NB-IoT共享单车智能锁系统

一、概述   

共享单车目前的发展迅猛，活跃用户数激增，每月平均用户达3200万以上，国内一线城市覆盖率8.04%。当前共享单车行业普遍使用的是基于GPRS网络制式的智能锁。由于GPRS网络覆盖能力有限，导致此类智能锁的用户使用体验差，如：时延长，在某些网络覆盖差的地方，开锁时间高达5~10秒，结单响应时间高达25秒，客户体验差；GPRS模组功耗高，电池待机时间短至两个月，若要维护较长的电池使用周期，需要采用人力或太阳能发电，维护单车成本高。

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。

基于NB-IoT的共享单车智能锁解决方案，有着更低的功耗、更好的覆盖、更低的时延。首先，与GSM相比，覆盖增益达20dB，因此，覆盖无死角，可保证用户任何地方（地下停车场）都能正常开锁；其次，低时延可确保用户良好的体验，NB-IoT智能锁从关锁到收到新派密码，时间约为2秒，相较GSM锁的6.81秒，大大缩短

NB-IoT的共享单车智能锁解决方案解决了功耗高、电池使用寿命短的问题，按照每车每天开锁10次计算，电池使用寿命可以达到2-3年，可以支撑整辆单车的使用生命周期； NB-IoT芯片，模组成本低，并且单车不需要额外的充电装置，拉低了整车成本。

IoT平台可使能单车智能化精细运维。通过共享单车智能锁SIM卡全生命周期管理，可有效监管单车连接状态，确保有效监管单车，如：统一激活新注册单车，挂起故障单车群，结束丢失单车；通过SIM卡的经营分析，支持智能监管单车，如：用量排行，群组统计，总用量趋势、地区、时段用量趋势，数据连接事件、位置变化；通过IoT平台的FOTA功能，可实现智能锁的远程固件升级，增强运维能力；端到端故障定位能力，可协助定位端管云故障，助力运维。

三、系统组成

本系统主要有监控管理软件、NB-IoT共享单车智能锁构成。

1、NB-IoT共享单车智能锁

NB-IoT共享单车智能锁集传统门锁和NB-IoT技术于一体，集成在门锁内部，与NB-IoT基站连接，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、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。

监控系统软件是集共享单车智能锁的监控、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

本系统需要较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NB-IoT系统技术的成熟，“底层芯片—模组—终端—运营商—应用”的完整产业链已经初具形态，广域覆盖优势凸显，NB-IoT应用于共享单车将为共享单车领域提供强有力的技术支持。