NB-IoT共享單車智能鎖系統(tǒng)

一、概述   

共享單車目前的發(fā)展迅猛，活躍用戶數(shù)激增，每月平均用戶達(dá)3200萬以上，國內(nèi)一線城市覆蓋率8.04%。當(dāng)前共享單車行業(yè)普遍使用的是基于GPRS網(wǎng)絡(luò)制式的智能鎖。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力有限，導(dǎo)致此類智能鎖的用戶使用體驗(yàn)差，如：時(shí)延長，在某些網(wǎng)絡(luò)覆蓋差的地方，開鎖時(shí)間高達(dá)5~10秒，結(jié)單響應(yīng)時(shí)間高達(dá)25秒，客戶體驗(yàn)差；GPRS模組功耗高，電池待機(jī)時(shí)間短至兩個(gè)月，若要維護(hù)較長的電池使用周期，需要采用人力或太陽能發(fā)電，維護(hù)單車成本高。

二、系統(tǒng)特點(diǎn)

NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個(gè)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(dá)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(dá)十年；

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項(xiàng)重要指標(biāo)，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(yuǎn)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(jī)一天一充電，長達(dá)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)比GSM高20db的覆蓋增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當(dāng)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(dá)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(yán)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(shí)現(xiàn)平滑升級，但是使用單獨(dú)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(shí)穩(wěn)定、可靠的進(jìn)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(jì)要求低，小PA就能實(shí)現(xiàn);因?yàn)榈蛶挘筒灰獜?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。

基于NB-IoT的共享單車智能鎖解決方案，有著更低的功耗、更好的覆蓋、更低的時(shí)延。首先，與GSM相比，覆蓋增益達(dá)20dB，因此，覆蓋無死角，可保證用戶任何地方（地下停車場）都能正常開鎖；其次，低時(shí)延可確保用戶良好的體驗(yàn)，NB-IoT智能鎖從關(guān)鎖到收到新派密碼，時(shí)間約為2秒，相較GSM鎖的6.81秒，大大縮短

NB-IoT的共享單車智能鎖解決方案解決了功耗高、電池使用壽命短的問題，按照每車每天開鎖10次計(jì)算，電池使用壽命可以達(dá)到2-3年，可以支撐整輛單車的使用生命周期； NB-IoT芯片，模組成本低，并且單車不需要額外的充電裝置，拉低了整車成本。

IoT平臺可使能單車智能化精細(xì)運(yùn)維。通過共享單車智能鎖SIM卡全生命周期管理，可有效監(jiān)管單車連接狀態(tài)，確保有效監(jiān)管單車，如：統(tǒng)一激活新注冊單車，掛起故障單車群，結(jié)束丟失單車；通過SIM卡的經(jīng)營分析，支持智能監(jiān)管單車，如：用量排行，群組統(tǒng)計(jì)，總用量趨勢、地區(qū)、時(shí)段用量趨勢，數(shù)據(jù)連接事件、位置變化；通過IoT平臺的FOTA功能，可實(shí)現(xiàn)智能鎖的遠(yuǎn)程固件升級，增強(qiáng)運(yùn)維能力；端到端故障定位能力，可協(xié)助定位端管云故障，助力運(yùn)維。

三、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要有監(jiān)控管理軟件、NB-IoT共享單車智能鎖構(gòu)成。

1、NB-IoT共享單車智能鎖

NB-IoT共享單車智能鎖集傳統(tǒng)門鎖和NB-IoT技術(shù)于一體，集成在門鎖內(nèi)部，與NB-IoT基站連接，主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理、控制輸出和進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、報(bào)警、接收遠(yuǎn)程命令、開關(guān)等功能。

2、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由監(jiān)控主機(jī)、人機(jī)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(yuǎn)端監(jiān)控點(diǎn)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)軟件是集共享單車智能鎖的監(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(shí)現(xiàn)對不同的監(jiān)控終端進(jìn)行控制的系統(tǒng)軟件。具有數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警處理、報(bào)表打印、圖形人機(jī)界面、系統(tǒng)安全性控制、自動巡測終端、報(bào)警及多種時(shí)間表等眾多功能。

四、可靠性

本系統(tǒng)需要較高的系統(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(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)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(rèn)證到數(shù)據(jù)傳送整個(gè)過程得到了加密保護(hù)，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NB-IoT系統(tǒng)技術(shù)的成熟，“底層芯片—模組—終端—運(yùn)營商—應(yīng)用”的完整產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初具形態(tài)，廣域覆蓋優(yōu)勢凸顯，NB-IoT應(yīng)用于共享單車將為共享單車領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。