基于NB-IoT的機場智能網關設計與實現研究

趙敏捷 夏晨宇 王磊 陳曉軍 白雨萌 趙林旋

摘 要：在信息時代下，構建系統化的機場智能網設備，能夠滿足整個機場運行的海量數據存儲，滿足各樣式電子產品的對接和信息數據的共享交流，還能夠為機場的正常運行提供穩定、高速率的網絡接口。這一切都是基于NB-IoT技術展開設計和實現的。文章就具體如何借助NB-IoT技術展開系統設計和實現應用進行分析，以期為全國各地的機場智能網關系統研發提供參考和借鑒。

關鍵詞：NB-IoT技術;機場智能網關;設計;實現

NB-IoT技術是窄帶物聯網技術的建成，其構建基于無線蜂窩網絡，具有速率高、成本低、功耗低和架構優等特點，在機場的網關系統設計和建設中，NB-IoT技術能夠協助機場自動化管理系統模式形成相應的系統平臺，同時還能夠提供一些具有NB-IoT網關特點的硬件和軟件，共同組建成一個智慧機場網關系統。

1? ? 基于NB-IoT機場智能網關的框架設計與實現

智慧機場的構建需要滿足機場各種大型設備的運行，滿足機場巨大人流量信息的傳輸和監控管理。整體上面臨著信息存儲量大、信息傳輸速率要求高等特點，因此，整個機場NB-IoT網關的使用環境較為復雜，單一的處理器模式不能夠滿足其信息處理的總需求量。因北京首都機場動力能源有限公司智能網關框架主要是采用雙處理器的模式，采用i.MX 6UltraLite芯片，滿足對網關中海量數據的采集、存儲和運算控制等進程。這一核心處理器的驅動力主要來自于外接電源，是因為在NB-IOT技術支持下，其對于能源的消耗較小，不需要設計特殊的電源。但是，為了確保整個機場智能網關的全時性，項目設計中采用了兩種供電運行模式，當利用外接電源供電時，則采用STM32L152芯片，支持電池轉換。

2? ? 基于NB-IoT機場智能網關的軟件設計與實現

框架架構設計等于是機場智能網關的主要骨骼，而要想這一智能網關發揮實際作用，則需要為其注入相適應的軟件系統。在軟件的整體設計中，既可以通過窄帶物聯網技術接入互聯網，也可以通過有線網絡的方式接入互聯網，這確保了機場各種網關設備接入的全時性，避免了接入延遲等問題。該軟件設計整體運行順暢，數據獲取操作快速。

（1）Kernel軟件發揮了整個軟件結構的核心作用，貫穿連接所有的網關設備以及數據服務中心，形成一整個Windows服務系統。Kernel軟件還負責網關設備的連接、管理和數據收集等，其他的管理軟件是通過Kernel軟件實現信息傳輸和接收的。Kernel軟件可謂是整個軟件系統的“靈魂”。

（2）鑒于NB-IoT技術的數據傳輸特點，所有的無線網關設備在接入到Kernel軟件之前，需要對各種信息數據進行轉換，將形式各異的網關設備信息通過“協議轉換組件”轉變成為Windows服務軟件，于運行后臺。

（3）“客戶端配置管理軟件”發揮著監控組態程序的作用。對所有網關設備的運行以及設備的功能運作情況、采集點以及儀表等設備實現監督，并且根據監督得到的數據完成科學、合理的配置。

（4）“Web平臺服務管理軟件”是展示平臺。該軟件將網關采集到的數據進行梳理和分享，按照一定的方式展現在平臺上。軟件還具有查詢、統計、報警等功能，平臺軟件在主流瀏覽器（360，firefox，google等）的支持下完成數據的展示和瀏覽功能。

（5）平臺服務軟件則是設置數據上傳周期的軟件。數據信息具有實效性特點，平臺服務軟件設置數據上傳的周期，確保所有數據都能夠在第一時間上傳給Kernel軟件，流入到需要應用數據的地方。

3? ? 基于NB-IoT機場智能網關的電源設計與實現

在NB-IoT的機場智能網關框架構建以及軟件結構設計中，可以發現網關項目能夠滿足整個機場的所有信息數據傳輸和應用目的。最重要的還有電源的設計和實現，確保智能網關能夠24 h無間隙使用。在項目研發中，基于對整個智能網關的架構和軟件運行的能量需求預估，可以發現，整個智能網關電流主要由3個項目組成：控制單元待機電流（20 μAh）、控制單元激活功耗（激活一次348 μAh）、NB功耗（發射一次1.2 mAh），對此，配備一個外置12 V/3 A適配器，之后根據網關數據的報送次數，選擇不同使用年限規格的電池容量。如一天上報一次，一年所需要的電池容量為1 500 mAh。

4? ? 結語

隨著生活質量的提升，飛行出行已經成為公共交通模式中的重要組成部分，如何提高飛行體驗并帶來更好的飛行服務已經成為機場運行的重要內容。在信息時代，打造智慧機場、營造智能網關勢在必行?；贜B-IoT的機場智能網關設計和實現，需要通過系統框架架設，設計相匹配的軟件，選擇相適應的硬件設施，最后組建形成能夠量產的NB-IoT網關，滿足機場正常運行的需求。

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