NB—IoT技術在表計行業的應用

謝東海 楊洋 席晨晨

摘要：智慧城市建設在我國遍地開花，信息通信技術在智慧城市建設中發揮至關重要的作用。NB-IoT（Narrow Band-Internet of Thing，窄帶物聯網）是一種大容量、廣覆蓋、低功耗、高穩定性的廣域物聯網技術。首先，對表計行業通信現狀以及NB-IoT的技術原理和特點進行介紹；并結合表計行業的應用實際以及NB-IoT的優勢的分析，提出了基于NB-IoT技術的智能表計行業的解決方案。

關鍵詞：智慧城市；物聯網；NB-IoT

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0045-02

1引言

物聯網組網技術分為有線和無線兩種。物聯網無線通信技術種類繁多，從傳輸距離的遠近上大致可以分為短距離及遠距離兩類：（1）短距離無線通信技術，代表技術有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，傳輸距離一般在數十米至數百米，應用場景如智能家居；（2）遠距離（廣域網）無線通信技術，業界一般定義為LPWAN（LowPowerWideAreaNetwork低功耗廣域網）[1-2]。LPWAN技術又可分工作在非授權頻段和授權頻段兩類。非授權頻段的技術如Lora、Sigfox等；授權頻段的技術如GSM、CDMA、WCDMA等以及LTE和LTE-Advanced演進技術。目前表計行業所使用的無線通信技術有藍牙，GSM和LoRa。藍牙表計主要用于替代原有的藍牙卡卡表，此類表計由于只能實現短距離的無線通信，不具備遠程抄表功能，因此采用預付費方式代替，此方式的缺點在于，當單價發生變化時，不利于表計及時做出調整[3]。GPRS表計可實現遠程抄表，但是功耗較大，電池壽命短[4-5]。LoRa表計功耗低，可實現遠程抄表，但因屬于非授權頻段，因此，在應用該技術的同時還需要額外部署基站。

2公共事業要求分析

不同行業用例對覆蓋深度和邊緣速率的要求有所不同，其中表計行業對無線通信的相關要求如表1所示。

3公用事業應用

考慮到NB-IoT的特性，Nb-IoT技術可滿足低功耗/長待機、深覆蓋、大容量有所要求的低速率業務；同時由于對移動性支持較差，更適合靜態業務場景或非連續移動，實時傳輸數據的業務場景，并且業務對時延低敏感。GSMA（GSM聯盟）識別了7大類共24個LPWA應用分類。其中公共事業類包括智能水表、智能氣表、電表等。涉及業務有自主異常報告業務（如電表停電通知、氣表出錯通知等）、自主周期報告業務（如計量數據周期性上報）、網絡指令業務（如表計開關閥）。基于NB-IoT的智能表計解決方案如圖1所示。

終端：終端側定期采集計量信息、表狀態等數據，并通過基站和核心網最終發送到IoT平臺。與IoT平臺進行數據交互。

基站：終端將數據發送給周邊基站，再由基站轉發出去。NB-IoT部署采用方式有三種，分別為獨立部署、保護帶部署和帶內部署。獨立部署適合用于重耕GSM頻段，GSM的信道帶寬為200kHz，剛好為NB-IoT帶寬辟出空間，且兩邊分別有10KHz的保護間隔；保護帶部署利用LTE邊緣保護頻帶中未使用的180KHz帶寬的資源塊；帶內部署則利用LTE載波中間的任何資源塊。目前中國電信目前采用的部署方式是獨立部署。

核心網：通過核心網可以實現NB-IoT基站和NB-IoT平臺的連接。對于CIoTEPS控制面功能優化，表計數據或者狀態信息等上行數據從eNB傳送至MME，在這里傳輸路徑分為兩個分支：或者通過SGW傳送到PGW在傳送到第三方應用服務器，或者通過SCEF連接到應用服務器。閥控等下行數據的發送與上行路徑一樣，僅方向相反。對于CIoTEPS用戶功能優化數據傳送方式和傳統的數據流量一樣，在無線承載上發送數據，有SGW傳送到PGW再到第三方應用服務器。

NB-IoT平臺：在NB-IoT平臺可以完成各類業務的處理，并將處理后的結果轉發到第三方應用服務器或NB-IoT水、電、氣表。

第三方應用服務器：第三方應用服務器可以獲取本服務系統內NB-IoT所有周期性上報的表計數據或者表及狀態等信息，也可以完成對NB-IoT水、電、氣表的控制。

4 結語

隨著NB-IoT商業模塊的推出以及NB-IoT網絡部署的推進，NB-IoT產業生態系統正在快速成長，且將陸續應用于各垂直行業。NB-IOT技術的應用不僅有助于表計行業實現遠程抄表，還可以通過全自動化的操作過程得到準確無誤的測量，實現節約能耗，并對數據進行存儲運算邏輯判斷，幫助能源供應商優化能源配置。

參考文獻

[1]譚華，林克.物聯網熱點技術及應用發展分析[J].移動通信，2016，40（17）：64-69.

[2]嚴益強.NB-IoT技術簡介及其在智慧城市中應用研究[J].廣東通信技術，2016，36（11）：6-8.

[3]沈成欽.膜式燃氣表的無線遠程抄表系統設計[D].重慶：重慶大學，2012，201（2）.

[4]邵澤華.智能燃氣表的無線通信技術[J].煤氣與熱力，2016，36（3）：36-40.

[5]張良德.NB—IOT的特點及應用研究[J].通訊世界，2017，（2）：115-115.