NB-IoT技術(shù)在智能水表領(lǐng)域的應(yīng)用研究

童曦 艾鴻儒

三川智慧科技股份有限公司 江西 鷹潭 335200

引言

自改革開放以來，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴大，對住宅調(diào)試提出了更高的要求，在NB-IoT技術(shù)應(yīng)用之前，建筑中所應(yīng)用的水表多以小型無線儀表為主，此類儀表在穩(wěn)定性方面存在缺陷，而NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用，有利于解決智能水表的固有缺陷，因此對此項課題進行研究，具有十分重要的意義。

1 NB-loT技術(shù)的優(yōu)點

NB-IoT技術(shù)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下方面：

1.1 覆蓋范圍廣

與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，NB-IoT技術(shù)的信號覆蓋能力非常強，在查閱文獻資料后得知，在頻率不變的條件下，NB-IoT技術(shù)的信號強度高出網(wǎng)絡(luò)技術(shù)20dB。在信號增強后，其覆蓋范圍也隨之?dāng)U大，相較于GSM網(wǎng)絡(luò)，NB-IoT技術(shù)的信號范圍擴大了10倍左右，同時還能覆蓋室內(nèi)、地下室等區(qū)域。

1.2 連接量多

時延敏感程度低、數(shù)據(jù)流量小、上行資源調(diào)度粒度小，資源利用率高是NB-IoT技術(shù)的優(yōu)點之一，僅一個扇區(qū)所支持的連接數(shù)量就多達10萬個。

1.3 功耗低

NB-IoT終端的時延敏感程度低，休眠狀態(tài)持續(xù)時間長，減少了信令開銷，再加上各種省電手段的運用，使NB-IoT終端的功耗下降。據(jù)統(tǒng)計，該終端的待機時間接近10年。

1.4 成本低

終端成本高低，是衡量一個終端是否具備實用價值的重要指標(biāo)，究其原因，主要是企業(yè)需要布置海量的終端，如果終端成本過高，會打消企業(yè)的使用熱情。而NB-IoT技術(shù)的運用，則有助于終端成本的降低，具體表現(xiàn)為NB-IoT技術(shù)可以簡化終端構(gòu)造，從而使終端成本下降[1]。

2 NB-loT技術(shù)在智能水表領(lǐng)域的應(yīng)用

在智能水表領(lǐng)域應(yīng)用NB-IoT技術(shù)，有助于水務(wù)精細化管理目標(biāo)的實現(xiàn)，接下來，本文會通過結(jié)合實例的方式對NB-IoT智能水表結(jié)構(gòu)進行分析，如下所述：

2.1 應(yīng)用實例

現(xiàn)階段，NB-IoT技術(shù)在國內(nèi)各大城市的智慧水務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛，以北京某小區(qū)為例，在統(tǒng)計后得知，該小區(qū)安裝的NB-IoT智能水表數(shù)量多達500只，智能水表會向NB-IoT終端平臺及時傳輸水表所收集的居民用水?dāng)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸頻率為1次/30min，每天匯總并傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量多達100byte。NB-IoT技術(shù)的運用，使水表計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、容量和傳輸效率進一步提升。尤其是在用水高峰期，NB-IoT智能水表可以及時采集數(shù)據(jù)，為水務(wù)精細化管理目標(biāo)的實現(xiàn)創(chuàng)造了有利的條件。NB-IoT智能水表的參數(shù)如下：

15mm口徑：過載流量3.125m3/h；常用流量2.5m3/h；分界流量0.05m3/h；最小流量0.0313m3/h；最小流量/常用流量≥80；最大水壓1MPa；壓力損失等級ΔP63；水壓等級MPa10；工作電壓3.6V；溫度等級（冷水）T30、（熱水）T90；環(huán)境相對濕度≤95%；絕緣耐壓強度5000V。

20mm口徑：過載流量5.1m3/h；常用流量4.2m3/h；分界流量0.078m3/h；最小流量0.049m3/h。

25mm口徑：過載流量7.86m3/h；常用流量6.3m3/h；分界流量0.131m3/h；最小流量0.0763m3/h。

2.2 NB-IoT智能水表的結(jié)構(gòu)

北京某小區(qū)所應(yīng)用的智能水表，其結(jié)構(gòu)主要由四部分組成，分別為應(yīng)用層、物聯(lián)網(wǎng)平臺、網(wǎng)絡(luò)層和終端層，其中，網(wǎng)絡(luò)層組成部分包括核心網(wǎng)和基站。這些層級之間通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所連接，與未來發(fā)展要求相吻合。

2.2.1 終端層。用戶水表終端是終端層所在的位置，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，利用傳感器測量用戶的用水量，水壓和水質(zhì)數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)较到y(tǒng)，是終端層的主要功能。這項功能的實現(xiàn)條件為智能水表中的物聯(lián)網(wǎng)通信組件，該組件可以聯(lián)系物聯(lián)網(wǎng)基站，與傳統(tǒng)水表終端模式相比，NB-IoT智能水表終端模式的可操控性更強[2]。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)層。結(jié)合上文可知，網(wǎng)絡(luò)層的組成部分包括物聯(lián)網(wǎng)基站和核心網(wǎng)，其中前者的作用為終端接入和區(qū)域管理，能夠聯(lián)系核心網(wǎng)絡(luò)，并向其傳遞終端信息。在組網(wǎng)時可以將實際情況作為依據(jù)，選擇合適的組網(wǎng)形式，目前，融合組網(wǎng)形式較為常用，而獨立組網(wǎng)只適用于特定區(qū)域。實現(xiàn)終端交互和處理，是核心網(wǎng)的主要功能，核心網(wǎng)的組網(wǎng)形式同樣分為兩種，分別為獨立組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)公用。其結(jié)構(gòu)為多網(wǎng)元結(jié)構(gòu)，出于對網(wǎng)元數(shù)目進行控制的考慮，在部署時應(yīng)該將統(tǒng)一部署作為主要選擇，簡言之，就是同時部署不同的網(wǎng)元，以強化控制效果。

2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)平臺。在智能水表系統(tǒng)中，由物聯(lián)網(wǎng)平臺匯集全部的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)類型和需求進行分析，并依據(jù)分析結(jié)果，向應(yīng)用服務(wù)器傳輸指令，最終使水務(wù)數(shù)據(jù)管理的目標(biāo)實現(xiàn)。

2.2.4 應(yīng)用層。應(yīng)用層是智能水表系統(tǒng)的最上層，可以滿足用戶的需求，控制能力也非常強，如有功能需求，利用NB-IoT技術(shù)設(shè)計和開發(fā)即可。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文以北京市某小區(qū)所應(yīng)用的NB-IoT智能水表為例，對NB-IoT技術(shù)在智能水表中的應(yīng)用進行分析，認為這項技術(shù)的應(yīng)用，有利于提升智能水表的工作效率和工作性能，具有非常良好的應(yīng)用前景，建議水務(wù)部門予以重視。