一种基于NB-IoT的室外移动通信基站接地线的防盗方法

徐鸠岚

中国电信股份有限公司盐城分公司

0 引言

移动通信基站的建设是通信运营商投资的重要部分。目前室外移动通信基站接地线普遍采用铜芯线，铜芯线具有一定的经济价值，故经常被盗，给设备的安全运行带来隐患。当前5G室外基站量大点广，如何及时制止和发现接地线被盗是运营商亟需解决的问题。调查显示，接地线被盗会直接造成以下几种情况的损失：（1）接地线被盗造成直接经济损失，包括接地线本身价值、修复的工程费用；（2）接地线被盗造成间接经济损失，主要是接地线被盗后，因未及时发现和修复，室外移动通信基站被雷击造成损坏；（3）接地线被盗后，因未及时发现，从而不能及时报警，使得警方不能及时打击此类犯罪行为，反过来助长了接地线被盗的情况。

为实现移动通信基站管理的信息化和自动化，提高运营商对移动基站的管理能力，本研究设计了基于NB-IoT技术的室外移动通信基站接地线的防盗系统。运用NB-IoT技术将移动基站相关参数传输到后台数据管理平台，管理人员通过后台管理系统即可远程监控移动基站设备运行状态，并能够在第一时间发现设备异常。

1 研究背景

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网），是为实现大连接、广覆盖、低功耗等要求而设计的专门用于物联网的窄带无线蜂窝通信技术。NB-IoT技术具备超低功耗、超低成本、超强覆盖、超大连接的关键特性，是万物互联网络的一个重要分支，该技术定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场，拥有广阔的应用前景。

中国电信物联网开放平台，即CTWing平台，是智能终端的汇聚平台，应用开发运行的服务平台，轻量级应用的提供平台。CTWing是中国电信物联网能力的统一数字开放平台，是中国电信“云改数转”战略的底座平台，汇聚了中国电信云网融合能力，全连接管理、设备管理、城市感知、端到端安全以及AI/区块链/大数据等综合能力，服务产业数字化转型。中国电信将物联网与5G、AI、边缘计算、区块链、大数据等新技术深度融合，为客户提供差异化、个性化、敏捷化的AIOT“平台+应用”服务，打造中国电信面向客户、行业、生态开放统一的物联网能力窗口。

目前，中国电信CTWing平台已服务近3亿物联网用户，其中5G NB-IoT用户规模超1亿。基于CTWing平台的物联网设备连接超8000万，涵盖智慧城市、智慧交通、智能制造、社会民生等领域，平台月均调用次数近200亿次，拥有品类丰富的物联网终端市场。

2017年，中国电信提出NB-IoT智能白家电的解决方案。不同于普通智能白家电大多基于2G以及WiFi实现联网，NBIoT智能白家电通过NB-IoT网络直接连接到云平台，开机激活一次即可自动完成配置连接，解决了2G网络容量有限、WiFi等短距技术操作繁琐等痛点。

2020年，NB-IoT部署于智能水表采集，取代传统住宅小区的专人抄表，简化抄表流程，对计费、线损控制、用能分析等方面提供及时准确的数据。

除此之外，NB-IoT技术还可应用于定位追踪等领域，通过实时远程监测，及时发现井上路面积水、井盖松动遗失，解决巡维管理、资产防盗、管廊管理等问题。室外移动通信基站由于数量众多，量大点广，目前并没有针对室外移动通信基站接地线防盗的有效解决方法，通常采用人员巡检的方式进行维护。NB-IoT技术的应用不再需要人工巡查，数据全部自动传输到平台上，节省了大量人力资源；同时，由于其拥有超低功耗，正常通信和待机电流是mA和uA级别，模块待机时间可长达十年，极大程度简化了监测在后期的维护。

2 技术方案

2.1 NB-IoT的网络架构及传输方案

NB-IoT基站接地线的防盗系统端到端架构如图1所示。NB终端向eNodeB请求接入，eNodeB收到此消息后，将其中的NAS消息转发给MME用于S1连接。经过省核心网网元数据处理后，将数据汇聚到电信CTWing平台。CTWING平台可通过HTTP、HTTPS、MQ方式将设备消息推送至客户平台。

图1 NB-IoT技术端到端的系统架构

终端业务模型为周期型小包低频上报业务，主要包括周期性上报接地线状态，告警上报，参数查询，查询响应，固件升级。终端上报数据格式如表1所示。

表1 终端上报数据格式

字段 数据类型 描述上报数据 BYTE[1]上报设备状态，0表示正常，1表示异常

2.2 解决方案组成

终端主要由低压直流继电器、直流电源、连接线、声光报警装置采集设备等前端采集设备组成，如图2所示。传输通道采用NB-IoT技术，直接应用市场上的NB-IoT模块。信息反馈处理平台，即IoT平台采用电信CTWing平台，可以根据需要对采集到的信号进行处理。每张NB-IoT卡通过卡号和基站一一对应，当基站的接地线被盗后，信息会被推送到相关人员的手机上，以备及时处理。

图2 基于NB-IoT的室外移动通信基站接地线的防盗方法系统图

2.3 实施方法

本研究提出的解决方案包含室外5G移动通信基站、接地线、接地线控制回路、电磁继电器、电磁继电器控制回路、声光报警装置、物联网NB-IoT监测模块、信息反馈处理平台。室外移动通信基站连接接地线，并通过接地线控制回路控制开闭，接地线通过电线直接与电磁继电器相连接，组成第二回路，第二回路为电磁继电器的动断触点输出回路，输出回路中同时连接了声光报警装置、物联网NB-IoT监测模块、信息反馈处理平台。

当接地线被盗或者断开后，低压直流继电器电源没有电，动断型触点合上，输出回路通电工作，声光报警装置工作，发出声光告警信息，吓阻偷盗行为；同时物联网NB-IoT监测模块监测到开关量，将信息及时反馈并发送到处理反馈平台；处理反馈平台根据接收到的信息进行报警及维修信息指派，反馈及迅速运维，极大地降低了成本，提高了效率。

本解决方案的工作原理是将电源模块的输入和输出并联连接接地线的两端，将MCU模块串接在其中，MCU定时轮询该电路的通断状况，并把轮询的结果和前导包（站点标识）通过NB-IoT模块发送给CTWing平台。CTWing平台（中国电信物联网平台）收到定期轮询的结果，推送给信息处理的服务器，信息处理服务器进行解码，信息入库，根据规则进行分析判断外部接地线是否断开，如果判断接地线断开，发送短信通知维护人员进行现场处理。

该解决方案利用继电器的被动触发功能，将室外移动通信基站接地线接入继电器输入回路，通过输入回路的断开，来实现输出回路的电信号的输出。通过物联网NB-IoT技术，实现自动报警及数据回传功能，维护人员可以及时收到告警，并到现场处理，提升维护效率，减少设备因雷击产生的次生障碍和设备损毁。

2.4 实施效果

一个完整的5G宏基站建设包括主设备BBU、AAU、传输设备；动力配套设备设施包括电源、电池、空调、监控等；土建施工包括机房、材料、人工等，共计费用约45万。据不完全统计，每个月因基站接地线被盗，直接经济损失约4.5万元，需要增加维修人工成本约2万元。本解决方案的提出，会为之后的基站维护减少以上经济损失，并节约大量的人力成本。

3 结束语

NB-IoT解决方案的价值在于覆盖范围广、深度大、功耗低、成本低、连接量大。由于它是在LTE的基础上开发的，所以可以通过使用许可的频段将其叠加到现有的2G/3G/LTE蜂窝网络上。本研究提供的方案已经申请专利，专利申请号202110610626.4。通过继电器与物联网NB-IoT监测模块连接，当继电器工作时，不但可以吓阻偷盗行为，避免国有资产的损失，同时还可以通过平台发出及时信息，让运维人员第一时间知道哪一个通信基站出现问题并及时进行维护，为通信运营企业的设备安全运行保驾护航。