基于NB.LOT物联网水表通讯原理

基于NB.LOT物联网水表通讯原理
摘要:物联网NB-IoT技术在智能水表中的应用，其优点是覆盖范围广、安全性高、协同性低、可靠性高。

随着现代智能技术的飞速发展，物联网技术已被广泛地运用于人类的日常生活和生产中，各种技术都得到了进一步的发展。

本文重点介绍了NB-IoT物联网技术在智能水表中的应用，并将其与物联网NB-IoT智能水表的体系结构及具体应用进行了探讨，希望能为智能水表的技术和性能改进提供一些参考。

关键词:NB-IoT;物联网;智能水表
引言:现代科学技术进步速度不断加快,人们生活和生产中对先进技术的应用越来越多,各项电器设备的功能也越来越多样化。

水资源是人们赖以生存的必备资源之一,随着社会经济稳步增长和人口数量的不断提升,水资源需求量也急剧增大,供水企业所面对的压力越来越大。

为提高管理水平,供水企业积极引入先进智能化技术,智能水表就是在这一背景下所研发和应用的新型智能化计量设备。

而传统智能抄表技术无法做到实时监测,且整体结构较为复杂,在不同程度上增大了成本,同时技术水平不足影响下,传统智能水表通信稳定性不高。

事实上,智能水表是随着物联网技术应用所产生的,将物联网NB-IoT应用在智能水表中,能够大幅度降低抄表成本,且可以实现相关管理工作的智能化,其覆盖范围较广、安全水平较高、协同性较低等特点,尤其在数据精准性方面有着较高的优势[1]。

一、当前城市自来水管线存在问题
虽然随着我国城镇化进行的推进,城市供水行业取得了长足发展,但当前城市中的自来水管线仍存在诸多问题亟待解决。

首先是现有水表老旧问题,虽然近年来物联网远传水表发展迅速,但我国大部分城市并未实现全城区范围内的自来水水表更换,水表老旧问题仍然严重。

其次是抄表周期长问题,由于远传水表未能实现城区全覆盖,智能化远传水表应用系统的广泛运用仍然缺失,大多供水公司仍然采用传统的人工抄表方式进行水表查抄,相较于智能远传水表应用系统的方便快
捷,传统人工抄表模式需要逐一现场进行查抄,大量不可控因素会对水表查抄工作造成阻碍,进而导致抄表周期长的问题。

最后是数据精度不高。

除人工抄表外,另一种主流物联网抄表模式是运用摄像头进行水表查抄,即将摄像头放在机械水表
上方,通过获取图像的形式进行识别,并上传数据。

无论是人工抄表,还是用摄像
头进行抄表,都不能保证数据的精准度[2]。

二、基于NB-IoT的物联网远传水表的优势
NB-loT是近年来迅速发展的一个重要网络技术,具有网络可靠性高、覆盖范
围广、安装过程简单、后期维护方便等特征,基于NB-IoT的物联网远传水表相较于传统机械水表具有较为明显的优势。

(一)覆盖范围广,抗干扰性强
基于NB-IoT的智能远传水表工作在800MHz的超低频段,这使得运营商的站
点能够几乎覆盖到每一个角落,进而使基于NB-IoT的智能远传水表具有较大的使用范围,使更多用户受益于智能远传水表带来的便利,同时,也促使用户使用率的
提升,为运营商企业盈利起到推动作用。

此外,基于NB-IoT的智能远传水表内置
微功率多通道无线数传模块,具有多个网络通信频段,因此具有较强的抗干扰性。

基于NB-IoT的智能远传水表对网络信号具有较强的依赖性,较强的抗干扰性能够保证智能远传水表在网络信号不好的情况下,正常使用,并保证较高的抄表成功率,如果网络信号受到干扰会影响到水表计数,或数据信息上传缓慢将对供水企业获
取用户用水信息产生负面影响,也会影响用户使用体验[3]。

(二)功耗低,适用范围广
相较于其他智能远传水表,基于NB-IoT的智能远传水表得益于NB-IoT的技
术优势,功耗极低,电池寿命可长达十年。

功耗低对于供水行业来说是一项及其重要的指标,因为基于NB-IoT的智能远传水表所面对的用户具有范围广、数量多等特征,如果设备功耗大,就需要频繁的进行电池更换或进行充电,频繁更换电池将
耗费极大的人工成本,而持续进行充电又对设备安装位置有很高的要求,而且容易受环境的影响。

由于设备功耗的高低与数据量或速率呈正相关关系,而远传水表
的应用范围广、用户数量多、数据量较大,对速率要求也很高,致使其功耗高。

基
于NB-IoT的智能远传水表能够有效平衡较大数据量与较高速率要求和功耗之间
的关系,破解了智能远传水表的行业难题。

物联网NB-IoT在智能水表中的通讯原理概述
物联网智能水表系统包括云平台、通信基站、智能水表设备、服务器和管理
软件。

首先，在用户端安装了一台智能水表，可以在实际使用的时候，对附近的
通讯基站进行查询，然后在云平台上登记，云平台可以根据设备的数据和数据收
集能力，对智能水表进行分析和处理，然后在云平台上进行数据的传送，同时也
可以接收云平台上的信息和相关的命令，客户端可以通过云平台上的服务器获得
用水量的真实值，从而对客户的用水进行实时监控。

客户端软件可以对用户的用
水量进行实时监控，向每个用户发送每月用水和实际支付的数据。

其次，该触发
器的外部配置有通讯卡、外存储器模块、 NB模块、 LCD LCD显示器等，这些传
感器可以采集各种数据，包括网关、管网压力、瞬时流量、终端电压等，还可以
设定取样的准确度，并采用数据自校正技术，将数据传送到 NB通信模块，并在
液晶显示屏上显示。

其次，可将指令经由 NB通讯模块传送，并根据对应的次序
进行缓存，微机可完成 MID帧识别序列的加入，并与周边电路相结合，以保证数
据的准确获取或执行特定的指令，在 MID序列码回传指令与 MID序列代码回传
指令的匹配后，可以使上行、下行数据同时被有序地处理、实时传送，并可通过NB-IoT网络与后台系统交互，发挥智能计量、空中升级、智能抄表、数据存储等
多项功能[4]。

物联网NB-IoT智能水表的测量解决方案，能够实现对水表数据的自动采集。

在水表内装有传感器，使用者可以提前了解管道漏水的状况，并且可以自动进行
定期的汇报，并对其进行实时监测，大大减少了故障的发生，降低了操作费用，
同时还可以对污水的流量进行监控，对网络的故障进行识别，使系统的安全性得
到了进一步的提高。

该方法更适合于高精度的实时生产，比如对相关的数据进行
更新、删除等。

由于实时服务对数据库的性能要求很高，因此，审计、抽取等相
关的操作都会对系统的性能造成一定的影响。

此外，该方法能够在不影响在线系
统性能的前提下，对数据车辆进行离线追踪，并利用大量的实时数据对其进行检测。

四、物联网NB-IoT智能水表功能实现
为了保证智能水表能够实现智能化的控制和数据的采集，需要在智能水表中安装 SIM卡，它的主要作用是存储和识别用户的身份。

SIM卡从生产到应用需经历如下环节:
第一，需要向 SIM卡运营商提出采购要求，并提供相应的关键信息，比如认证算法和密钥， SIM卡则根据实际需要来生产。

第二，水厂应在 SIM卡的购入和激活、上电、鉴权等方面，向物联网系统的运营商提出请求，保证其能够接收和接收数据。

第三，作为服务采购方的相关水务部门，仅负责实施具体的使用，而由物联网系统的运营商来完成。

智能水表需要更高的安全、可靠的数据传输，而常规的数据传输优化方案主要有 UP和 CP两种。

UP协议的体系结构特征与 LTE类似，具有对无线资源管理的宣贯和恢复能力。

如果有需要，可以建立一个数据平面，在没有传送数据的情况下，可以将用户的资料暂时挂在上面。

与手机网络相比，该方案具有较高的功耗，同时减少了与通信系统的通信次数。

CP协议的优点是抛弃了无线数据的载体，以 NAS信号为基础，通过 MME对信号进行处理，保证了网络平台间的互联。

五、结论
结合上述文章内容所述,与传统机械水表和其他物联网远传水表相比基于NB-IoT的物联网远传水表具有网络可靠性高、覆盖范围广、抗干扰能力强、功耗低及适用范围广等优势特征。

智能水表的广泛应用是未来智慧城市当中水务管理的必然发展方向,其从无线通信到GPRS再到物联网NB-IoT的整个发展过程,充分体现出了科技发展与现代社会、生活之间的紧密联系,如今大部分智能水表都开始逐渐实现基于运营商的NB-IoT网络应用,其优势和发展前景也十分明显。

参考文献：
[1]冯洁,高立沔.探讨窄带物联网NB-IoT在智能水表中的应用[J].科学与信息化,2021,12(20):165-166.
[2]伍旭俊.窄带物联网NB-iot在智能水表中的应用分析[J].科学与信息化,2020,10(13):43,46.
[3]张蓓.智能水表中的窄带物联网NB-IoT运用[J].电子制
作,2021,3(6):45-47.。