基于NB-IoT的智能用電系統(tǒng)的分析與應(yīng)用

龐慧 曾保權(quán)

摘要 隨著能源互聯(lián)網(wǎng)及移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，NB-IoT技術(shù)的興起為構(gòu)建高性價比的智能用電系統(tǒng)提供了可能，針對物聯(lián)網(wǎng)的智慧能源行業(yè)應(yīng)用，分析了新型智能用電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，實現(xiàn)了基于NB-IoT的智能用電系統(tǒng)的典型應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】NB-IoT 智能用電 無線通信 物聯(lián)網(wǎng)

隨著智慧城市、能源互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)時代的來臨，移動通信正在從人和人的連接，向人與物以及物與物的連接邁進，萬物互聯(lián)是必然趨勢，而無線通信將增速實現(xiàn)萬物連接。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，智能電表作為能源互聯(lián)網(wǎng)的感知層終端，是能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)之源，承載著電力計量及數(shù)據(jù)采集任務(wù)。鑒于儀表現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜情景，儀表的通信問題一直是行業(yè)痛點，隨著NB-IoT技術(shù)的興起，為構(gòu)建真正高性價比的組網(wǎng)方案成為可能。1NB-IoT技術(shù)

NB-IoT （Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是IoT領(lǐng)域基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)的一種新興技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，亦被叫為低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）。NB-IoT只消耗大約180KHz的頻段，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)支持待機時間短、對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。

NB-IoT節(jié)電技術(shù)DRX （DiscontinuousReception） 和PSM （Power Saving Mode），通過減少不必要的信令和在PSM狀態(tài)時不接受尋呼信息來達到省電之目的，可讓設(shè)備時時在線，保障電池10年以上的使用壽命。

NB-IoT無線技術(shù)提升了功率譜密度，NB-IoT比LTE提升20dB增益，即覆蓋能力提升100倍，很好地實現(xiàn)了廣域覆蓋，即使在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到，對電表的分布式安裝實現(xiàn)全面覆蓋。

與傳統(tǒng)的2 G/3 G/4G相比，NB-IoT有50～100倍的上行容量提升，200kHz帶寬下單基站小區(qū)可支持5萬用戶。

NB-IoT核心網(wǎng)相對傳統(tǒng)EPC核心網(wǎng)增加了“小包數(shù)據(jù)控制面?zhèn)鬏攦?yōu)化、節(jié)電優(yōu)化（PSM、eDRX）”，信令流程簡化、大幅降低消息交互，實現(xiàn)NB-IoT的低移動性接入。低速率、低復(fù)雜度帶來的是低成本。

綜上所述，其主要特點是覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少、架構(gòu)優(yōu)等特點。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能用電解決方案由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、IoT平臺、應(yīng)用層組成。

2.1 感知層

感知層主要實現(xiàn)物理世界的智能感知識別、信息采集及處理，并通過通信模塊將物理實體連接到網(wǎng)絡(luò)層，本方案中包括NB-IoT電表、控制器及其他智能裝置。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網(wǎng)、接入網(wǎng)及核心網(wǎng)。本方案中包括NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)基于授權(quán)頻譜組建網(wǎng)絡(luò)，其抗干擾能力、數(shù)據(jù)安全性均有可靠的安全保障。

2.3 IoT平臺

IoT平臺提供連接管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理、能力開發(fā)等基礎(chǔ)服務(wù)。支持物聯(lián)網(wǎng)電表快速接入及集成。通過統(tǒng)一的協(xié)議與接口實現(xiàn)NB-IoT電表的接入。平臺提供高效的數(shù)據(jù)管理、結(jié)構(gòu)化存儲、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)調(diào)用等功能，為應(yīng)用層提供組件化的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的業(yè)務(wù)核心，在IoT平臺基礎(chǔ)上，可以聚焦智慧用電的行業(yè)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)層面的呈現(xiàn)及應(yīng)用，如智慧用電的報表管理、費率管理、設(shè)備維護、統(tǒng)計分析等。

3 系統(tǒng)功能

基于NB-IoT的智能用電管理系統(tǒng)是針對各用能單位對用電管理及運營管理的具體要求，適用于多種用電場合的集中抄表、預(yù)付費管理等全面的智能用電管理系統(tǒng)平臺。

智能用電管理系統(tǒng)支持多種通信方式接入，特別的，對NB-IoT通訊方式，可通過IoT平臺進行數(shù)據(jù)的接入與轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)可實現(xiàn)設(shè)備管理、連接管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理、配置管理、信息管理、報表管理、計費管理、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘、告警管理等功能。

系統(tǒng)適用于各種用電企業(yè)如商業(yè)樓宇、居民小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校等場合，系統(tǒng)實施可有效地降低抄表收費誤差、線損及竊電現(xiàn)象，是用電經(jīng)營中節(jié)能增效、成本績效考核的節(jié)能管理利器。

4 結(jié)論

基于NB-IoT的智能用電管理系統(tǒng)采用新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在覆蓋率、綜合布線等等方面具有較大的優(yōu)勢性，本文通過簡述NB-IoT技術(shù)的相關(guān)特性及優(yōu)勢，詳盡介紹了智能用電的系統(tǒng)架構(gòu)，并分別對各層系統(tǒng)進行分析，對系統(tǒng)的功能進行的分析，系統(tǒng)在某市智慧城市的應(yīng)用中進行了驗證，實際測試通信穩(wěn)定可靠、系統(tǒng)功能良好，并取得了良好的示范效應(yīng)，對推進能源互聯(lián)網(wǎng)及節(jié)能管理工作具有參考意義。

參考文獻

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