NB-IoT智慧水务系统

一、概述

近年来智慧水务的概念被频繁提起，但一直没有很好的解决方案实现真正的智能化，随着通信行业的蓬勃发展，智慧水务已具备充分的技术条件。

智慧水务将带来三个主要价值点：首先，降低漏损率，通过水表的网格化、实时监控、快速定位管网问题等实现漏损分析，从而降低漏损。第二，减少投诉，通过自动抄表改善人工抄表导致扰民、“抄不准”、“估值”等现象，提升服务水平，减少投诉。第三，通过水质、水压、温度等数据的实时回传，实现精细化、可视化管理，提升管理能力。

由于LoRa，RF网络等网络通信技术的限制，智慧水务近年来并没有实现规模化的发展，具体来说主要有如下问题：首先，建网难：LoRa，RF网络等采用“两跳式”网络架构，集中器需要进行选址、拉电、网络规划等动作，不同地点、不同场景之间无法复制，网络建设周期长；第二，维护难：集中器易受雷电、雨雪等自然环境的影响，需要不定期维护，比如，市电的选取会存在人为故障，太阳能供电存在大雪覆盖等因素导致的偶然故障等；第三，网不好：LoRa，RF网络等采用免授权频谱，水务、燃气、路灯、停车等不同的网络之间易发生同频干扰，涉及各个行业之间的协同，解决难度大。

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终端的智慧水务系统具有以下特点：

NB-IoT具备低功耗、深覆盖、大连接等技术特点，成为智慧水务解决方案网络通信技术的一种选择。

免自建网：采用运营商公网，在原有的2G、3G、4G网络上升级，省去了表厂或水司的建网成本，缩短建设周期。

免自维护：网络由运营商负责，“专业人干专业事”，并可以平滑演进到5G。

高可靠网络：使用授权频谱，网络干扰小，抄表成功率高。

NB-IoT智慧水务解决方案将帮助水司实现降低漏损、减少投诉、提升管理水平，使水务快速走向规模化、智慧化发展。

三、系统组成

本系统主要有监控管理软件、各类NB-IoT检测终端构成。

1、NB-IoT检测终端

各种检测终端，集成了NB-IoT无线通讯模组，实现相关数据检测，例如水位检测、水质检测、管网检测、智能水表抄表等，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。

监控系统软件是集水务各种检测装置的监控、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

随着物联网、云计算、大数据以及移动通信等技术的不断发展，城市信息化应用水平不断提升，智慧城市建设应运而生。其中水务管理关系到民生，智慧水务的建设将极大地提高水务部门的管理水平。