窄帶物聯網開啟智慧能源數字化管理新征程

黃 璿

上海聯通物聯網運營中心

1 物聯網推動智慧能源精細化管理

當前我國經濟發展面臨著能源依賴性高但利用率低的問題，節能對實現國民經濟的可持續發展至關重要。能源計量是節能降耗、降低成本的基礎和關鍵，利用物聯網技術，對能源精細化的計量和管理，是當今社會能源計量信息化管理和能源節約的有效途徑和必然解決方式。能更加精細和實時動態的管理能源的生產與使用，提高能源利用率和生產水平。

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是信息化時代的重要發展階段，其英文名稱是“Internet of things（IoT）”。物聯網應用于能源計量管理領域時，可以高安全、低成本的實現對能源表具如水、電、熱、氣等表具的用量信息的實時穩定采集、設備狀態監測、控制指令下發等遠程操作，將采集的能源表具數據和狀態信息進行及時分析和處理，從而實現更有針對性、科學性的動態管理，提升能源應用的管理效率和服務水平。

2 NB-IoT技術發展助力智慧能源管理

2.1 窄帶物聯網的特點

NB-IoT（Narrowband Internet of Things）,即窄帶物聯網，采用基于蜂窩網絡的遠距離無線通信技術，源起于現階段物聯網的以下幾大需求：

（1）覆蓋增強；

（2）支持大規模連接；

（3）超低功耗；

（4）超低成本；

（5）最小化信令開銷，尤其是空口；

（6）確保整個系統的安全性；

（7）支持IP和非IP數據傳送；

（8）支持短信（可選部署）。

對于現有2G/3G/4G網絡，由于并沒有針對性的考慮物聯網，并不能完全滿足以上需求。

因此，3GPP國際標準組織，融合了華為、沃達豐、高通、愛立信等產業鏈主要廠商的技術提案，于2016年6月推出了NB-IoT標準來應對現階段的物聯網需求。NB-IoT可集成于現有的運營商網絡系統之上，專為物聯網而優化設計，具備高安全、廣覆蓋、低功耗、大連接和低成本這五大亮點（見圖1）。

圖1 NB-IoT的五大亮點

2.2 NB-IoT能源物聯網解決方案優勢

NB-IoT能源物聯網解決方案的優勢有助于解決能源行業和傳統能源表具面臨的普遍問題，具體為：

（1）針對能源抄表（水、電、熱、氣等）普遍存在的痛點：NB-IoT智慧抄表方案有助于降低抄表成本、提供實時數據分析、科學表務管理、及時故障排查，降低運營成本，提升運營效率；

（2）針對數據安全問題：NB-IoT端到端安全管理方案，保障數據可靠性。電信運營商基于授權頻譜組建的通信網絡，其抗干擾能力、數據安全性、技術服務等方面均有高安全性保障，同時易于推廣，為計費能源表具的數據整體安全提供可靠保障；

（3）針對功耗問題：配合低功耗的信號采集單元，NB-IoT技術顯著降低終端能耗，經測試證明，在普通應用場景下NB-IoT水表、氣表等功耗可以滿足5-10年的使用要求；

（4）針對網絡覆蓋問題：廣域低功耗的NBIoT技術，具備廣覆蓋、容量大、可靠性高的優勢，可協助解決能源表具安裝密集或分散、安裝位置條件復雜等網絡覆蓋問題；

（5）針對大規模連接問題：建立統一的NBIoT平臺，可以承接不同的物聯網應用，為能源應用解決多家供應商協議的兼容性，簡化不同供應商的集成，滿足能源表具終端接入便捷性的要求，滿足互聯互通互換的大規模連接問題。

2.3 NB-IoT智慧能源解決方案特點

NB-IoT智慧能源解決方案是以智能計量、智能管網建設為基礎，基于物聯網、大數據存儲和分析、云計算、移動互聯網，結合水務、燃氣、電力、熱力等各能源行業特征，突破傳統服務模式，拓展全新服務渠道，提供系統化綜合用能方案。

NB-IoT智慧能源解決方案按照“云、管、端”的系統架構來建設，以滿足未來信息通信演進的需求。方案包括：終端層、網絡層、云平臺和能源應用管理層等幾個層面，通過物聯網、云計算、大數據等技術將各個層面進行整合，支撐智慧能源應用的構建和快速上線。

（1）終端層-物聯網感知端融合

終端設備是物聯網的基礎載體，終端設備通過集成NB-IoT標準模組，與NB-IoT基站連接來實現通訊能力，智能終端通過NB-IoT網絡將信息上傳給物聯網平臺。

（2）網絡層-NB-IoT簡易部署，廣覆蓋

網絡是整個物聯網的通訊基礎，不同的物聯網場景和設備使用不同的網絡接入技術和連接方式。對于能源計量場景，NB-IoT網絡僅使用180 kHz帶寬，可以通過現有運營商實現全國覆蓋，能夠充分保障能源計量管理等業務在復雜應用環境下的數據信號傳輸的穩定性和可靠性，為水務、燃氣、電力、熱力等行業客戶提供可感知、可診斷、可控制的智能網絡，滿足客戶對終端的工作狀態、通信狀態等進行實時自主查詢、管理的需求。

（3）平臺層-統一平臺多業務匯聚管理

NB-IoT平臺支持多種靈活部署模式，提供連接管理、設備管理、數據分析、API開放等基礎功能。NB-IoT平臺提供連接感知、連接診斷、連接控制等連接狀態查詢及管理功能；通過統一的協議與接口實現不同終端的接入，實現終端對象化管理；平臺提供靈活高效的數據管理，包括數據采集、分類、結構化存儲、數據調用、使用量分析、提供分析性的業務定制報表等。業務可模塊化設計，業務邏輯可實現靈活編排，滿足行業應用的快速開發需求。

（4）運營層-豐富的能源計量管理應用

NB-IoT應用是物聯網業務的上層控制核心，能源行業在NB-IoT平臺的基礎上，可聚焦自身的應用開發，使物聯網實現精細化管理。

（5）服務層-更智能、更便捷、更高效

在物聯網時代下，用戶生活變得更智能、更便捷、更高效，通過NB-IoT平臺，結合移動支付、掌廳、網廳、ATM機等主流服務渠道，用戶可獲取用量、賬單、安檢情況等相關信息，并可實現繳費、查詢等業務辦理，與能源供應企業進行實時互動。

（6）安全防御體系

1）在終端側，智能終端一旦遭遇攻擊，例如被冒充或篡改，可能導致無記錄消費，從而造成經濟損失甚至安全事故。通過硬件芯片、OS安全和OS層以上的終端安全加固，具備適度防攻擊能力，防止非法接入。

2）在網絡側，NB-IoT解決方案充分利用無線移動通信的物理層傳輸特性，通過認證、加密和安全傳輸等技術的應用，在保證用戶通信傳輸質量的同時，防止未知位置的竊聽和增加中間人攻擊的難度。終端和網絡基于無線標準進行雙向認證，確保通過驗證的合法的終端接入合法的網絡，同時終端和網絡之間建立安全通道，對終端數據提供加密和完整性保護，防止信息泄露、通訊內容被篡改和竊聽。

3）在平臺側，NB-IoT平臺重點構筑三個安全能力：NB-IoT終端的安全接入和管理，實現對NB-IoT終端設備完整生命周期過程中的安全風險管控；NB-IoT平臺的自身的安全防護，能抵御來自網絡層面的流量型攻擊，對外部開放的應用層接口具備入侵防御能力，能夠集中管理平臺整體的安全運維；NB-IoT平臺數據安全，對海量數據在平臺全流程的數據安全保護和隱私合規、數據開放合規。對于應用安全，NB-IoT平臺采用安全隔離機制，對數據安全隔離，保障數據在傳輸過程的機密性和完整性。

3 NB-IoT智慧能源解決方案價值

隨著智慧城市的發展，物聯網、云計算、大數據等新技術的廣泛應用，基于NB-IoT的智慧能源解決方案將成為智慧城市管理信息化水平的標志之一，將推動行業創新，增進民生福祉，提升社會價值，保護環境資源。

（1）助力能源企業降本增效。與能源企業現有的管理模式和運營模式相比，NB-IoT解決方案使企業對所有表具和管網運行了如指掌，使漏損帶來的供銷差問題得到改善；互聯互通，統一標準，提高了表具和管網的維護和管理效率；改變上門抄表的方式，節省人力成本，優化人力結構；提高了客戶管理、外勤管理、工程管理、調度分析管理等能力，降低營業廳、呼叫中心的運維壓力，助力能源企業降本增效，提升與用戶的相互性。能源企業還能夠通過大數據挖掘和增值服務等發展新的盈利點，提升企業收益。

（2）平衡區域能源供需。基于NB-IoT方案互聯互通的特點，以及大數據精準分析能力，可以實時獲取不同區域的能源用量情況，通過智能調度優化，改善能源分布結構，提高集中供能能力，提升清潔低碳能源使用占比，高效用能，協同互補，推動社會可持續發展。

（3）為城市保駕護航。能源的管網如燃氣管道、電力網絡等在運行中可能發生管網異常、泄露等事故，形成安全隱患，能源偷盜現象也屢見不鮮。NB-IoT方案可實現城市能源管網的數據傳輸與采集，確保實時在線監控管網的壓力、流量、溫度等信息，并對生產、調度和管理提供必要的參考依據。同時通過構建各部門之間信息互聯通道，保證任務及時流轉。

（4）為能源服務增添智慧。NB-IoT智慧能源方案結合云計算、大數據和移動互聯網，打造在線服務，通過遠程抄表等服務，能源企業可將用戶數據精準高效多維度的反饋給用戶，用戶可便捷查詢使用信息，完成充值繳費等，提高用戶滿意度，打造綠色、環保、智慧化生活。

4 上海聯通助力物聯網發展

4.1 全球首個最大的NB-IoT商用網絡

上海聯通于2015年開始進行NB-IoT網絡試商用和應用實踐，并于2017年5月15日率先發布全球最大的NB-IoT商用網絡，實現上海市的全覆蓋，向用戶提供了一張高質量的低功耗廣域網絡。

依靠全面的網絡覆蓋和良好的網絡質量，上海聯通已完成50余家合作伙伴產品的調測和接入，實現10余項NB-IoT應用的落地，在上海市乃至全國都保持領先，其網絡性能和網絡運維能力得到了廣泛好評。

4.2 構建完善的平臺體系

上海聯通基于全球領先的連接管理平臺Jasper平臺，面向客戶提供靈活的計費管理能力，并在此基礎上，面向消費電子類、車聯網等有B2B2C（電子購物平臺模式）業務需求的客戶提供基于連接管理平臺的流量二次運營平臺“睿益”。

在設備管理層，面向不同領域的客戶，上海聯通引入了“睿匠”、“睿信”、“睿實”3個DMP平臺，分別面向工業領域、智慧家庭/智慧城市等通用終端領域、公共事業領域提供海量設備管理和處理的能力，賦能應用開發和創新，促進物聯網生態圈的建設。

4.3 打造“4+2”物聯網產品能力體系

上海聯通依托自身網絡和連接優勢，向價值鏈的前后端進行延伸，為物聯網產業鏈上下游合作伙伴以及政企客戶打造包括連接服務、部件服務、平臺服務和應用服務在內的4大類服務產品以及IoT端到端集成和IoT安全領域提供服務。

（1）連接服務：為物聯網終端提供通信服務、卡數據服務、連接管理平臺服務、設備管理平臺服務、數據服務等。包括傳統2/3/4G中高速率蜂窩物聯網，NB-IoT窄帶蜂窩物聯網以及其他各類有線、長距無線和短距無線通信能力。

（2）部件服務：為政企客戶提供基于物聯網平臺定制的包括芯片、模組、終端、專用SIM卡等相關物聯網部件在內的整體服務，并且具備為不同應用場景的客戶提供定制化解決方案的能力。

（3）平臺服務：聚焦物聯網設備管理與應用使能，為物聯網客戶打造水平化的IoT PaaS服務平臺，實現海量接入、協議解析、設備管理、數據管理。支持100多種API，實現與SaaS平臺的無縫對接。

（4）應用服務：在連接服務的基礎上，以SaaS模式為政企客戶提供各類通用或行業專用的功能性服務。重點聚焦智慧交通、智慧物流、智慧消防、智慧停車、智慧金融、消費電子、公共事業、共享經濟、智慧能源、工業互聯網等行業領域。

（5）集成服務：為政企客戶實施涵蓋終端設備、網絡連接、應用服務在內的物聯網端到端項目時，所提供的開發、調試、施工、培訓、咨詢、維保等相關的一攬子服務。

（6）安全服務：為政企客戶提供包括SIM卡、模組、終端、連接組網、端到端應用在內的多重安全保障，并提供多種用戶實名制認證渠道，有效保障網絡安全、設備安全、應用安全、數據和信息安全以及物聯網業務合規性。

4.4 聚焦終端及產品能力整合，打造物聯網開放實驗室

上海聯通已完成物聯網開放實驗室的建設，并正式投入運營，為合作伙伴提供無線性能、功耗、平臺以及端到端的業務測試和認證服務，加快物聯網終端產品的創新孵化，并且共同探索運營模式，催生物聯網多元應用與海量連接。

上海聯通已建立從入駐、審核、測試、總結、輸出等全流程的標準化驗證流程，滿足產業鏈合作伙伴終端類產品的快速開發及孵化的需求，促進終端產品的商業落地。

通過開放實驗室的技術能力，上海聯通已經聚合一批優質合作伙伴和優質項目，為物聯網客戶打造完善、靈活、豐富的產品和解決方案。結合重點行業細分。