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2017 年3月22日，在第25個世界水日當天，深圳水務(wù)集團與華為、中國電信聯(lián)合發(fā)布全球首個NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)）智慧水務(wù)商用項目，這是NB-IoT 技術(shù)進入水務(wù)領(lǐng)域的一個重要里程碑，標志著基于NB-IoT 的智慧水務(wù)項目在深圳正式規(guī)模商用，成為全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和智慧城市的標桿。

NB-IoT 簡介

NB-IoT 的發(fā)展背景

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸與擴展的一種網(wǎng)絡(luò)，其按照事先約定的協(xié)議，利用信息傳感設(shè)備將世間萬物與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行物與物、人與物之間的信息交換和通信，從而進一步實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)測控制和管理。IoT既包括一些高速率業(yè)務(wù)，也包括一些低速率業(yè)務(wù)。帶寬超過155 kbps以上的網(wǎng)絡(luò)一般被稱為寬帶網(wǎng)絡(luò)，窄帶是相對于寬帶而言的，窄帶的特點是接入速度慢，傳輸速率低。低速率業(yè)務(wù)市場通�；�于低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)。根據(jù)頻譜是否授權(quán)，低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)又可分為工作于未授權(quán)頻譜的技術(shù)與工作于授權(quán)頻譜的技術(shù)，NB-IoT工作于授權(quán)頻譜下。由于低速率業(yè)務(wù)占據(jù)了大量的IoT 業(yè)務(wù)，NB-IoT的需求空間巨大。

NB-IoT 主要技術(shù)特點與關(guān)鍵屬性

NB-IoT 的主要技術(shù)特點包括廣覆蓋、強鏈接、低功耗、低成本。下面分別進行具體介紹：

①　廣覆蓋。在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有無線技術(shù)的覆蓋面積更廣，可以擴大到100 倍。由于采用重傳和低階調(diào)制等機制，其穿透性能更好。對于構(gòu)筑物內(nèi)、地下管網(wǎng)、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應(yīng)用同樣適用。

②　強鏈接。與現(xiàn)有的無線技術(shù)相比，在同一個基站的情況下，NB-IoT能夠提供的接入數(shù)更多。NB-IoT 一個扇區(qū)就可以支持10萬個NB-IoT終端連接。

③　低功耗。NB-IoT功耗僅為2G的1/10，NB-IoT 終端模塊的待機時間長，能夠達到10年。

④　低成本。NB-IoT 可以重用站點基礎(chǔ)設(shè)施，可以復(fù)用射頻和天線，因此部署成本能夠降低。另外對于NB-IoT 芯片來講，低速率、低功耗、低帶寬的技術(shù)特點也可以使得相關(guān)模塊的成本得到降低。根據(jù)NB-IoT 的主要技術(shù)標準，其相應(yīng)具有以下幾個關(guān)鍵屬性：低速率屬性、高時延屬性、低頻次屬性、移動性弱的屬性。

NB-IoT 在水務(wù)行業(yè)的潛在應(yīng)用場景

考慮到NB-IoT 技術(shù)的具體特性， NB-IoT 比較適合應(yīng)用于低功耗/長待機、深覆蓋、大容量有需求的低速率業(yè)務(wù)。另外，由于NB-IoT移動性較弱，更適合靜態(tài)或非連續(xù)移動、非實時傳輸數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)場景，并且這些業(yè)務(wù)對時延也并不是很敏感。具體到水務(wù)行業(yè)，可以考慮應(yīng)用NB-IoT 的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)場景如下：

①　自主異常報告業(yè)務(wù)類型。如智能消火栓、智能井蓋等設(shè)備狀態(tài)異常的通知報警等，上行數(shù)據(jù)極小數(shù)據(jù)量需求（十字節(jié)量級），周期多以月、天為單位。

②　自主周期報告業(yè)務(wù)類型。如智能水表的測量報告、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳報告等，上行較小數(shù)據(jù)量需求（百字節(jié)量級），周期多以天、小時為單位。

③　網(wǎng)絡(luò)指令業(yè)務(wù)類型。如抄表請求、水樣取樣請求、開啟/關(guān)閉設(shè)備（綠化灌溉）、屋頂水箱鎖觸發(fā)等，下行極小數(shù)據(jù)量需求（十字節(jié)量級），周期多以天、小時為單位。

④　軟件更新業(yè)務(wù)類型。如水務(wù)業(yè)務(wù)相關(guān)軟件打補丁或更新，上行下行較大數(shù)據(jù)量需求（千字節(jié)量級），周期多以年、月為單位。

基于NB-IoT 的智慧水務(wù)

以物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息通信技術(shù)的顯著進步和低成本傳感器核心技術(shù)的突破，深刻地改變著傳統(tǒng)水務(wù)產(chǎn)業(yè)形態(tài)，催生了大量新技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式，特別是與云計算、大數(shù)據(jù)的進一步結(jié)合。NB-IoT 利用運營商的網(wǎng)絡(luò)組織物聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)整個城市一張網(wǎng)。NB-IoT 終端數(shù)據(jù)采集后直接上傳到云端，可進一步進行大數(shù)據(jù)分析，便于維護和管理，為智慧水務(wù)建設(shè)提供了先進的技術(shù)手段。

NB-IoT 的部署方案

將NB-IoT 應(yīng)用于水務(wù)行業(yè)，部署架構(gòu)通常包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層，具體又可以細分為NB-IoT 終端、NB-IoT基站、NB-IoT 核心網(wǎng)、IoT 平臺和水務(wù)行業(yè)應(yīng)用中心，參見圖1所示。以上各部分的功能分別介紹如下：

①　NB-IoT 終端：包括智能水表、壓力表、流量計、水質(zhì)儀表、智能消火栓、智能井蓋等各種監(jiān)測傳感器，終端集成NB-IoT 模組，與NB-IoT 基站連接，智能終端通過NB-IoT 基站將信息上傳給IoT 平臺。

②　NB-IoT 基站：為終端提供無線接入服務(wù)，并將采集到的終端上報的數(shù)據(jù)發(fā)給IoT 網(wǎng)關(guān)。這里主要采用運營商已架設(shè)的LTE 基站，部署方式主要分為獨立部署、保護帶部署和帶內(nèi)部署。

③　NB-IoT 核心網(wǎng)：識別NB-IoT 終端的有效性、存儲NBIoT終端的數(shù)據(jù)，和IoT 平臺對接，將NB-IoT 終端的數(shù)據(jù)提供給IoT 平臺。

④　IoT 平臺：完成各類業(yè)務(wù)的處理，包括設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理等，并將處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到行業(yè)應(yīng)用中心或NB-IoT 終端。

⑤　水務(wù)行業(yè)應(yīng)用中心：水務(wù)行業(yè)應(yīng)用中心是物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的上層控制中心，根據(jù)水務(wù)行業(yè)需求進行應(yīng)用平臺及APP 的開發(fā)，接收水務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并控制NB-IoT 終端。

智能水表的應(yīng)用

首次在深圳南方明珠花園、景田北等小區(qū)部署了約1200 只NB-IoT 智能水表，通過深圳電信的800M 的NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)傳輸至深圳水務(wù)業(yè)務(wù)平臺。目前每30 分鐘采集一次數(shù)據(jù)，每天匯總上傳一次約100 byte。測試結(jié)果比較滿意，證明NB-IoT 的技術(shù)特點特別適合于水表抄讀這樣的應(yīng)用場景。深圳地區(qū)戶表數(shù)量預(yù)計為300 萬塊，NB-IoT 的技術(shù)很好地解決了水務(wù)企業(yè)以往需要多種技術(shù)組合也不容易解決的水表計量數(shù)據(jù)準確、實時、海量、快速上傳的問題。

采用NB-IoT 技術(shù)可實現(xiàn)智能水表的流量信息實時采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、控制指令下發(fā)等遠程操作，可以分時設(shè)置采集頻次，在用水高峰時段提高采集頻次。將采集的水表數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進行及時分析和處理，實現(xiàn)更為針對性、科學(xué)性的動態(tài)管理，提升抄表管理效率，降低小區(qū)漏耗水平，進一步提升服務(wù)品質(zhì)。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)基于授權(quán)頻譜組建，并采用端到端的安全管理方案，其抗干擾能力、數(shù)據(jù)安全性、技術(shù)服務(wù)均有可靠保障。

智能消火栓的應(yīng)用

在深圳已經(jīng)部署了1000 個智能消火栓試點，可監(jiān)測消火栓設(shè)備狀態(tài)的異常。深圳全市約有6 萬個消火栓，NB-IoT 的技術(shù)特點也適合于這類設(shè)備狀態(tài)異常通知或報警的應(yīng)用場景。智能消火栓具有智能監(jiān)測模塊和微功耗傳輸模塊，能夠?qū)崟r監(jiān)控消火栓狀態(tài)數(shù)據(jù)信息（偷水、撞倒、水壓異常、電壓異常、用水計量），當監(jiān)測到消火栓水壓低于國家最低標準0.14MPa 時，會發(fā)出水壓不足報警信息，同時還可監(jiān)測消火栓撞倒、非法用水、身份識別、終端電壓等狀態(tài)或指標，任何一項異常都會觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸模塊將異常數(shù)據(jù)上傳至深圳水務(wù)業(yè)務(wù)平臺。系統(tǒng)同時配置定位功能，可直觀顯示每個消火栓的地理位置。當某處發(fā)生火災(zāi)時，可以快速定位該火災(zāi)發(fā)生點附近可用消火栓，為消防人員提供位置信息與行車路徑，為火災(zāi)救援節(jié)約寶貴時間，將事故損失降至最低。

小結(jié)

NB-IoT 利用運營商的網(wǎng)絡(luò)組織物聯(lián)網(wǎng)，將水務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集后直接上傳到云端，可實現(xiàn)整個城市一張網(wǎng)，便于進行大數(shù)據(jù)分析、維護與管理。由于水務(wù)行業(yè)不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用場景對于IoT設(shè)備的速率需求也不相同，未來的局面應(yīng)該是以低速率為主和低、中、高速率共存。盡管NB-IoT 大規(guī)模應(yīng)用仍存在一定的制約因素，但借助NB-IoT 技術(shù)優(yōu)勢，在水務(wù)各環(huán)節(jié)開展一系列技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新，將極大地促進智慧水務(wù)建設(shè)。