NB-IoT路灯远程控制系统

一、概述   

随着近年来城市基础设施建设的飞速发展，城市的市容市貌得到了极大改观，城市灯光工程是现代化城市建设的重要标志，在城市建设与发展中具有举足轻重的地位。同时随着灯光工程的重视程度提高，路灯照明的管理、监测控制和维护的工作量增大与有限的人力物力资源矛盾日益突出。并且现实中通常设备陈旧、可靠性差、线路多故障多、管理维护不便；与此同在的电力网不稳定、配电房所处环境恶劣、平时缺少人员值守等问题，使得对路灯运行进行无线远程监控成为市政管理迫在眉睫的首要任务。

随着NB_IoT无线网络的成熟，NB-IoT无线网络已经在城市路灯远程控制系统中已经成功应用。为了解决该系统运用先进的通讯技术和计算机网络技术，借助现有的配电设备、控制设备、环境监测设备等，实现了路灯管理的实用性、可靠性、技术先进性、经济性。

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。

三、系统组成

本系统主要有监控管理软件、路灯控制器、NB-IoT无线通信终端构成。

1、路灯控制器

采用负荷工业产品标准，能够满足照明监控需要、适用于户外环境或室内长期运行的控制终端，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。

监控系统软件是集路灯、景观灯、饰灯等的监控、数据采集、数据处理与一体，并通过群控或组控实现对不同灯型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、自动开关灯、终端分组控制、GIS系统接入线路防盗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

随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源 的供需矛盾也越来越突出，节电节能、绿色照明的要求越来越迫切，越来越高。现在再采用那些传统的手控、时钟控城市照明系统的方法已不能满足要求。如何充分利用高科技手段解决上述矛盾也就成为当前照明控制领域一个新的和紧要的课题。城市道路照明自动化控制和智能化管理作为城市现代化的标志之一，它所带来的经济和社会效益是十分显著的，它的推广和实施也将是市政工程建设中的一项重要内容。