NB-IoT智慧水務(wù)系統(tǒng)

一、概述

近年來智慧水務(wù)的概念被頻繁提起，但一直沒有很好的解決方案實現(xiàn)真正的智能化，隨著通信行業(yè)的蓬勃發(fā)展，智慧水務(wù)已具備充分的技術(shù)條件。

智慧水務(wù)將帶來三個主要價值點：首先，降低漏損率，通過水表的網(wǎng)格化、實時監(jiān)控、快速定位管網(wǎng)問題等實現(xiàn)漏損分析，從而降低漏損。第二，減少投訴，通過自動抄表改善人工抄表導(dǎo)致擾民、“抄不準”、“估值”等現(xiàn)象，提升服務(wù)水平，減少投訴。第三，通過水質(zhì)、水壓、溫度等數(shù)據(jù)的實時回傳，實現(xiàn)精細化、可視化管理，提升管理能力。

由于LoRa，RF網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的限制，智慧水務(wù)近年來并沒有實現(xiàn)規(guī)模化的發(fā)展，具體來說主要有如下問題：首先，建網(wǎng)難：LoRa，RF網(wǎng)絡(luò)等采用“兩跳式”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，集中器需要進行選址、拉電、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等動作，不同地點、不同場景之間無法復(fù)制，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期長；第二，維護難：集中器易受雷電、雨雪等自然環(huán)境的影響，需要不定期維護，比如，市電的選取會存在人為故障，太陽能供電存在大雪覆蓋等因素導(dǎo)致的偶然故障等；第三，網(wǎng)不好：LoRa，RF網(wǎng)絡(luò)等采用免授權(quán)頻譜，水務(wù)、燃氣、路燈、停車等不同的網(wǎng)絡(luò)之間易發(fā)生同頻干擾，涉及各個行業(yè)之間的協(xié)同，解決難度大。

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(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終端的智慧水務(wù)系統(tǒng)具有以下特點：

?NB-IoT具備低功耗、深覆蓋、大連接等技術(shù)特點，成為智慧水務(wù)解決方案網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的一種選擇。

?免自建網(wǎng)：采用運營商公網(wǎng)，在原有的2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)上升級，省去了表廠或水司的建網(wǎng)成本，縮短建設(shè)周期。

?免自維護：網(wǎng)絡(luò)由運營商負責(zé)，“專業(yè)人干專業(yè)事”，并可以平滑演進到5G。

?高可靠網(wǎng)絡(luò)：使用授權(quán)頻譜，網(wǎng)絡(luò)干擾小，抄表成功率高。

?NB-IoT智慧水務(wù)解決方案將幫助水司實現(xiàn)降低漏損、減少投訴、提升管理水平，使水務(wù)快速走向規(guī)模化、智慧化發(fā)展。

三、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要有監(jiān)控管理軟件、各類NB-IoT檢測終端構(gòu)成。

1、NB-IoT檢測終端

各種檢測終端，集成了NB-IoT無線通訊模組，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)檢測，例如水位檢測、水質(zhì)檢測、管網(wǎng)檢測、智能水表抄表等，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、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)軟件是集水務(wù)各種檢測裝置的監(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)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)以及移動通信等技術(shù)的不斷發(fā)展，城市信息化應(yīng)用水平不斷提升，智慧城市建設(shè)應(yīng)運而生。其中水務(wù)管理關(guān)系到民生，智慧水務(wù)的建設(shè)將極大地提高水務(wù)部門的管理水平。