一種基于NB-IoT的室外移動通信基站接地線的防盜方法

徐鳩嵐

中國電信股份有限公司鹽城分公司

0 引言

移動通信基站的建設是通信運營商投資的重要部分。目前室外移動通信基站接地線普遍采用銅芯線，銅芯線具有一定的經濟價值，故經常被盜，給設備的安全運行帶來隱患。當前5G室外基站量大點廣，如何及時制止和發現接地線被盜是運營商亟需解決的問題。調查顯示，接地線被盜會直接造成以下幾種情況的損失：（1）接地線被盜造成直接經濟損失，包括接地線本身價值、修復的工程費用；（2）接地線被盜造成間接經濟損失，主要是接地線被盜后，因未及時發現和修復，室外移動通信基站被雷擊造成損壞；（3）接地線被盜后，因未及時發現，從而不能及時報警，使得警方不能及時打擊此類犯罪行為，反過來助長了接地線被盜的情況。

為實現移動通信基站管理的信息化和自動化，提高運營商對移動基站的管理能力，本研究設計了基于NB-IoT技術的室外移動通信基站接地線的防盜系統。運用NB-IoT技術將移動基站相關參數傳輸到后臺數據管理平臺，管理人員通過后臺管理系統即可遠程監控移動基站設備運行狀態，并能夠在第一時間發現設備異常。

1 研究背景

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶物聯網），是為實現大連接、廣覆蓋、低功耗等要求而設計的專門用于物聯網的窄帶無線蜂窩通信技術。NB-IoT技術具備超低功耗、超低成本、超強覆蓋、超大連接的關鍵特性，是萬物互聯網絡的一個重要分支，該技術定位于運營商級、基于授權頻譜的低速率物聯網市場，擁有廣闊的應用前景。

中國電信物聯網開放平臺，即CTWing平臺，是智能終端的匯聚平臺，應用開發運行的服務平臺，輕量級應用的提供平臺。CTWing是中國電信物聯網能力的統一數字開放平臺，是中國電信“云改數轉”戰略的底座平臺，匯聚了中國電信云網融合能力，全連接管理、設備管理、城市感知、端到端安全以及AI/區塊鏈/大數據等綜合能力，服務產業數字化轉型。中國電信將物聯網與5G、AI、邊緣計算、區塊鏈、大數據等新技術深度融合，為客戶提供差異化、個性化、敏捷化的AIOT“平臺+應用”服務，打造中國電信面向客戶、行業、生態開放統一的物聯網能力窗口。

目前，中國電信CTWing平臺已服務近3億物聯網用戶，其中5G NB-IoT用戶規模超1億。基于CTWing平臺的物聯網設備連接超8000萬，涵蓋智慧城市、智慧交通、智能制造、社會民生等領域，平臺月均調用次數近200億次，擁有品類豐富的物聯網終端市場。

2017年，中國電信提出NB-IoT智能白家電的解決方案。不同于普通智能白家電大多基于2G以及WiFi實現聯網，NBIoT智能白家電通過NB-IoT網絡直接連接到云平臺，開機激活一次即可自動完成配置連接，解決了2G網絡容量有限、WiFi等短距技術操作繁瑣等痛點。

2020年，NB-IoT部署于智能水表采集，取代傳統住宅小區的專人抄表，簡化抄表流程，對計費、線損控制、用能分析等方面提供及時準確的數據。

除此之外，NB-IoT技術還可應用于定位追蹤等領域，通過實時遠程監測，及時發現井上路面積水、井蓋松動遺失，解決巡維管理、資產防盜、管廊管理等問題。室外移動通信基站由于數量眾多，量大點廣，目前并沒有針對室外移動通信基站接地線防盜的有效解決方法，通常采用人員巡檢的方式進行維護。NB-IoT技術的應用不再需要人工巡查，數據全部自動傳輸到平臺上，節省了大量人力資源；同時，由于其擁有超低功耗，正常通信和待機電流是mA和uA級別，模塊待機時間可長達十年，極大程度簡化了監測在后期的維護。

2 技術方案

2.1 NB-IoT的網絡架構及傳輸方案

NB-IoT基站接地線的防盜系統端到端架構如圖1所示。NB終端向eNodeB請求接入，eNodeB收到此消息后，將其中的NAS消息轉發給MME用于S1連接。經過省核心網網元數據處理后，將數據匯聚到電信CTWing平臺。CTWING平臺可通過HTTP、HTTPS、MQ方式將設備消息推送至客戶平臺。

圖1 NB-IoT技術端到端的系統架構

終端業務模型為周期型小包低頻上報業務，主要包括周期性上報接地線狀態，告警上報，參數查詢，查詢響應，固件升級。終端上報數據格式如表1所示。

表1 終端上報數據格式

字段 數據類型 描述上報數據 BYTE[1]上報設備狀態，0表示正常，1表示異常

2.2 解決方案組成

終端主要由低壓直流繼電器、直流電源、連接線、聲光報警裝置采集設備等前端采集設備組成，如圖2所示。傳輸通道采用NB-IoT技術，直接應用市場上的NB-IoT模塊。信息反饋處理平臺，即IoT平臺采用電信CTWing平臺，可以根據需要對采集到的信號進行處理。每張NB-IoT卡通過卡號和基站一一對應，當基站的接地線被盜后，信息會被推送到相關人員的手機上，以備及時處理。

圖2 基于NB-IoT的室外移動通信基站接地線的防盜方法系統圖

2.3 實施方法

本研究提出的解決方案包含室外5G移動通信基站、接地線、接地線控制回路、電磁繼電器、電磁繼電器控制回路、聲光報警裝置、物聯網NB-IoT監測模塊、信息反饋處理平臺。室外移動通信基站連接接地線，并通過接地線控制回路控制開閉，接地線通過電線直接與電磁繼電器相連接，組成第二回路，第二回路為電磁繼電器的動斷觸點輸出回路，輸出回路中同時連接了聲光報警裝置、物聯網NB-IoT監測模塊、信息反饋處理平臺。

當接地線被盜或者斷開后，低壓直流繼電器電源沒有電，動斷型觸點合上，輸出回路通電工作，聲光報警裝置工作，發出聲光告警信息，嚇阻偷盜行為；同時物聯網NB-IoT監測模塊監測到開關量，將信息及時反饋并發送到處理反饋平臺；處理反饋平臺根據接收到的信息進行報警及維修信息指派，反饋及迅速運維，極大地降低了成本，提高了效率。

本解決方案的工作原理是將電源模塊的輸入和輸出并聯連接接地線的兩端，將MCU模塊串接在其中，MCU定時輪詢該電路的通斷狀況，并把輪詢的結果和前導包（站點標識）通過NB-IoT模塊發送給CTWing平臺。CTWing平臺（中國電信物聯網平臺）收到定期輪詢的結果，推送給信息處理的服務器，信息處理服務器進行解碼，信息入庫，根據規則進行分析判斷外部接地線是否斷開，如果判斷接地線斷開，發送短信通知維護人員進行現場處理。

該解決方案利用繼電器的被動觸發功能，將室外移動通信基站接地線接入繼電器輸入回路，通過輸入回路的斷開，來實現輸出回路的電信號的輸出。通過物聯網NB-IoT技術，實現自動報警及數據回傳功能，維護人員可以及時收到告警，并到現場處理，提升維護效率，減少設備因雷擊產生的次生障礙和設備損毀。

2.4 實施效果

一個完整的5G宏基站建設包括主設備BBU、AAU、傳輸設備；動力配套設備設施包括電源、電池、空調、監控等；土建施工包括機房、材料、人工等，共計費用約45萬。據不完全統計，每個月因基站接地線被盜，直接經濟損失約4.5萬元，需要增加維修人工成本約2萬元。本解決方案的提出，會為之后的基站維護減少以上經濟損失，并節約大量的人力成本。

3 結束語

NB-IoT解決方案的價值在于覆蓋范圍廣、深度大、功耗低、成本低、連接量大。由于它是在LTE的基礎上開發的，所以可以通過使用許可的頻段將其疊加到現有的2G/3G/LTE蜂窩網絡上。本研究提供的方案已經申請專利，專利申請號202110610626.4。通過繼電器與物聯網NB-IoT監測模塊連接，當繼電器工作時，不但可以嚇阻偷盜行為，避免國有資產的損失，同時還可以通過平臺發出及時信息，讓運維人員第一時間知道哪一個通信基站出現問題并及時進行維護，為通信運營企業的設備安全運行保駕護航。