NB-IoT技术在智能水表领域的应用研究

2021-12-27童曦艾鸿儒

科学与信息化 2021年18期

童曦艾鸿儒

三川智慧科技股份有限公司江西鹰潭 335200

引言

自改革开放以来，城市建设规模不断扩大，对住宅调试提出了更高的要求，在NB-IoT技术应用之前，建筑中所应用的水表多以小型无线仪表为主，此类仪表在稳定性方面存在缺陷，而NB-IoT技术的应用，有利于解决智能水表的固有缺陷，因此对此项课题进行研究，具有十分重要的意义。

1 NB-loT技术的优点

NB-IoT技术的优点主要体现在以下方面：

1.1 覆盖范围广

与现有网络技术相比，NB-IoT技术的信号覆盖能力非常强，在查阅文献资料后得知，在频率不变的条件下，NB-IoT技术的信号强度高出网络技术20dB。在信号增强后，其覆盖范围也随之扩大，相较于GSM网络，NB-IoT技术的信号范围扩大了10倍左右，同时还能覆盖室内、地下室等区域。

1.2 连接量多

时延敏感程度低、数据流量小、上行资源调度粒度小，资源利用率高是NB-IoT技术的优点之一，仅一个扇区所支持的连接数量就多达10万个。

1.3 功耗低

NB-IoT终端的时延敏感程度低，休眠状态持续时间长，减少了信令开销，再加上各种省电手段的运用，使NB-IoT终端的功耗下降。据统计，该终端的待机时间接近10年。

1.4 成本低

终端成本高低，是衡量一个终端是否具备实用价值的重要指标，究其原因，主要是企业需要布置海量的终端，如果终端成本过高，会打消企业的使用热情。而NB-IoT技术的运用，则有助于终端成本的降低，具体表现为NB-IoT技术可以简化终端构造，从而使终端成本下降[1]。

2 NB-loT技术在智能水表领域的应用

在智能水表领域应用NB-IoT技术，有助于水务精细化管理目标的实现，接下来，本文会通过结合实例的方式对NB-IoT智能水表结构进行分析，如下所述：

2.1 应用实例

现阶段，NB-IoT技术在国内各大城市的智慧水务系统中的应用较为广泛，以北京某小区为例，在统计后得知，该小区安装的NB-IoT智能水表数量多达500只，智能水表会向NB-IoT终端平台及时传输水表所收集的居民用水数据，数据传输频率为1次/30min，每天汇总并传输的数据量多达100byte。NB-IoT技术的运用，使水表计量数据的准确性、容量和传输效率进一步提升。尤其是在用水高峰期，NB-IoT智能水表可以及时采集数据，为水务精细化管理目标的实现创造了有利的条件。NB-IoT智能水表的参数如下：

15mm口径：过载流量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；最大水压1MPa；压力损失等级ΔP63；水压等级MPa10；工作电压3.6V；温度等级（冷水）T30、（热水）T90；环境相对湿度≤95%；绝缘耐压强度5000V。

20mm口径：过载流量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口径：过载流量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智能水表的结构

北京某小区所应用的智能水表，其结构主要由四部分组成，分别为应用层、物联网平台、网络层和终端层，其中，网络层组成部分包括核心网和基站。这些层级之间通过物联网技术所连接，与未来发展要求相吻合。

2.2.1 终端层。用户水表终端是终端层所在的位置，是物联网的基础，利用传感器测量用户的用水量，水压和水质数据，并将其传输到系统，是终端层的主要功能。这项功能的实现条件为智能水表中的物联网通信组件，该组件可以联系物联网基站，与传统水表终端模式相比，NB-IoT智能水表终端模式的可操控性更强[2]。

2.2.2 网络层。结合上文可知，网络层的组成部分包括物联网基站和核心网，其中前者的作用为终端接入和区域管理，能够联系核心网络，并向其传递终端信息。在组网时可以将实际情况作为依据，选择合适的组网形式，目前，融合组网形式较为常用，而独立组网只适用于特定区域。实现终端交互和处理，是核心网的主要功能，核心网的组网形式同样分为两种，分别为独立组网和网络公用。其结构为多网元结构，出于对网元数目进行控制的考虑，在部署时应该将统一部署作为主要选择，简言之，就是同时部署不同的网元，以强化控制效果。

2.2.3 物联网平台。在智能水表系统中，由物联网平台汇集全部的数据，然后对数据类型和需求进行分析，并依据分析结果，向应用服务器传输指令，最终使水务数据管理的目标实现。

2.2.4 应用层。应用层是智能水表系统的最上层，可以满足用户的需求，控制能力也非常强，如有功能需求，利用NB-IoT技术设计和开发即可。