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NB-IoT智慧路灯测试床项目介绍

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NB-IoT智慧路灯测试床项目介绍NB-IoT智慧路灯测试床项目介绍—2—引言:企业概况山东中微光电子有限公司(AODCo.,Ltd),位于山东省潍坊市高新技术开发区,致力于成为全球领先的新型智慧城市(SmartCity)整体解决方案提供商,基于「改变人与城市关系」的理念,倾力打造「新型智慧城市生态平台」。智慧城市方面,提供从智慧城市顶层规划设计、开发建设到项目运营管理的整体解决方案。结合中微自身及产业生态优势,为当地量身打造以智慧城市基础建设为依托、智慧城市指挥中心为核心的,包含智慧停车、弱势群体及物品防丢、智慧乡村、智慧...

NB-IoT智慧路灯测试床项目介绍
NB-IoT智慧路灯测试床项目介绍—2—引言:企业概况山东中微光电子有限公司(AODCo.,Ltd),位于山东省潍坊市高新技术开发区,致力于成为全球领先的新型智慧城市(SmartCity)整体解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 提供商,基于「改变人与城市关系」的理念,倾力打造「新型智慧城市生态平台」。智慧城市方面,提供从智慧城市顶层规划设计、开发建设到项目运营管理的整体解决方案。结合中微自身及产业生态优势,为当地量身打造以智慧城市基础建设为依托、智慧城市指挥中心为核心的,包含智慧停车、弱势群体及物品防丢、智慧乡村、智慧交通(含公交)、智慧一卡通、智慧教育、网格化管理、智慧无人机作战平台、智慧车联网等项目的智慧城市。智慧照明方面,中微作为世界上「第一盏LED路灯」的发明者,「第一条LED道路」的建设者、「第一个LED城市」的缔造者,在LED照明领域具有丰富的实践经验。同时,中微以其真知灼见的战略发展眼光,积极投入到智慧照明领域的产品研发和提升,时刻关注智慧照明行业的发展方向。通过与华为、海康威视等行业巨头合作,深耕智慧照明产业,现已形成了一条具备先进性、智能性、开放性的智慧照明生态产业链。一、关键词采用先进的NB-IoT广域通信技术,电信无线频谱资源,实现采集城市路灯信息。安全、稳定、可靠。YYYY-MM-DDVersion0.1Version0.1—54—二、测试床项目概述1.行业痛点描述当前智慧路灯占据总路灯的数量不足1%,目前智慧路灯的解决方案主要有PLC,zigbee等方案,如下图:图1当前zigbee,PLC组网图路灯照明远程控制系统,有线通信方式如RS485、MODBUS等,因其缺点已基本被市场所淘汰,PLC通信方式及无线通信方式如Zigbee等,因其组网方式可以节约大量电缆和物资,且不受天气和地形的影响,通讯的可靠性较高,受到了市场的广泛认可,但仍存在一些问题。PLC模式PLC施工成本高,需要考虑接地,梳理线路等工作电力线干扰大,通讯可靠性差线路阻抗动态变化导致覆盖不稳定大规模应用的网络和软件可靠性难以保障各厂家通讯 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 无统一标准。电缆中有很多干扰,导致通信可靠性低Version0.1—55—电路中的阻抗变化,导致不稳定的覆盖老化电缆导致高衰减Zigbee模式抗干扰能力差,采用915M、869M信道容易受射频干扰,采用2.4G免执照频段容易受到同频段的WiFi、蓝牙的干扰;通信距离短,需要集中控制器组网组网规模小,缺少安全性规范和完善的标准企业自行建网,施工调试难度大大规模应用的网络和软件可靠性难以保证。2.当前方案实现目标NB-IoT智慧路灯是基于NB-IoT技术的路灯集中控制解决方案,运用互联网无线组网技术实现对路灯的集中控制。该系统与路灯监控中心组成全方位的实时检测和监视,区域内的路灯无线终端管理到每一盏灯,对电压、电流、功率因数、亮度、亮灯率、温度、进行监控;在用户计算机上自动获得路灯的各种参数状态,实现了自动巡检,可以判别出路灯的故障状况、老化程度、亮灯状况等。中微智慧路灯控制系统具有友好的人机界面、集合了城市路灯地理信息及实地控制按钮、详细的数据统计表、地理定位及灯序号故障提示、统计路灯亮灯率、维护系数达标率、功率因数达标率、节能系数达标率等。三、测试床项目解决方案商业价值本验证示范平台采用基于NB-IoT技术的路灯集中控制解决方案,运用最新互联网前沿技术NB-IoT,具有覆盖范围广、容量大、网络安全可靠等技术优势,使得LED路灯照Version0.1—56—明系统控制更加方便、快捷,实现按需照明,节能优势更加明显,使公司产品保持行业领先地位,提升了公司产品的核心竞争力,符合当前社会发展趋势。经济效益本验证示范平台探寻通过新的技术和工具推动路灯控制方式的转变,这会给城市路灯控制和节能带来新水平的效率提升,它实现了路灯的调光和按需亮灯功能,即该亮时亮、该暗时暗,结合最新的照明节电技术,可以节约城市路灯综合用电量的30%左右,节省人力物力(巡检费),可降低维护成本60%。同时,无线自动组网方式可以节约大量电线电缆和物资,且该方式不受天气和地形的影响,也保证了通讯的可靠性。如:一座中等规模的城市,5万盏路灯,每盏路灯500W,每天亮灯12H,年电费需要6570万元,如果辅以中微智能控制技术,年度可节约电费约1971万元,具有巨大的经济效益。社会价值这个验证示范平台的社会价值将是巨大的,智能控制技术,可节约城市路灯综合用电量的30%左右,减少了二氧化碳的排放量,响应国家节能减排的号召,顺应当前社会发展趋势通过智能控制技术,实现按需照明,在人车流量降低时,智能调控降低LED路灯亮度,减少光污染,降低不合理灯光对人体造成的不适感;优异的配光和控制技术,减少了炫光,减少人们因灯光原因出现的视觉疲劳和眩晕感,保证了出行安全和人身健康,为建设绿色社会、节能社会贡献一份力量。Version0.1—57—1.解决方案总体架构(包括整体顶层设计架构,网络互连架构等)讯能力,通过统一的互联网通讯标准,终端间无须再适配各种互联网网络。网络层:网络是整个互联网的通讯基础,NB-IoT网络具有低速率、低功耗、低成本、广覆盖的特点,符合整个互联网的特点,使用较窄的频段实现广覆盖、大连接的能力,相比传统的LTE网络,成本会大大降低。NB-IoT网络只需基于运营商现有网络进行少量改造即可布网,对网络改造影响较低。该项目中依据中微路灯的主要分布区域,NB-IoT网络由山东联通运营,华为提供设备及维护。平台层:平台是互联网行业应用的基础平台,具备连接管理、数据管理、能力开放的能力,上层行业应用无需关心终端设备具体物理连接和数据传输,实现终端对象化管理。图2智慧路灯场景化解决方案架构图终端层:终端设备是互联网的基础载体,顺应互联网的发展,各终端由原有的哑终端逐步向智能终端演进,通过增加各种传感器、通讯模块使得终端可控、可管、可互通。基于NB-IoT网络的互联网解决方案中,每个智能终端通过集成NB-IoT标准模组来实现通Version0.1—58—提供灵活高效的数据管理/开放能力,包括:数据采集、分类、结构化存储,数据调用、使用量分析,提供分析性的业务定制报表。业务模块化,灵活业务逻辑编排,满足行业应用的快速开发需求。应用层:IoT应用是互联网中人直接感知的最上层,应用的好坏直接影响其使用效果,各行业在NB-IoT管道的基础上,聚焦自身的应用开发,使互联网得到更好的体现。路灯分布广泛,且均匀分布,数量多,采用小无线或PLC方式存在时延过长、布线困难的问题,采用NB-IoT可降低私有小无线网络维护困难,可解决布线困难的问题,并且为后续拓展路灯其它应用如环境检测、路边停车等务提供良好的网络基础。使用NB-IoT的智慧路灯,图3安全架构图(1)终端安全终端安全包括本身的嵌入式操作系统、软件、接入的安全,主要包括如下:每个终端提供自身的唯一标识、账号ID和密码,用于入网,平台,应用系统识别的唯一可以达到实时监测路灯状态、按需调节路灯开关或亮度以达到节能的目的。2.重点系统/创新点描述,安全及可靠性分析整个端到端的解决方案包括架构的安全,还有网络的安全,在每层都需要考虑,包括设备,网络,平台,应用系统等。整体的安全架构如下图:Version0.1—59—标识,在整个端到端解决方案中进行认证。运营商给每个终端分配一个IMEI码,用于双向鉴权认证,当入网成功,则分配私网地址,入网失败拒绝管理该设备。数据在传输过程中使用加密传输方式,确保数据被非法篡改或截取。双向鉴权防止网络攻击,下发非法控制指令。(2)网络安全网络安全采用3GPP标准,空口安全,设备安全防护,基础网络安全,网络安全管理四方面进行设计,确保运营商网络级别的安全。图4平台安全体系图(3)平台的安全性保障:在组网层面进行安全域的划分,进行数据控制的物理隔离,并且划分DMZ域,受信任的应用和设备才准接入到信任域内,各区域间采用TLS,DTLS方式进行加密保护,内部进程间采用https@TLS方式实现加密传输和双向认证。(4)应用系统安全性保障:IoT平台提供基本的双向认证机制,向业务发放证书,通过可信的双向鉴权机制与IoT平台互通,在安全方面包括接入鉴权,访问授权,加密存储,系统加固,token过期清理,通过SHA-2加密传输等。在各层中基本的安全包括:操作系统和数据库的安全加固,WEBVersion0.1—60—安全设计避免伪造攻击,业务和终端的认证与鉴权,加密存储,加密传输,统一身份认证,权限管理,日志管理等。3.测试床应用效果,实施效果从中微厂区的10盏和胜利街数百盏的NB-IoT智慧路灯运行3个余月的测试情况来看,在模组及基站版本升级到最新版本后整套系统运行稳定、可靠,可以满足客户使用需求。表1NB路灯运行情况测试结果序号测试项描述测试方法测试结果1应用平台NB模组的新增和删除对10盏灯具分别进行10次以上的新增和删除操作,验证应用平台及IOT平台的稳定性运行稳定2单灯控制器通讯性测试对10盏灯具分别使用串口调试工具对MCU进行log日志的跟踪,实时查看软件运行状态及通信状态全部运行正常3单灯控制器硬件可靠性测试对10个单灯控制器进行可靠性测试(高低温存储、高低温工作、冷热冲击、雷击、开关机、震动等)全部测试通过4系统性测试灯具按照策略运行,对整套系统进行长期测试,应用平台定时下发命令,(定时开灯、定时关灯、定时数据上报、定时调光、告警上报),进行稳定性验证截止目前测试稳定Version0.1—62—四、测试床项目价值提取1.测试床验证了AII架构中的哪一环节测试床验证了AII架构中的网络环节。该项目验证了NB-IoT网络在智慧照明领域能够保障数据传输的可行性和可靠性,较其他通讯技术有明显的优势,验证了NB-IoT网络在智慧城市建设之互联网应用之必要性。2.新标准/新技术/新应用/新模式提取路灯作为智慧城市的基础载体,通过搭建基于NB-IoT技术的互联网平台,利用路灯的站址资源、电资源、平台资源、网络资源可扩展到智慧城市,包括环境管理、广告、充电桩、监控等。3.可复制点/可复制行业NB-IoT智慧路灯结案后,将会在国内外的各个项目与华为及运营商合作,对NB-IoT在智慧路灯控制领域的业务模式及整体方案进行深入探讨。通过EMC模式进行商业推广,在政府不投入的情况下,实现道路照明效果提升和节能减排。4.项目其他亮点一跳单灯控制VS组控:节能50%;远程设置策略和参数,故障自动上报,“0”维护成本。
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