基于NB-IoT的智能用電系統的分析與應用

龐慧 曾保權

摘要 隨著能源互聯網及移動通信技術的不斷發展，NB-IoT技術的興起為構建高性價比的智能用電系統提供了可能，針對物聯網的智慧能源行業應用，分析了新型智能用電系統的網絡架構體系，實現了基于NB-IoT的智能用電系統的典型應用。

【關鍵詞】NB-IoT 智能用電 無線通信 物聯網

隨著智慧城市、能源互聯網及大數據時代的來臨，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，萬物互聯是必然趨勢，而無線通信將增速實現萬物連接。

隨著能源互聯網的不斷發展，智能電表作為能源互聯網的感知層終端，是能源互聯網的數據之源，承載著電力計量及數據采集任務。鑒于儀表現場環境的復雜情景，儀表的通信問題一直是行業痛點，隨著NB-IoT技術的興起，為構建真正高性價比的組網方案成為可能。1NB-IoT技術

NB-IoT （Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是IoT領域基于蜂窩的窄帶物聯網的一種新興技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，亦被叫為低功耗廣域網（LPWA）。NB-IoT只消耗大約180KHz的頻段，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡支持待機時間短、對網絡連接要求較高設備的高效連接。

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

NB-IoT無線技術提升了功率譜密度，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全面覆蓋。

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

NB-IoT核心網相對傳統EPC核心網增加了“小包數據控制面傳輸優化、節電優化（PSM、eDRX）”，信令流程簡化、大幅降低消息交互，實現NB-IoT的低移動性接入。低速率、低復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、架構優等特點。

2 系統結構

智能用電解決方案由感知層、網絡層、IoT平臺、應用層組成。

2.1 感知層

感知層主要實現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絡層，本方案中包括NB-IoT電表、控制器及其他智能裝置。

2.2 網絡層

網絡層主要實現信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網、接入網及核心網。本方案中包括NB-IoT網絡，該網絡基于授權頻譜組建網絡，其抗干擾能力、數據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、設備管理、數據管理、能力開發等基礎服務。支持物聯網電表快速接入及集成。通過統一的協議與接口實現NB-IoT電表的接入。平臺提供高效的數據管理、結構化存儲、數據采集、數據調用等功能，為應用層提供組件化的數據服務。

2.4 應用層

應用層是物聯網應用的業務核心，在IoT平臺基礎上，可以聚焦智慧用電的行業業務，實現業務層面的呈現及應用，如智慧用電的報表管理、費率管理、設備維護、統計分析等。

3 系統功能

基于NB-IoT的智能用電管理系統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、預付費管理等全面的智能用電管理系統平臺。

智能用電管理系統支持多種通信方式接入，特別的，對NB-IoT通訊方式，可通過IoT平臺進行數據的接入與轉換。系統可實現設備管理、連接管理、協議轉換、數據管理、配置管理、信息管理、報表管理、計費管理、統計分析、數據挖掘、告警管理等功能。

系統適用于各種用電企業如商業樓宇、居民小區、醫院、學校等場合，系統實施可有效地降低抄表收費誤差、線損及竊電現象，是用電經營中節能增效、成本績效考核的節能管理利器。

4 結論

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

參考文獻

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