NB-IoT电梯监控系统

一、概述   

相关数据显示，全球已经有至少2000万部电梯在运行，电梯安全无虞是很重要的需求，但是电梯事故依然在不断上演，主要原因是维护不到位。

传统电梯运维主要依靠人力，维护成本高，且运维时业务必须中断。一般来说，每部电梯每月需要有2次人工巡检，每年需要停机检修2天。相应的，全球1500万部电梯需每年人工巡检4.8亿次、业务中断时间达到每年4000万天，巨大的市场体量也意味着电梯在运营及维护方面的海量需求。

NB-IoT电梯监控系统应运而生，本系统将电梯的运行数据实时采集并回传，后台数据中心利用大数据的分析并与外部系统综合决策，实现远程管理及预测性维护，降低维护成本及电梯故障率，保障乘客安全。

二、系统特点

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NBIOT具有以下优势：

1.海量连接：每区可达10万连接；NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，这也就意味着，在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。

2.超低功耗：电池寿命长达十年；

低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是基本的需求。在电池技术无法取得突破的前提下，只能通过降低设备功耗以延长电池供电时间。通信设备消耗的能量往往与数据量或速率相关，即单位时间内发出数据包的大小决定了功耗的大小。数据量小，设备的调制解调器和功放就可以调到非常小的水平。NB-IoT聚焦小数据量、 小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，可以保障电池5年以上的使用寿命。

3．深度覆盖：能实现比GSM高20db的覆盖增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相当于发射功率提升了100倍，即覆盖能力提升了100倍，就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。

4．安全性：继承4G网络安全能力，支持双向鉴权以及空口严格加密，确保用户数据的安全性。

5．稳定可靠：能提供电信级的可靠 性接入，有效支撑 IoT 应用和智慧城市解决方案。

NB-IoT直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级，但是使用单独的180KHz频段，不占用现有网络的语音和数据带宽，保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。以智能抄表应用为例，与采用有线PLC抄表数据回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保证数据成功回收率高，可靠性大大提高。

6. 低成本

低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势。速率低就不需要大缓存，所以可以缓存小、DSP配置低;低功耗，意味着RF设计要求低，小PA就能实现;因为低带宽，就不要复杂的均衡算法。这些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相关，尺寸越小，成本越低，模块的成本也随之变低。

集成了NB-IoT终端的电梯监控系统具有以下特点：

百万电梯统一连接和管理，实现业务的自动化运维。基于SDN的开放架构，具备支持基于虚拟化的分布式部署，具备无缝的扩展能力，实百万级网关统一管理，应用统一部署和控制；同时通过标准的北向接口实现与第三方应用系统或IoT平台快速对接。

四重安全保障，消除安全攻击，为梯联网保驾护航

•OS级：系统本身包含安全组件，保障终端安全芯片级：专用TPM

•安全芯片保证设备安全启动和数据安全传输

•管道级：构建安全VPN通道，确保数据传输安全

•平台级：设备接入认证和分权分域管理

边缘计算可本地预分析，端云协同实现预测性维护

•网关开放灵活搭载电梯行业应用或第三方应用，实时处理分析，故障实时预警

•云端大数据深度学习，人工智能故障识别及健康度评估，实现预测性维护

降低运维成本50%。自动化的电梯运营管理，降低人工巡检次数，管理效率提升。

业务中断时间降低90%。从被动等待到主动上报，从人员现场排除到在线提前分析，故障排除更及时。

前瞻性维护提升安全性。智能的电梯平台及网络服务，构建部署智能应用，提前对电梯健康度评估并及时保养，将安全隐患消除于萌芽，延长电梯寿命和保障乘客安全。

开放架构，集成效率提升60%，便于电梯厂商提供广告、视频等增值业务，为电梯厂商提供了一种新的商业模式。

三、系统组成

本系统主要有监控管理软件、电梯控制器、NB-IoT无线通信终端构成。

1、电梯控制器

电梯控制器集成在电梯内部，具有RS232等标准通信接口，与NB-IoT终端连接，主要完成数据的采集和处理、控制输出和进行数据通信、报警、接收远程命令、开关等功能。

2、NB-IoT无线通信终端（DTU）

DTU是指数据终端设备（Data Terminal unit),可以理解为下位NB-IoT发射终端，在进行通信时，在它的作用下对所传信息进行格式转换和数据整理校验。

NB-IoT无线通信终端功能及特点

• 支持中国三大运营商NB-IoT网络；

• 支持多种上下线出发模式，定时上下线、串口数据触发上下线模式；

• 支持根据IP地址和端口访问中心；

• 内嵌标准的UDP/COAP协议栈，支持透明数据传输

• 支持2路串口（232或485可选），波特率可达230400；

• 支持2路4~20mA模拟量输入（可选）；

• 板载温度监测装置；

• 温湿度一体传感器（可选）；

• 内置多星座 GNSS 接收机（GPS+GLONASS），满足对快速、精准定位的需求（可选）；

• 掉线自动重拨机制（采用自有的状态机算法）；

• 支持6个中心端，可做数据备份；

• 多种工作模式选择(透明和非透明)；

• 软硬件多重看门狗机制；

• 内嵌完备的PPP，TCP/IP协议栈；

• DTU 指令控制，通过指令查询，控制设备通信；

• 可升级固件程序；

• 嵌入式处理器，支持高速处理协议和大量数据；

• 稳定性：365×24小时不间断工作；

• 硬件恢复出厂设置。

• 供电：宽电压+6V-35V；

• 耗电：通信模块12V供电、通信状态<15mA

• 工作温度：-40℃ ～ +85℃；

• 防护等级：IP33；

3、数据监控中心

监控中心由监控主机、人机接口、相关外设及与无线数据通信网接口等部分组成。对各远端监控点采用轮询或并行询问方式，完成监测、控制、采集、预警等多重任务。

监控系统软件是集电梯的监控、数据采集、数据处理与一体，并通过群控或组控实现对不同的监控终端进行控制的系统软件。具有数据存储、数据采集、报警处理、报表打印、图形人机界面、系统安全性控制、自动巡测终端、报警及多种时间表等众多功能。

四、可靠性

本系统需要很高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。

数据中心通过公网使用https接入物联网平台，从认证到数据传送整个过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。

五、总结

随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对电梯安全要求越来越高，智能电梯监控的应用将越来越广泛。