NB-IoT路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

一、概述   

隨著近年來城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，城市的市容市貌得到了極大改觀，城市燈光工程是現(xiàn)代化城市建設(shè)的重要標(biāo)志，在城市建設(shè)與發(fā)展中具有舉足輕重的地位。同時隨著燈光工程的重視程度提高，路燈照明的管理、監(jiān)測控制和維護(hù)的工作量增大與有限的人力物力資源矛盾日益突出。并且現(xiàn)實(shí)中通常設(shè)備陳舊、可靠性差、線路多故障多、管理維護(hù)不便；與此同在的電力網(wǎng)不穩(wěn)定、配電房所處環(huán)境惡劣、平時缺少人員值守等問題，使得對路燈運(yùn)行進(jìn)行無線遠(yuǎn)程監(jiān)控成為市政管理迫在眉睫的首要任務(wù)。

隨著NB_IoT無線網(wǎng)絡(luò)的成熟，NB-IoT無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在城市路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中已經(jīng)成功應(yīng)用。為了解決該系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的通訊技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，借助現(xiàn)有的配電設(shè)備、控制設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)了路燈管理的實(shí)用性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性。

二、系統(tǒng)特點(diǎn)

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(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(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)計要求低，小PA就能實(shí)現(xiàn);因?yàn)榈蛶?，就不要?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。

三、系統(tǒng)組成

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

1、路燈控制器

采用負(fù)荷工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足照明監(jiān)控需要、適用于戶外環(huán)境或室內(nèi)長期運(yùn)行的控制終端，具有RS232等標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信、報警、接收遠(yuǎn)程命令、開關(guān)等等功能。

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(jìn)行通信時，在它的作用下對所傳信息進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)整理校驗(yàn)。

NB-IoT無線通信終端功能及特點(diǎn)

• 支持中國三大運(yùn)營商N(yùn)B-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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(jī)（GPS+GLONASS），滿足對快速、精準(zhǔn)定位的需求（可選）；

• 掉線自動重?fù)軝C(jī)制（采用自有的狀態(tài)機(jī)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(jī)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(hù)等級：IP33；

3、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)軟件是集路燈、景觀燈、飾燈等的監(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)對不同燈型的監(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、報警處理、報表打印、圖形人機(jī)界面、系統(tǒng)安全性控制、自動巡測終端、自動開關(guān)燈、終端分組控制、GIS系統(tǒng)接入線路防盜報警及多種時間表等眾多功能。

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)

隨著時代的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快，對城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源 的供需矛盾也越來越突出，節(jié)電節(jié)能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高?，F(xiàn)在再采用那些傳統(tǒng)的手控、時鐘控城市照明系統(tǒng)的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當(dāng)前照明控制領(lǐng)域一個新的和緊要的課題。城市道路照明自動化控制和智能化管理作為城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，它所帶來的經(jīng)濟(jì)和社會效益是十分顯著的，它的推廣和實(shí)施也將是市政工程建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。