NB-IoT技術在智能水表領域的應用研究

童曦 艾鴻儒

三川智慧科技股份有限公司 江西 鷹潭 335200

引言

自改革開放以來，城市建設規模不斷擴大，對住宅調試提出了更高的要求，在NB-IoT技術應用之前，建筑中所應用的水表多以小型無線儀表為主，此類儀表在穩定性方面存在缺陷，而NB-IoT技術的應用，有利于解決智能水表的固有缺陷，因此對此項課題進行研究，具有十分重要的意義。

1 NB-loT技術的優點

NB-IoT技術的優點主要體現在以下方面：

1.1 覆蓋范圍廣

與現有網絡技術相比，NB-IoT技術的信號覆蓋能力非常強，在查閱文獻資料后得知，在頻率不變的條件下，NB-IoT技術的信號強度高出網絡技術20dB。在信號增強后，其覆蓋范圍也隨之擴大，相較于GSM網絡，NB-IoT技術的信號范圍擴大了10倍左右，同時還能覆蓋室內、地下室等區域。

1.2 連接量多

時延敏感程度低、數據流量小、上行資源調度粒度小，資源利用率高是NB-IoT技術的優點之一，僅一個扇區所支持的連接數量就多達10萬個。

1.3 功耗低

NB-IoT終端的時延敏感程度低，休眠狀態持續時間長，減少了信令開銷，再加上各種省電手段的運用，使NB-IoT終端的功耗下降。據統計，該終端的待機時間接近10年。

1.4 成本低

終端成本高低，是衡量一個終端是否具備實用價值的重要指標，究其原因，主要是企業需要布置海量的終端，如果終端成本過高，會打消企業的使用熱情。而NB-IoT技術的運用，則有助于終端成本的降低，具體表現為NB-IoT技術可以簡化終端構造，從而使終端成本下降[1]。

2 NB-loT技術在智能水表領域的應用

在智能水表領域應用NB-IoT技術，有助于水務精細化管理目標的實現，接下來，本文會通過結合實例的方式對NB-IoT智能水表結構進行分析，如下所述：

2.1 應用實例

現階段，NB-IoT技術在國內各大城市的智慧水務系統中的應用較為廣泛，以北京某小區為例，在統計后得知，該小區安裝的NB-IoT智能水表數量多達500只，智能水表會向NB-IoT終端平臺及時傳輸水表所收集的居民用水數據，數據傳輸頻率為1次/30min，每天匯總并傳輸的數據量多達100byte。NB-IoT技術的運用，使水表計量數據的準確性、容量和傳輸效率進一步提升。尤其是在用水高峰期，NB-IoT智能水表可以及時采集數據，為水務精細化管理目標的實現創造了有利的條件。NB-IoT智能水表的參數如下：

15mm口徑：過載流量3.125m3/h；常用流量2.5m3/h；分界流量0.05m3/h；最小流量0.0313m3/h；最小流量/常用流量≥80；最大水壓1MPa；壓力損失等級ΔP63；水壓等級MPa10；工作電壓3.6V；溫度等級（冷水）T30、（熱水）T90；環境相對濕度≤95%；絕緣耐壓強度5000V。

20mm口徑：過載流量5.1m3/h；常用流量4.2m3/h；分界流量0.078m3/h；最小流量0.049m3/h。

25mm口徑：過載流量7.86m3/h；常用流量6.3m3/h；分界流量0.131m3/h；最小流量0.0763m3/h。

2.2 NB-IoT智能水表的結構

北京某小區所應用的智能水表，其結構主要由四部分組成，分別為應用層、物聯網平臺、網絡層和終端層，其中，網絡層組成部分包括核心網和基站。這些層級之間通過物聯網技術所連接，與未來發展要求相吻合。

2.2.1 終端層。用戶水表終端是終端層所在的位置，是物聯網的基礎，利用傳感器測量用戶的用水量，水壓和水質數據，并將其傳輸到系統，是終端層的主要功能。這項功能的實現條件為智能水表中的物聯網通信組件，該組件可以聯系物聯網基站，與傳統水表終端模式相比，NB-IoT智能水表終端模式的可操控性更強[2]。

2.2.2 網絡層。結合上文可知，網絡層的組成部分包括物聯網基站和核心網，其中前者的作用為終端接入和區域管理，能夠聯系核心網絡，并向其傳遞終端信息。在組網時可以將實際情況作為依據，選擇合適的組網形式，目前，融合組網形式較為常用，而獨立組網只適用于特定區域。實現終端交互和處理，是核心網的主要功能，核心網的組網形式同樣分為兩種，分別為獨立組網和網絡公用。其結構為多網元結構，出于對網元數目進行控制的考慮，在部署時應該將統一部署作為主要選擇，簡言之，就是同時部署不同的網元，以強化控制效果。

2.2.3 物聯網平臺。在智能水表系統中，由物聯網平臺匯集全部的數據，然后對數據類型和需求進行分析，并依據分析結果，向應用服務器傳輸指令，最終使水務數據管理的目標實現。

2.2.4 應用層。應用層是智能水表系統的最上層，可以滿足用戶的需求，控制能力也非常強，如有功能需求，利用NB-IoT技術設計和開發即可。

3 結束語

綜上所述，本文以北京市某小區所應用的NB-IoT智能水表為例，對NB-IoT技術在智能水表中的應用進行分析，認為這項技術的應用，有利于提升智能水表的工作效率和工作性能，具有非常良好的應用前景，建議水務部門予以重視。