一、概述

隨著近年來城市基礎設施建設的飛速發(fā)展，城市的市容市貌得到了極大改觀，城市燈光工程是現(xiàn)代化城市建設的重要標志，在城市建設與發(fā)展中具有舉足輕重的地位。同時隨著燈光工程的重視程度提高，路燈照明的管理、監(jiān)測控制和維護的工作量增大與有限的人力物力資源矛盾日益突出。并且現(xiàn)實中通常設備陳舊、可靠性差、線路多故障多、管理維護不便；與此同在的電力網(wǎng)不穩(wěn)定、配電房所處環(huán)境惡劣、平時缺少人員值守等問題，使得對路燈運行進行無線遠程監(jiān)控成為市政管理迫在眉睫的首要任務。

隨著NB_IoT無線網(wǎng)絡的成熟，NB-IoT無線網(wǎng)絡已經(jīng)在城市路燈遠程控制系統(tǒng)中已經(jīng)成功應用。為了解決該系統(tǒng)運用的通訊技術和計算機網(wǎng)絡技術，借助現(xiàn)有的配電設備、控制設備、環(huán)境監(jiān)測設備等，實現(xiàn)了路燈管理的實用性、可靠性、技術性、經(jīng)濟性。

二、系統(tǒng)特點

NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)。NBIOT具有以下優(yōu)勢：

1.海量連接：每區(qū)可達10萬連接；NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無線技術提供50~100倍的接入數(shù)。

2.超低功耗：電池壽命長達十年；

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應用一項重要指標，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測設備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是基本的需求。在電池技術無法取得突破的前提下，只能通過降低設備功耗以延長電池供電時間。通信設備消耗的能量往往與數(shù)據(jù)量或速率相關，即單位時間內發(fā)出數(shù)據(jù)包的大小決定了功耗的大小。數(shù)據(jù)量小，設備的調制解調器和功放就可以調到非常小的水平。NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、 小速率應用，因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小，可以保障電池5年以上的使用壽命。

3．深度覆蓋：能實現(xiàn)比GSM高20db的覆蓋增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當于發(fā)射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。

4．安全性：繼承4G網(wǎng)絡安力，支持雙向鑒權以及空口嚴格加密，確保用戶數(shù)據(jù)的安全性。

5．穩(wěn)定可靠：能提供電信級的可靠 性接入，有效支撐 IoT 應用和智慧城市解決方案。

NB-IoT直接部署于GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡或LTE網(wǎng)絡，即可與現(xiàn)有網(wǎng)絡基站復用以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡的語音和數(shù)據(jù)帶寬，保證傳統(tǒng)業(yè)務和未來物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務可同時穩(wěn)定、可靠的進行。以智能抄表應用為例，與采用有線PLC抄表數(shù)據(jù)回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保證數(shù)據(jù)成功回收率高，可靠性大大提高。

6. 低成本

低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優(yōu)勢。速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低;低功耗，意味著RF設計要求低，小PA就能實現(xiàn);因為低帶寬，就不要復雜的均衡算法。這些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相關，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

三、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要有監(jiān)控管理軟件、路燈控制器、NB-IoT無線通信終端構成。

1、路燈控制器

采用負荷工業(yè)產(chǎn)品標準，能夠滿足照明監(jiān)控需要、適用于戶外環(huán)境或室內長期運行的控制終端，具有RS232等標準通信接口，與NB-IoT終端連接，主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理、控制輸出和進行數(shù)據(jù)通信、報警、接收遠程命令、開關等等功能。

2、NB-IoT無線通信終端（DTU）

DTU是指數(shù)據(jù)終端設備（Data Terminal unit),可以理解為下位NB-IoT發(fā)射終端，在進行通信時，在它的作用下對所傳信息進行格式轉換和數(shù)據(jù)整理校驗。

NB-IoT無線通信終端功能及特點

• 支持中國三大運營商NB-IoT網(wǎng)絡；

• 支持多種上下線出發(fā)模式，定時上下線、串口數(shù)據(jù)觸發(fā)上下線模式；

• 支持根據(jù)IP地址和端口訪問中心；

• 內嵌標準的UDP/COAP協(xié)議棧，支持透明數(shù)據(jù)傳輸

• 支持2路串口（232或485可選），波特率可達230400；

• 支持2路4~20mA模擬量輸入（可選）；

• 板載溫度監(jiān)測裝置；

• 溫濕度一體傳感器（可選）；

• 內置多星座 GNSS 接收機（GPS+GLONASS），滿足對快速、精準定位的需求（可選）；

• 掉線自動重撥機制（采用自有的狀態(tài)機算法）；

• 支持6個中心端，可做數(shù)據(jù)備份；

• 多種工作模式選擇(透明和非透明)；

• 軟硬件多重看門狗機制；

• 內嵌完備的PPP，TCP/IP協(xié)議棧；

• DTU 指令控制，通過指令查詢，控制設備通信；

• 可升級固件程序；

• 嵌入式處理器，支持高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)；

• 穩(wěn)定性：365×24小時不間斷工作；

• 硬件恢復出廠設置。

• 供電：寬電壓+6V-35V；

• 耗電：通信模塊12V供電、通信狀態(tài)<15mA

• 工作溫度：-40℃ ～ +85℃；

• 防護等級：IP33；

3、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由監(jiān)控主機、人機接口、相關外設及與無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)接口等部分組成。對各遠端監(jiān)控點采用輪詢或并行詢問方式，完成監(jiān)測、控制、采集、預警等多重任務。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件是集路燈、景觀燈、飾燈等的監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與一體，并通過群控或組控實現(xiàn)對不同燈型的監(jiān)控終端進行控制的系統(tǒng)軟件。具有數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)采集、報警處理、報表打印、圖形人機界面、系統(tǒng)安全性控制、自動巡測終端、自動開關燈、終端分組控制、GIS系統(tǒng)接入線路防盜報警及多種時間表等眾多功能。

四、可靠性

本系統(tǒng)需要較高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。

數(shù)據(jù)中心通過公網(wǎng)使用https接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，從認證到數(shù)據(jù)傳送整個過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡服務質量。

五、總結

隨著時代的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設步伐不斷加快，對城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源 的供需矛盾也越來越突出，節(jié)電節(jié)能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高?，F(xiàn)在再采用那些傳統(tǒng)的手控、時鐘控城市照明系統(tǒng)的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當前照明控制領域一個新的和緊要的課題。城市道路照明自動化控制和智能化管理作為城市現(xiàn)代化的標志之一，它所帶來的經(jīng)濟和社會效益是十分顯著的，它的推廣和實施也將是市政工程建設中的一項重要內容。