基于NB-IoT的智能用电系统的分析与应用

庞慧 曾保权

摘要 随着能源互联网及移动通信技术的不断发展，NB-IoT技术的兴起为构建高性价比的智能用电系统提供了可能，针对物联网的智慧能源行业应用，分析了新型智能用电系统的网络架构体系，实现了基于NB-IoT的智能用电系统的典型应用。

【关键词】NB-IoT 智能用电 无线通信 物联网

随着智慧城市、能源互联网及大数据时代的来临，移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势，而无线通信将增速实现万物连接。

随着能源互联网的不断发展，智能电表作为能源互联网的感知层终端，是能源互联网的数据之源，承载着电力计量及数据采集任务。鉴于仪表现场环境的复杂情景，仪表的通信问题一直是行业痛点，随着NB-IoT技术的兴起，为构建真正高性价比的组网方案成为可能。1NB-IoT技术

NB-IoT （Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是IoT领域基于蜂窝的窄带物联网的一种新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，亦被叫为低功耗广域网（LPWA）。NB-IoT只消耗大约180KHz的频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络支持待机时间短、对网络连接要求较高设备的高效连接。

NB-IoT节电技术DRX （DiscontinuousReception） 和PSM （Power Saving Mode），通过减少不必要的信令和在PSM状态时不接受寻呼信息来达到省电之目的，可让设备时时在线，保障电池10年以上的使用寿命。

NB-IoT无线技术提升了功率谱密度，NB-IoT比LTE提升20dB增益，即覆盖能力提升100倍，很好地实现了广域覆盖，即使在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到，对电表的分布式安装实现全面覆盖。

与传统的2 G/3 G/4G相比，NB-IoT有50～100倍的上行容量提升，200kHz带宽下单基站小区可支持5万用户。

NB-IoT核心网相对传统EPC核心网增加了“小包数据控制面传输优化、节电优化（PSM、eDRX）”，信令流程简化、大幅降低消息交互，实现NB-IoT的低移动性接入。低速率、低复杂度带来的是低成本。

综上所述，其主要特点是覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。

2 系统结构

智能用电解决方案由感知层、网络层、IoT平台、应用层组成。

2.1 感知层

感知层主要实现物理世界的智能感知识别、信息采集及处理，并通过通信模块将物理实体连接到网络层，本方案中包括NB-IoT电表、控制器及其他智能装置。

2.2 网络层

网络层主要实现信息的传递、路由和控制，包括延伸网、接入网及核心网。本方案中包括NB-IoT网络，该网络基于授权频谱组建网络，其抗干扰能力、数据安全性均有可靠的安全保障。

2.3 IoT平台

IoT平台提供连接管理、设备管理、数据管理、能力开发等基础服务。支持物联网电表快速接入及集成。通过统一的协议与接口实现NB-IoT电表的接入。平台提供高效的数据管理、结构化存储、数据采集、数据调用等功能，为应用层提供组件化的数据服务。

2.4 应用层

应用层是物联网应用的业务核心，在IoT平台基础上，可以聚焦智慧用电的行业业务，实现业务层面的呈现及应用，如智慧用电的报表管理、费率管理、设备维护、统计分析等。

3 系统功能

基于NB-IoT的智能用电管理系统是针对各用能单位对用电管理及运营管理的具体要求，适用于多种用电场合的集中抄表、预付费管理等全面的智能用電管理系统平台。

智能用电管理系统支持多种通信方式接入，特别的，对NB-IoT通讯方式，可通过IoT平台进行数据的接入与转换。系统可实现设备管理、连接管理、协议转换、数据管理、配置管理、信息管理、报表管理、计费管理、统计分析、数据挖掘、告警管理等功能。

系统适用于各种用电企业如商业楼宇、居民小区、医院、学校等场合，系统实施可有效地降低抄表收费误差、线损及窃电现象，是用电经营中节能增效、成本绩效考核的节能管理利器。

4 结论

基于NB-IoT的智能用电管理系统采用新兴的物联网技术，在覆盖率、综合布线等等方面具有较大的优势性，本文通过简述NB-IoT技术的相关特性及优势，详尽介绍了智能用电的系统架构，并分别对各层系统进行分析，对系统的功能进行的分析，系统在某市智慧城市的应用中进行了验证，实际测试通信稳定可靠、系统功能良好，并取得了良好的示范效应，对推进能源互联网及节能管理工作具有参考意义。

参考文献

[1]孙彪，移动运营商NB-IoT部署策略探讨[J].移动通信，2016 （16）.

[2]洪成洋，邓继昌，对NB-IoT网络建设方案的研究[J].通信电源技术，2017 （11）.

[3]李博，高志远，曹阳.智能电网支撑智慧城市关键技术[J].中国电力，2015 （11）.