摘要：随着计算机技术、通信技术和微电子技术的飞速发展，物联网技术(Internet of Things: IoT)也应运而生、蓬勃发展，并且在多个传统或者是现代的技术领域中得到广泛的运用，如智能驾驶系统、智能交通、公共安全、农业监测、照明控制、医学、生命科学等。本文也是基于物联网技术，介绍一种基于窄带-物联网技术的（Narrow Band：NB）智能抄表系统。
关键词：NB-IoT；智能抄表系统
如其他技术一样，物联网也是先有实际的应用才有概念和定义。物联网的最早应用者是施乐公司（Xerox），早在1990年，该公司创造性的生产了网络可乐贩售机，并且分布于美国的街头巷尾，初步实践了物联网的基本概念。麻省理工学院（MIT）的Kevin Ashton教授在1999年首先明确地提出了物联网的概念[1]，通俗易懂的解释就是万物皆可通过网络互联。随后在2003年，物联网因为被美国的著名杂志《技术评论》评选为“未来改变人们生活的十大新兴技术”之首，而广为人知。随之而来的是在世界范围内掀起了物联网研究的热潮，并且被广泛应用于各个领域，而本文所介绍的智能抄表系统正是其中的传感应用方式之一。[1]
传统的抄表方式存在人工成本高、误差大、时效性低、人为影响因素较大等问题，已经不能适用现代的快节奏生产生活，所以采用可以直接在机房实时读取每个电表数据成为必然，同时也节省了不必要的浪费。基于NB-IoT的智能抄表系统不仅仅可以大大提高抄表的效率，有效提高用电、水、气的管理水平，满足现代企业的自动化办公需求，并且因为较少的人为影响因素，可以大大提高抄表的准确性。
传统的物联网连接系统结构仅仅考虑了各个物体之间的连接，较少地使用模块化解决方案，导致整个系统存在维护成本高、安全性差、可靠性低、等缺点，并且因为传统的物联网系统中所使用的设备功耗较大，导致设备无法较长时间独立工作，。所以，一个新的蜂窝物联网标准需求越来越迫切[2]，首先，这个物联网系统应当使用的是标准化的模块结构，降低系统的维护成本，其次是设备应当是低功耗设备，即可以长时间的独立工作，最后是较强的覆盖范围，NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)应运而生，并且较好的解决了传统物联网系统所存在的问题。作为物联网的一个非常重要分支，NB-IoT具有构建简单、占据带宽窄（仅为180KHz）、可以共建、低功耗等特点。如NB-IoT构建的基础是蜂窝网络，可以直接部署于多个网络系统中，如GSM网络、UMTS网络和LTE网络、部署成本较低。NB-IoT支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN：Low-Power Wide-Area Network)，支持待机时间较长、对网络连接要求较高设备的高效连接，提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖[3]。而这些优点可以使其被广泛应用于传感系统。
【抄表系统】
一、系统分类
1、地区自动抄表模式：利用远场控制，即控制中心的主机实现实时通讯，利用与住户水、电、气表连接的数据采集模块将数据送入，之后通过无线网络通信系统传回控制系统的主机，实现远程抄收功能，可以在任意地方实施抄表。该系统具有简单、灵活、方便等特点。
2、微机联网抄表模式：直读总表和分表之间通过线路连接，并且将总线接入数据中转的中继器，再接入转换器，实现联网自动抄表目的，适用于小区的物业管理。
3、手抄器自动抄表：也称为半人工抄表系统，需要工作人员进入住户，手工录入水、电、气表的数据。在完成一个一个地区的抄表任务之后，将手抄器的数据导入控制中心的主机，实现抄表的目的。
抄表工作是水、电、气等企业的重点工作，同时也是这类企业中最繁重的工作。传统的人工抄表耗时、耗力，并且准确度较低，而通过基于NB-IoT的智能抄表系统，不仅仅缩短了抄表时间、提高效率，同时加强了管理、决策者对该流程的了解及管理，可以有效的提高企业的办事效率，实现企业的现代化进程及自动化办公。
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二、遵守原则
抄表系统的设计应当遵循以下原则：
1、安全性：安全是衡量系统好坏的重要指标，严格、合理的管理架构，良好的程序设计，多层次的安全保护措施可以有效的提高系统安全性；
2、可行性原则：需要根据住户、硬件设施、环境和操作人员的素质来设计整个系统，每一步骤都要做到有理有据；
3、实用性：该系统是替代传统人工抄表系统，重点针对人工抄表存在的混乱、复杂和时效性低等问题，需要将数据录入分为多个模块，避免混乱，实现抄表的规范化、信息化和准确化；
4、低成本：该系统适用于人口密集地区，需要通过最低成本的硬件、最简单的操作，最少的工作量，完成相关操作。而对于人口密度较低的地区，该系统成本过高，可以通过半人工抄表系统完成，实现抄表的信息化、准确化。
三、系统架构
1、数据处理：
①、控制中心：控制中心主机所显示的是数据导入、处理之后的结果，方便控制中心的工作人员看到整个读表的流程。在此处需要为工作人员提供一个交互式的处理、控制界面。
②、数据表现层：数据处理系统的核心是抄表数据表现层，是整个系统中至关重要的一层。数据表现层最主要的功能是规则制定、数据处理，其次是数据管理，即向控制中心的交互式系统传送已经处理好的数据和读取、存储位于存储层中的所收集来的电、水、气表中的数据，相当于数据存储层和交互式系统之间的过渡桥梁。
③、数据存储层：通过数据收集器收集住户水、电、气表的数据，之后通过无线通信系统将数据送入数据库，而数据层是对数据库的管理，负责整个系统的数据读取与存入。
2、网络架构：
系统网络架构利用通信设备实现数据的实时传输，该系统中参与通信工作的各种设备用媒体互连在一起的方法。可以概括为住户使用的普通水、电、气表同数据采集器连接，之后数据采集器和数据集中器连接；数据收集器中的数据可以通过无线通信系统或者是手持设备接入控制中心的主机，然后数据被数据存储层处理，之后被数据表现层使用最后呈现给控制中心的工作人员，完成自动抄表的全部流程[4,5]。
系统的数据库是网络系统中的关键部分，也是系统中最需要保护和维修的部分。由于建立数据库的主机需要长时间、不间断的供电，并且对环境有一定的要求，所以通常将系统的数据库布置在控制中心，方便维护与管理。控制中心下属单位和职能部门根据自己的需求，远程访问存储数据的服务器，对所需要的数据进行读取。
服务器主中设计的本单位系统根据下一级的访问端口的业务请求并完成相关的的业务处理或者是数据读取。服务器功能包括对系统的抄表数据维护、、数据处理和控制等重要工作，并且系统通常将权限管理、登陆管理和异常管理等多个模块也集中在服务器中，这样有利于数据的统一管理，并且对于系统的实时性、有效性以及完整性都有显著的效果[4,6]。
【结语】
随着我国的人口红利时代的逐渐远去，人工成本在逐渐提高，传统的抄表方式被淘汰是社会经济、科学技术发展的必然趋势[6]。利用物联网实现远程抄表不仅可以大量节省人力支出，并且可以提高抄表的准确性和实时性，同时有利于企业结构精简、管理效率提升、企业竞争力提高，是时代发展的必然趋势，也是快节奏的经济、生活节奏的要求。所介绍的基于NB-IoT远程抄表结构仅仅是物联网应用的冰山一角，相信在未来时代，必然会实现物联网的基本定义：万物皆可通过网络互联。
【参考文献】
[1] Kevin Ashton. That ‘internet of things’ thing[J]. 1999.
[1]张万春, 陆婷, 高音. NB-IoT系统现状与发展[J]. 中兴通讯技术, 2017, 23(1):10-14.
[2] 黄海峰. 华为杨超斌:4.5G商用大潮来袭 NB-IOT标准将出炉[J]. 通信世界, 2015(30):31-31.
[3] 刘良荣. 智能抄表系统设计与实现[D]. 电子科技大学, 2013.
[4] 张文远. NB-IoT能否推动智能水表规模部署?[J]. 净水技术, 2017(12):115-117.
[5] 易国键. 基于NB-IOT远程抄表系统的设计与实现[J]. 科学与财富, 2017(24).
[6] 刘宏, 李朝阳, 李晓毅. 关于燃气表远程集中抄表技术的探讨[J]. 城市燃气, 2003(1):15-18.
论文作者:瞿祎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/6
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