水务行业应用中心是物联网业务的上层控制中心,根据水务行业需求进行应用平台及APP 的开发,接收水务业务数据并控制NB-IoT 终端。