NB-IoT電梯監(jiān)控系統(tǒng)

一、概述   

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球已經(jīng)有至少2000萬部電梯在運行，電梯安全無虞是很重要的需求，但是電梯事故依然在不斷上演，主要原因是維護不到位。

傳統(tǒng)電梯運維主要依靠人力，維護成本高，且運維時業(yè)務(wù)必須中斷。一般來說，每部電梯每月需要有2次人工巡檢，每年需要停機檢修2天。相應(yīng)的，全球1500萬部電梯需每年人工巡檢4.8億次、業(yè)務(wù)中斷時間達到每年4000萬天，巨大的市場體量也意味著電梯在運營及維護方面的海量需求。

NB-IoT電梯監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運而生，本系統(tǒng)將電梯的運行數(shù)據(jù)實時采集并回傳，后臺數(shù)據(jù)中心利用大數(shù)據(jù)的分析并與外部系統(tǒng)綜合決策，實現(xiàn)遠程管理及預(yù)測性維護，降低維護成本及電梯故障率，保障乘客安全。

二、系統(tǒng)特點

NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)。NBIOT具有以下優(yōu)勢：

1.海量連接：每區(qū)可達10萬連接；NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無線技術(shù)提供50~100倍的接入數(shù)。

2.超低功耗：電池壽命長達十年；

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項重要指標，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測設(shè)備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是基本的需求。在電池技術(shù)無法取得突破的前提下，只能通過降低設(shè)備功耗以延長電池供電時間。通信設(shè)備消耗的能量往往與數(shù)據(jù)量或速率相關(guān)，即單位時間內(nèi)發(fā)出數(shù)據(jù)包的大小決定了功耗的大小。數(shù)據(jù)量小，設(shè)備的調(diào)制解調(diào)器和功放就可以調(diào)到非常小的水平。NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、 小速率應(yīng)用，因此NB-IoT設(shè)備功耗可以做到非常小，可以保障電池5年以上的使用壽命。

3．深度覆蓋：能實現(xiàn)比GSM高20db的覆蓋增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當于發(fā)射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。

4．安全性：繼承4G網(wǎng)絡(luò)安全能力，支持雙向鑒權(quán)以及空口嚴格加密，確保用戶數(shù)據(jù)的安全性。

5．穩(wěn)定可靠：能提供電信級的可靠 性接入，有效支撐 IoT 應(yīng)用和智慧城市解決方案。

NB-IoT直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，即可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基站復(fù)用以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的語音和數(shù)據(jù)帶寬，保證傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和未來物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可同時穩(wěn)定、可靠的進行。以智能抄表應(yīng)用為例，與采用有線PLC抄表數(shù)據(jù)回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保證數(shù)據(jù)成功回收率高，可靠性大大提高。

6. 低成本

低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優(yōu)勢。速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低;低功耗，意味著RF設(shè)計要求低，小PA就能實現(xiàn);因為低帶寬，就不要復(fù)雜的均衡算法。這些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相關(guān)，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

集成了NB-IoT終端的電梯監(jiān)控系統(tǒng)具有以下特點：

?百萬電梯統(tǒng)一連接和管理，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的自動化運維。基于SDN的開放架構(gòu)，具備支持基于虛擬化的分布式部署，具備無縫的擴展能力，實百萬級網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一管理，應(yīng)用統(tǒng)一部署和控制；同時通過標準的北向接口實現(xiàn)與第三方應(yīng)用系統(tǒng)或IoT平臺快速對接。

?四重安全保障，消除安全攻擊，為梯聯(lián)網(wǎng)保駕護航

?OS級：系統(tǒng)本身包含安全組件，保障終端安全芯片級：專用TPM

?安全芯片保證設(shè)備安全啟動和數(shù)據(jù)安全傳輸

?管道級：構(gòu)建安全VPN通道，確保數(shù)據(jù)傳輸安全

?平臺級：設(shè)備接入認證和分權(quán)分域管理

?邊緣計算可本地預(yù)分析，端云協(xié)同實現(xiàn)預(yù)測性維護

?網(wǎng)關(guān)開放靈活搭載電梯行業(yè)應(yīng)用或第三方應(yīng)用，實時處理分析，故障實時預(yù)警

?云端大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)，人工智能故障識別及健康度評估，實現(xiàn)預(yù)測性維護

?降低運維成本50%。自動化的電梯運營管理，降低人工巡檢次數(shù)，管理效率提升。

?業(yè)務(wù)中斷時間降低90%。從被動等待到主動上報，從人員現(xiàn)場排除到在線提前分析，故障排除更及時。

?前瞻性維護提升安全性。智能的電梯平臺及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，構(gòu)建部署智能應(yīng)用，提前對電梯健康度評估并及時保養(yǎng)，將安全隱患消除于萌芽，延長電梯壽命和保障乘客安全。

?開放架構(gòu)，集成效率提升60%，便于電梯廠商提供廣告、視頻等增值業(yè)務(wù)，為電梯廠商提供了一種新的商業(yè)模式。

三、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要有監(jiān)控管理軟件、電梯控制器、NB-IoT無線通信終端構(gòu)成。

1、電梯控制器

電梯控制器集成在電梯內(nèi)部，具有RS232等標準通信接口，與NB-IoT終端連接，主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理、控制輸出和進行數(shù)據(jù)通信、報警、接收遠程命令、開關(guān)等功能。

2、NB-IoT無線通信終端（DTU）

DTU是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal unit),可以理解為下位NB-IoT發(fā)射終端，在進行通信時，在它的作用下對所傳信息進行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)整理校驗。

NB-IoT無線通信終端功能及特點

• 支持中國三大運營商NB-IoT網(wǎng)絡(luò)；

• 支持多種上下線出發(fā)模式，定時上下線、串口數(shù)據(jù)觸發(fā)上下線模式；

• 支持根據(jù)IP地址和端口訪問中心；

• 內(nèi)嵌標準的UDP/COAP協(xié)議棧，支持透明數(shù)據(jù)傳輸

• 支持2路串口（232或485可選），波特率可達230400；

• 支持2路4~20mA模擬量輸入（可選）；

• 板載溫度監(jiān)測裝置；

• 溫濕度一體傳感器（可選）；

• 內(nèi)置多星座 GNSS 接收機（GPS+GLONASS），滿足對快速、精準定位的需求（可選）；

• 掉線自動重撥機制（采用自有的狀態(tài)機算法）；

• 支持6個中心端，可做數(shù)據(jù)備份；

• 多種工作模式選擇(透明和非透明)；

• 軟硬件多重看門狗機制；

• 內(nèi)嵌完備的PPP，TCP/IP協(xié)議棧；

• DTU 指令控制，通過指令查詢，控制設(shè)備通信；

• 可升級固件程序；

• 嵌入式處理器，支持高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)；

• 穩(wěn)定性：365×24小時不間斷工作；

• 硬件恢復(fù)出廠設(shè)置。

• 供電：寬電壓+6V-35V；

• 耗電：通信模塊12V供電、通信狀態(tài)<15mA

• 工作溫度：-40℃ ～ +85℃；

• 防護等級：IP33；

3、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由監(jiān)控主機、人機接口、相關(guān)外設(shè)及與無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)接口等部分組成。對各遠端監(jiān)控點采用輪詢或并行詢問方式，完成監(jiān)測、控制、采集、預(yù)警等多重任務(wù)。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件是集電梯的監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與一體，并通過群控或組控實現(xiàn)對不同的監(jiān)控終端進行控制的系統(tǒng)軟件。具有數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)采集、報警處理、報表打印、圖形人機界面、系統(tǒng)安全性控制、自動巡測終端、報警及多種時間表等眾多功能。

四、可靠性

本系統(tǒng)需要很高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。

數(shù)據(jù)中心通過公網(wǎng)使用https接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，從認證到數(shù)據(jù)傳送整個過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

五、總結(jié)

隨著時代的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快，對電梯安全要求越來越高，智能電梯監(jiān)控的應(yīng)用將越來越廣泛。