行业软件 soft
  软件介绍
  软件试用
  行业新闻
首页 > 行业软件 > 软件介绍 > 正文
基于NB-IoT团体标准T/CGAS 006-2019的应用案例分析
2020年3月12日


杭州先锋电子技术股份有限公司(310052) 

石爱国 宋莎莎


摘    要: 随着无线通讯技术的发展,智能燃气抄表也有了更多的选择。首先讲述了窄带物联网(NB-IoT)的技术特点,以及智能燃气抄表系统的整体架构;然后比照团体标准T/CGAS 006-2019,分析10个城市燃气表的运行数据,得出需要持续优化NB-IoT网络减少实际NB-IoT网络覆盖与团体标准要求的差异,并且NB-IoT表具要按照更高无线性能要求设计,以保证大规模成功使用。

关 键 词:NB-IoT技术;T/CGAS 006-2019团体标准;智能燃气表;智能抄表;网络覆盖质量


Application Case Analysis Based on NB-IoT Group Standard T/CGAS 006-2019

SHI Ai-guo  HangZhou Innover Technology Co., Ltd


Abstract:With the development of wireless communication technology, smart gas meter reading has more choices. Firstly, the technical characteristics of the narrowband Internet of Things (NB-IoT) and the overall architecture of the smart gas meter reading system are described. Then, according to the group standard T/CGAS 006-2019, the operational data of 10 city gas meters are analyzed, and it is concluded that the network needs to be optimized to reduce the difference between the actual NB-IoT network coverage and the group standard requirements,and the NB-IoT meters should be designed according to higher wireless performance requirements in order to ensure large-scale successful use.

Key words:NB-IoT technology;smart gas meter;smart gas meter reading;network coverage



1
引言
燃气表是燃气系统的重要组成部分,对燃气企业的安全运营、服务质量、经济效益等都有着较大的影响。随着经济社会的发展以及天然气阶梯气价政策的实施,新时期燃气企业所面临的入户抄表、安检、监管、调价、结算、事故等问题日益突显。国外的智能燃气表最早1983年在日本使用,我国的智能燃气仪表从90年代研制IC卡表开始起步。卡式燃气表解决了燃气表用户入户抄表难、收费难的问题[1]。在当前燃气公司提升运营安全和运营效率,以及提高用户满意度的需求下,智能远传抄表系统能对及时获取燃气表运行状况信息,提高用气安全性,并能实现表具的自动远程抄表、异常主动上报和远程缴费等功能。

本文将主要介绍NB-IoT技术以及基于NB-IoT技术的智能抄表解决方案,并基于团体标准《TCGAS006-2019基于窄带物联网(NB-IoT)技术的燃气智能抄表系统》,分析燃气表运行数据。

2
NB-IoT技术
NB-IoT,是基于蜂窝网络的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)通讯模式,聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。它使用License频段,并且可采取带内、保护带或独立等三种部署方式,与现有网络共存[2]。此外,NB-IoT消耗大约180khz的带宽,最大路损MCL达到164db,扇区连接容量多达5万个。NB-IoT技术有独特的PSM特性,具有节电特性。终端有上报数据请求时,唤醒自己发送数据,随即进入一种休眠状态。按照物联网燃气终端的行为习惯,99%的时间在休眠状态,因此实现了设备超低功耗,终端待机时长可达10年[3]

3
基于NB-IoT的智能抄表解决方案
本方案采用NB-IoT模组,通过接入运营商公网,将智能燃气表的各类运行数据、状态数据、异常信息通过IoT采集平台传输到数据管理中心和业务管理系统。

智能抄表解决方案中,表具每日自动上报用气数据、小时用气记录等,满足燃气公司对于运营数据及时性的需要。另一方面,有利于为燃气公司的用气预测,调峰储运提供数据支撑,并能降低燃气公司抄表成本。最重要的是,此方案提高了燃气公司对表端的安全风险管理水平,比如当表具出现故障后立即异常上报,燃气公司能够准确定位表具故障,提升用户满意度。

智能抄表解决方案从用户角度出发,提供支付宝、微信、银联,手机端APP软件等多样预付费方式,满足用户远程充值、故障报修、预约等服务,降低用户出行成本。并建立与用户的线上互动平台,加强用户用气安全意识的教育和培训,从而进一步降低燃气公司的运营成本,增加用户的粘度,为未来燃气公司服务延展、增值业务拓展提供基础性建设。综上NB-IoT智能抄表解决方案拓扑图,如图1所示。 

4
应用案例分析
某公司作为国内最早商业化NB-IoT物联网燃气表项目的厂商之一,早在2017年就获得成功实践。截至目前,基于NB-IoT物联网解决方案已在百座城市成功应用!

《TCGAS006-2019基于窄带物联网(NB-IoT)技术的燃气智能抄表系统》是中国城市燃气协会团体标准,该标准规定了基于窄带物联网(NB-IoT)技术的燃气智能抄表系统的术语和定义、技术要求、试验方法等,其中对包括燃气表的技术指标一次读成功率、日读成功率、NB-IoT网络覆盖等都做了要求。下面将比照标准T/CGAS 006-2019,分析10个城市燃气表的运行数据。 

CEL(Coverage Enhancement Level,覆盖增强等级)按照RSRP(Reference Signal Receiving Power,参考信号接收功率)和SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio,信号与干扰加噪声比),来分为3个等级。

从中可看出,各个城市的覆盖等级CEL分布情况都不同,集中在等级(0)的占比多大于60%,等级(1)的占比多低于30%,等级(2)的占比多低于10%。

RSRP(参考信号接收功率)是LTE网络中可以代表无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求之一,是在某个符号内承载参考信号的所有RE(资源粒子)上接收到的信号功率的平均值,常用于小区覆盖的测量和小区选择/重选。平均RSRP从参考信号平均接收信号与干扰噪声比角度,评估全网的平均干扰强度[4]。SINR(信号与干扰加噪声比),其数值大小反映当前信道的链路质量。标准T/CGAS 006-2019基于窄带物联网(NB-IoT)技术的燃气智能抄表系统中针对NB-IoT网络覆盖,提出如下要求:

燃气表安装位置的网络环境宜采用异频组网模式,SINR宜不小于-3dB,且RSRP宜不小于-115dBm。
5
结论

本文主要讲述了NB-IoT技术,以及基于NB-IoT的物联网抄表技术方案,该方案能够降低燃气公司运营成本、提高管理的效率性,并给用户带来方便与安全。此外,参考标准:T/CGAS 006-2019(基于窄带物联网(NB-IoT)技术的燃气智能抄表系统),利用10个城市的燃气表运行数据,分析CEL(网络覆盖等级)、RSRP(参考信号接收功率)、SINR(信号与干扰加噪声比),并得出结论:当前各地NB-IoT网络覆盖质量存在差异,尚未完全达到T/CGAS 006-2019团体标准要求,需要根据应用情况进一步持续优化网络覆盖质量。另外,受环境等因素影响,NB-IoT无线信号呈现动态变化特性,因此NB-IoT燃气表需要按照更高的无线性能要求设计,从而减弱NB-IoT网络覆盖质量变化对表具通讯的影响,保证大规模使用成功。


参考文献

1  吴勇. 非接触式IC卡在燃气表上的设计与实现[D]. 南昌:南昌大学, 2012.

2  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): 219-219.

3  许文强, 祁昊颖. NB-IoT试商用组网方案[J]. 电子技术与软件工程, 2016(23): 23-23.

4  周红岗, 郭宝, 张阳. NB-IoT网络覆盖性能评估与优化[J].电信工程技术与标准化, 2018, 31(6): 1-5.


作者简介:

石爱国(1978-),男,研究生,现任职于杭州先锋电子技术股份有限公司,工程师,Email:shiaiguo@innover.com.cn.

宋莎莎(1994-),女,研究生,现任职于杭州先锋电子技术股份有限公司,工程师,Email:songshasha@innover.com.cn.


来源:《城市燃气》2019年增刊


  
 
Copyright All Rights Reserved.中国土木工程学会燃气分会信息化专业委员会 电话:010-64968177 传真:010-64968177 技术支持:博燃网