基于NB—IOT远程抄表系统的设计与实现

易国键

摘 要： 家庭用水电气表和我们的日常生活息息相关，传统抄表方法是人工上门抄表统计数据。随着社会的发展，人工抄表显露出效率低、人工成本高、记录数据易出错、维护管理困难等多种弊端。本文拟采用NB-IOT技术实现水电气远程抄表，突显物联网典型应用场景解决方案。

关键词： NB-IOT；GPRS；远程抄表；物联网；智能仪表

1.研究背景

随着供电自动化以及城乡电网、水网改造的不断深入，涉及到千家万户的水电管理和抄表计费已成为相关部门关心和重视的热点问题。受安装环境、测量介质等诸多因素影响，如智能水表长期运行在潮湿、生锈环境中，电控模块极易发生故障。南、北水质，地表水、地下水等检测指标，水表口径、安装方式和安装环境都不尽相同，因此无法建立统一的技术路线和标准，智能水表在物理层和协议层都呈现高度的不统一，严重影响智能水表的覆盖率。 随着社会的快速发展，居民生活用电水急剧攀升，水表抄表量逐渐增大，用水管理成本增加，管理难度越来越复杂，现阶段的人工抄表等方式存在诸多的缺陷不便，不但抄读效率低、费时费力，而且准确性和及时性得不到有力保障，进而导致生产管理和技术决策方面得不到详细准确的原始数据。如果现有的技术不能用来改善传统的人工抄表方式的不合理之处，而人工抄表造成的错误，势必对供电供水企业管理极坏的社会影响，并造成巨大的经济损失。现代计量及收费的方法日新月异，传统的计量仪表及人工上门抄表收费的方法正逐步被淘汰。随着电表“一户一表抄表到户”工程的实施，光电直读水表的应用，计算机联网集中抄收，集中控制，集中收费的管理方法，正被越来越多的人接受。

目前已有通过485网线、电力载波、红外、GPRS远程无线等通讯方式，对水电气表进行抄录管理。相比较而言，GPRS远程抄表技术更先进、效率更高、更安全，但也存在诸多问题，如通讯基站用户容量小、功耗高、信号覆盖较差、成本较高等。

2. NB-IOT技术

基于物联网技术而建立的智能抄表系统，实现了远程抄表功能，摒除了传统抄表的费时、费力的缺点，而是采用无线传感网络对居民的水、电、气信息智能采集，不仅使抄表的准确性有所提高，而且还提高了抄表效率。基于NB-IOT远程抄表在继承了GPRS远程抄表功能优点的同时还拥有海量容量，相同基站通讯用户容量是GPRS远程抄表的10倍。NB-IOT拥有更低功耗，在相同的使用环境条件下NB-IOT终端模块的待机时间可长达十年以上、信号覆盖更强（可覆盖到室内与地下室）。

NB-IOT，是基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）通讯模式，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，大量降低了部署成本，可支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。

3.基于NB-IOT远程抄表解决方案

本方案采用NB-IOT通讯模组，可内置水电气表中，也可支持在现有仪表设备上升级改造。通过基站进行数据转发，针对小包、偶发的远程抄表应用场景，NB-IOT设计独特的DRX特性，终端在发送数据包后，立刻进入一种休眠状态，不再进行任何通信活动，等到它有上报数据的请求的时刻，它会唤醒自己，随后发送数据，然后又進入睡眠状态。按照物联网终端的行为习惯，将会达到99%的时间在休眠状态，使得功耗会非常低，实现了设备超低功耗，两节5号电池的电量可以使用10年以上。其拓扑结构如图1所示。

远程抄表可实现水电表抄收、电表预付费后付费模式可选、电表远程通断控制、水电表状态远程监控、远程购水电、欠费短信通知。具体如下：

（1）系统设置：读取和设置计量数据、管理参数；

（2）系统运营：费用统计、查询、备份、报表、收费单生成；

（3）小区管理：对各小区设置通信参数；

（4）系统管理：管理操作人员及权限、通信设置；

（5）定时抄表：实现自动抄表设置，如定时定区区域等；

（6）实时抄表：实时抄取任意表当前状态及数据；

（7）自动较时：校正终端时间；

（8）短路检测：系统自动显示信号线短路状态；

（9）防窃报警：对系统内违章行为进行监测；

（10）断电数据备份：系统或设备断电时，数据自动长期保留。

综上所述，NB-IoT技术是新时代发展的产物，将解决众多应用场景局限性的问题，NB-IOT技术将应用于更多物联网场景，实现人人互联、万物互联。■endprint