摘要：随着科技发展，智慧社区、智慧城市等的物联网技术的大范围推广及应用，为社会治安、生活、交通、办事等与人民生活息息相关的领域提供了便利性。传统物联网技术传输无外乎依靠无线WIFI、ZigBee、蓝牙、RFID、4G网络等传输介质整合到综合管理云平台上，而这些传输介质普遍只适用于新建或整体改建项目，不适用像老城区远程抄表改造、消防栓水管理、窨井盖缺失管理等难以大范围短时间内加入到智慧社区、智慧城市的管理中去，这就需要一种新传输技术来尽快解决这一块的空缺，本人推荐使用NB-ioT窄带物联传输技术来弥补这一空缺并加以论证阐述。
关键词：NB-ioT；窄带物联传输；智慧城市；物联网；
随着社会发展，科技的快速进步，物联网、大数据、云计算等先进技术走进我们的视野，在最近几年更是被广泛应用，如智慧园区建设、智慧城市建设、雪亮工程建设等都是基于物联网、大数据云的基础体现。
无论是物联网、大数据云等都无外乎需依靠无线WIFI、ZigBee、蓝牙、RFID、4G网络等传输介质整合到综合管理云平台。通过物联网云平台可以对所有终端设备进行监视、记录、控制等操作，把各个不相关的设备终端关联到一起，如把视频监控、智能抄表、智慧路灯、防火监测等都可以集成到物联网平台，而且已有大量应用实例，但始终未见把窨井盖、旧小区远程抄表改造、消防栓管理等这小块被忽视的领域加入到智慧城市建设物联网管理中。本人觉得并不是我们把这一块遗忘了，而是现阶段物联网终端基本都是通过WIFI、ZigBee、蓝牙、RFID等传输方式接入到物联网云平台，某些小部分应用领域本身是不太适合这些传输方式，即使用了也得不到预期的效果而缺少了这一部分的有效管理，在这些小众领域的其中一部分就有窨井盖的防盗、缺失、移位等的监测、老城区旧小区传统水电气计量的远程抄表、消防栓缺水漏水等的监测等等。这些领域因为都有它的共同特殊性，它遍布城市的每条大街小巷、每个小区、医院、学校等任何地方，分布广且分散，就使得寻常信号传输方式根本不适用而未能大范围的接入物联网，从而使得这一领域出现了管理空白。本人特地对这一块进行过持续研究论证，寻找到了一种很适合的技术—NB-ioT（Narrow Band Internet of Things）窄带物联传输技术。
一、窨井盖远程管理实验论证的论述
目前，窨井盖急需管理有三方面原因，一是窨井盖被盗，这种情况以前较严重，现在已有很大改观；二是维修工作人员二次施工或检修时漏盖或未盖全；三是遭大型货车集卡压毁。住建部也多次要求需将窨井盖作数字化管理提上日程并及早实施，将这项安全管理工作及档案资料全部纳入到数字化物联管理平台，达到能定位、排查、预警、处理、归档等一些列工作，而非简单的只在窨井盖上安装机械锁具或者沿井下管道敷设大量的通讯电缆来连接各个窨井盖的防盗装置，施工复杂、成本高且容易整条线路故障，得不偿失。
所以本人觉得窨井盖管理应该作为智慧城市公共安全领域的重要组成部分，而要解决这一部分，本人针对性的研究得出基于蜂窝的窄带物联传输技术（简称NB-ioT），这应作为万物物联网的一个重要传输介质，这一类试技术此前华为提出过，但一直并未广泛应用。NB-ioT构建于蜂窝网络，是运营商特此专门利用现有运营商通信信号覆盖基站，而现在电信、移动、联通信号基站已基本做到无盲区全覆盖，在同样信息量传输的情况下窄带传输技术所需信息带宽只需180KHz，而3G需要800KHz带宽，4G需要1800KHz带宽。窄带技术可直接部署于GSM网络，它所使用的是License快速响应频段，是可在全球范围内推广的新兴技术，它具有覆盖广、连接多、速度快、成本低、无需布线等优点。
上面讲到所有城市窨井盖都有一个显著特点，就是分布广，分布散，而且都是现有的，并非新建，这就基本排除了布线施工这老套的方法，也排除了蓝牙、ZigBee短距离传输介质及WIFI这种信号衰减较大的传输方式。而本人觉得基于运营商通信基站覆盖的信号传输方式最为稳妥及可行性，正是采用NB-ioT窄带物联传输技术的技术基础与良机。NB-ioT窄带传输技术作为LTE的演进型技术，利用现有独立的4.5G蜂窝网络，具备高达1Gbps的峰值速率，基于运营商覆盖最广泛的通信基站硬件基础，能够带来更广覆盖、信号稳定性更强、速度更快的传输效果。因此窄带传输技术的传输接入能力的优势尤为突出，据不完全统计，真正承载到蜂窝网络上的物与物联接只占到联接总数的10%，大多数还是通过有线、WIFI、蓝牙、RFID等技术来承载。故本人认为NB-ioT窄带物联传输技术理应成为现阶段物联网的主要连接技术，填补其他传输介质还没完全无盲区覆盖的空缺。
NB-ioT技术实现方式无需敷设任何通信线或电源线，只需在原有窨井盖下安装一个窄带信号发射模块，通过蜂窝信号传输到物联网云管理平台。本人通过实际测试，NB-ioT技术信号强度比现有4G网络增益20dB，使之信号穿透能力更强，完全可在一层金属盖或两堵钢筋混凝土墙下通过窄带信号与基站数据交换，而且功耗低，据华为专业测试，窄带信号发射模块待机时间可长达6年之久。
同时，上海联通已在金桥宁桥路的两个停车场的停车位使用了NB窄带传输技术接入物联网管理平台达到了智能化停车、预约、网上缴费等功能，数据交互反应非常快，这就更加坚定了本人对NB-ioT窄带物联传输技术在窨井盖数字化管理上的应用推广，最终达到的使用效果、社会反响都会大大超过预期。使用NB-ioT窄带物联传输技术联接后数据采集直接上传到物联网云平台，非常精确且可实现24小时工作状态下3年不更换电池。
跟其他物联网传感技术一样，窨井盖采用窄带物联技术接入物联网也分三个部分，第一部分是NB-ioT传感模块及位移传感器组成的前端，第二部分为三大通信运营商所建的信号基站，第三部分为物联网管理云平台。
图（1）系统架构图
二、NB-ioT技术在智慧城市中应用
本人所提到前端检测传感器采用位移传感器而非其他接触类传统传感器是因为其他传感器没法判断窨井盖是没放平整还是已经完 全开启，只能传输简单的要么通要么断的极端状态信号，只要不接触就向后台报警为窨井盖已丢失，会造成后台管理的误判而浪费大量人力。由于大部分窨井盖都是设置在马路当中，经常会有大量人车在其上通过而使其轻微的不平整，故采用位移传感器。它能在一定距离区间内（这个区间是根据传感器的极限值进行设置）识别是稍微位移（比如说设定小于1厘米）、局部位移（比如说设定大于1厘米小于2厘米）还是完全开启（比如说设定大于2厘米），不同位移区间发送不同程度的数字信号至NB-ioT窄带传输模块。本人从理论上研究NB-ioT窄带传输模块还可以添加某种信号心跳机制，用来在一定程度上识别窨井盖是被维护人员短时间开启马上恢复还是丢失，可以是1分钟、2分钟心跳一次，记录心跳数来计算开启时间，超过一定时间就认为存在丢失风险，后台管理平台就会报警提醒相关人员去查勘。本人还对窄带技术与其他物联网终端信号传输设备进行对比发现，在窄带传输模块上还可以集成类试时间继电器的芯片也能让模块识别窨井盖被开启后是否马上恢复。时间继电器用来计算从开启的开断信号至再次接收到接通的信号时间间隔，可设定若大于一定时间未接收到接通信号，则认为丢失。上述两种方法都能起到比较精确的报警效果，相对减少了大量的误判率。
至于第二部分NB-ioT窄带信号接发基站则基于运营商现有的通信信号基站，这些基站已为基于蜂窝的窄带传输专门划定了一个4.5G频段用来承载所有的窄带信号，也就是说只要手机能收到的地方就能使用窄带传输技术，而且据研究，传输NB-ioT窄带信号的覆盖面积是普通GSM信号的10倍，故它能有更强的穿透力，相对来讲是最适合用在有屏蔽的金属材质的物体下，更不用说非金属材质了。
信号通过基站传输到物联网管理云平台，经过软件开发，SDK开发包共享，可将窨井盖终端物联网设备地理信息添加到电子地图上，就可对所有安装了NB-ioT窄带信号模块的窨井盖在地图上实时显示其井盖编号、位置、状态、责任人等相关信息，若有报警信号，则直接可以在软件中弹出详细信息。利用现有软件技术，甚至还可做成相关手机APP软件与物联网管理平台同步，方便现场维护人员直接可以通过手机了解所接收到的所有窨井盖的状态信息、报警信息、处理记录等功能，方便巡逻人员及时处理。
图（2）PC版电子地图界面 图（3）手机版电子地图界面
经过本人利用窨井盖实物搭建模型，检测NB-ioT窄带信号传输模块在金属窨井盖上的实际应用效果，最终达到了预期的效果，信号非常的稳定。
结语：
我相信在不久的将来NB-ioT窄带物联传输技术会在每个窨井盖下得到普遍使用，我还相信此技术也能在老旧小区远程抄表改造、消防栓水量检测等难以用传统信号传输介质方式解决的专业领域上应用，我更相信其实在需要监测的终端设备上加装NB-ioT模块只是一种过渡方案，最终会被利用窄带技术的成品一体化智能终端设备所替代，就像膜拜单车、OFO单车一样成熟，直接为每个使用终端集成固定二维码，通过窄带技术直接上物联网云平台、手机APP。本人觉得此技术值得去大范围推广应用，把这块空白填充到城市物联网云平台，使智慧城市的建设更加的饱满。
参考文献：
[1] 戴博 袁弋非 余媛芳. 窄带物联网（NB-IoT）标准与关键技术. 人民邮电出版社,2017.2.
[2] 郭宝 张阳 顾安 刘毅. 万物互联NB-IoT关键技术与应用实践.机械工业出版社,2017.6.
论文作者:倪刚
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/7/3
标签：窄带论文; 信号论文; 技术论文; 窨井盖论文; 基站论文; 这一论文; 智慧论文; 《电力设备》2018年第2期论文;