無線蜂窩技術(shù)在燃?xì)鉄崴魃系膽?yīng)用探討

欒超 鄭濤 李鍵 張偉 薛祥玉 韓天雷

（1.青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司，山東青島 266101；2.數(shù)字化家電國家重點(diǎn)實驗室，山東青島 266101）

目前我們已經(jīng)處于人工智能時代，人們已經(jīng)習(xí)慣應(yīng)用各類智能產(chǎn)品，無論是智能手機(jī)、智能電視還是智能家居等，都讓人們體驗到智能的便捷。隨著智能化產(chǎn)品不斷的迭代升級，遠(yuǎn)程操控已經(jīng)無法滿足人們?nèi)粘５氖褂谩鹘y(tǒng)的智能燃?xì)鉄崴鞑捎玫氖荳i-Fi 無線技術(shù)，用戶使用的時候都需要提前進(jìn)行綁定，操作過程繁瑣，很多用戶使用的時候往往忘記綁定聯(lián)網(wǎng)，造成燃?xì)鉄崴鳠o法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

燃?xì)鉄崴髟谌紵^程中，會受到大氣壓的影響，影響燃燒的性能和效率。傳統(tǒng)燃?xì)鉄崴鞫夹枰斯な謩拥膶?yīng)下發(fā)當(dāng)?shù)氐娜紵€模型。因大氣壓是時刻變化的，燃?xì)鉄崴鞅旧頍o法實現(xiàn)自適應(yīng)大氣壓的變化，會造成燃燒性能低和效率低的問題情況，影響用戶的正常使用。

無線蜂窩技術(shù)[1]具備低功耗、低成本、廣覆蓋、定位等優(yōu)點(diǎn)，在燃?xì)鉄崴魃蠎?yīng)用此技術(shù)，可令燃?xì)鉄崴鳠o需綁定，就可以實現(xiàn)自動聯(lián)網(wǎng)和定位功能，通過定位，自動獲取到經(jīng)緯度，通過互聯(lián)網(wǎng)實時的獲取該地區(qū)的大氣壓變化值，根據(jù)大氣壓值，實現(xiàn)自動的燃燒參數(shù)調(diào)整，燃?xì)鉄崴鲗崿F(xiàn)自適應(yīng)海拔高度，自動調(diào)整燃燒參數(shù)模型。

1 應(yīng)用原理

1.1 無線蜂窩技術(shù)在燃?xì)鉄崴鞯膽?yīng)用原理

燃?xì)鉄崴髦兄骺匕逋ㄟ^UART 串口連接NB-IoT 模塊上電后NB 模塊連接基站，控制數(shù)據(jù)等通過蜂窩物聯(lián)核心網(wǎng)進(jìn)行通訊，業(yè)務(wù)平臺數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，連接優(yōu)家云平臺，云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如圖1 所示。

圖1 應(yīng)用原理

燃?xì)鉄崴髦屑蒒B-IoT模塊，通過連接到NB-IoT基站，經(jīng)過蜂窩物聯(lián)核心網(wǎng)與業(yè)務(wù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，然后與U+云平臺進(jìn)行對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。

1.2 具備的特點(diǎn)

（1）頻譜窄：200 kHz；

（2）終端發(fā)射窄帶信號提升了信號的功率譜密度、信號的覆蓋增益和頻譜利用效率；

（3）相同的數(shù)據(jù)包重復(fù)傳輸也可獲得更好的覆蓋增益；

（4）該技術(shù)降低了終端的激活比和終端基帶的復(fù)雜度；

（5）NB-IoT 四大能力：廣覆蓋，海量連接，更低功耗，更低芯片成本；

（6）NB-IoT 基于現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，可以通過升級現(xiàn)網(wǎng)來快速支持行業(yè)市場需求，成為GUL 網(wǎng)絡(luò)上的第四種模式。

1.3 業(yè)務(wù)流程圖

設(shè)備上電版本號上報給主網(wǎng)關(guān)優(yōu)家云，優(yōu)家云立刻回復(fù)域名信息，建立系統(tǒng)聯(lián)系后，IoT 平臺15 min 進(jìn)行一次心跳，IoT 平臺心跳ACK，所有信息版本、狀態(tài)、故障等上報給接入網(wǎng)關(guān)，產(chǎn)生報警狀態(tài)變化后，位置周期上報，查詢狀態(tài)和報警，活躍狀態(tài)激活10 min，立即上報狀態(tài)和報警，狀態(tài)和報警信息上報APP，詳見圖2 控制流程時序圖。

圖2 控制流程時序圖

1.4 具體的接入方案

建立NB 接入網(wǎng)關(guān)，同運(yùn)營商IoT 平臺對接，速度快并且對現(xiàn)有系統(tǒng)影響最小。

在M2M 平臺實現(xiàn)對Wi-Fi 家電和NB 家電的統(tǒng)一管理，APP 保持用戶使用的兼容性和延續(xù)性

燃?xì)鉄崴魍ㄟ^NB 模塊聯(lián)入NB-IoT 基站[2]，IoT 核心網(wǎng)通過IoT 平臺聯(lián)入優(yōu)家NB 接入網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)在U+物聯(lián)網(wǎng)平臺處理形成大數(shù)據(jù)處理等如圖3 所示。

2 通過無線蜂窩技術(shù)燃?xì)鉄崴鲗崿F(xiàn)的功能

2.1 通過定位實現(xiàn)海拔自適應(yīng)

圖3 接入方案框架圖

燃?xì)鉄崴魍ㄟ^定位獲取經(jīng)緯度，通過服務(wù)器查找出位置的大氣壓，氣壓對應(yīng)燃燒曲線的數(shù)據(jù)表提前錄入到服務(wù)器中。根據(jù)大氣壓的范圍將曲線號下發(fā)給底板，如表1 所示。

表1 氣壓范圍與模型代號對應(yīng)表

2.2 無需綁定，自動聯(lián)網(wǎng)

傳統(tǒng)智能家電都是采用Wi-Fi 技術(shù)，需用戶自己配置設(shè)備入網(wǎng)，并且路由器的有效接入數(shù)小于15 個設(shè)備，需要考慮智能家電安裝的位置，否則會影響信號。

采用蜂窩技術(shù)無需用戶配網(wǎng)[3]，實現(xiàn)自動配網(wǎng)，信號覆蓋范圍廣泛，信號可達(dá)地下?？山鉀Q地下室安裝熱水器以前陽臺安裝熱水器信號不好的情況。無線蜂窩技術(shù)與Wi-Fi 技術(shù)的對比如表2 所示。

表2 無線蜂窩技術(shù)與Wi-Fi 技術(shù)的對比

2.3 售后維護(hù)自動提醒

由于傳統(tǒng)的智能熱水器需要綁定后才能將數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器，很多用戶使用的時候并不會進(jìn)行綁定，另外，很多用戶裝上熱水器后不會進(jìn)行使用，對于熱水器的使用情況以及日常的安全維護(hù)都沒有實時的進(jìn)行記錄。

由于NB-IoT 蜂窩技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動聯(lián)網(wǎng)，無需用戶自動綁定，只要熱水器到用戶家就實現(xiàn)了熱水器的自動網(wǎng)絡(luò)連接。不用擔(dān)心用戶安裝的位置導(dǎo)致信號不好的情況，因為NB-IoT蜂窩技術(shù)的特點(diǎn)，無論熱水器安裝到地下室還是陽臺等位置都不會影響網(wǎng)絡(luò)信號。

NB-IoT 低功耗[4]，可采取電池供電，故熱水器從生產(chǎn)到銷售再到用戶家，NB-IoT 始終保持著工作狀態(tài)，同時實現(xiàn)定位功能，熱水器無論銷售到哪個地方，都可以將使用數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器云平臺中。通過使用數(shù)據(jù)可以清晰的分析出，用戶何時購買、何時安裝、何時使用、使用的具體位置以及相應(yīng)的使用習(xí)慣，為大數(shù)據(jù)分析打下基礎(chǔ)。

另外，根據(jù)用戶的使用情況以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，可通過無線網(wǎng)絡(luò)平臺實時給用戶推送保養(yǎng)維護(hù)等信息，提醒用戶使用和維護(hù)的日常小常識等。

3 結(jié)論

NB-IoT 蜂窩技術(shù)應(yīng)用熱水器，熱水器可實現(xiàn)定位功能，無線蜂窩技術(shù)的低功耗，廣連接解決低功耗供電及互聯(lián)互通的問題，蜂窩技術(shù)在熱水器的應(yīng)用，解決了用戶綁定問題，實現(xiàn)自動網(wǎng)絡(luò)連接，同時解決信號問題，無論熱水器按裝到地下室、陽臺等地方，都不會影響網(wǎng)絡(luò)信號。

因此，在燃?xì)鉄崴魃霞蔁o線蜂窩技術(shù)，利用NB-IoT模塊的低功耗、低成本、廣覆蓋、定位等技術(shù)特點(diǎn)，實現(xiàn)燃?xì)鉄崴骱０巫赃m應(yīng)，無需綁定，自動聯(lián)網(wǎng)，具有售后維護(hù)自動提醒等功能。