NB-IoT技术在智慧社区中运用探讨

2022-09-21 16:45:37 来源:写作指导

【摘要】文章分析了目前智慧社区的痛点,通过对各无线通信协议的分析,提出NB-IoT无线广域网通信技术既能避免布置线缆所带来的工作量,还支持海量的数据连接以及高增益的功率覆盖。面对大量智慧社区的设备,采用NB-IoT能更好地实现设备快速接入,数据及时、大范围、低延时传输,从而更高效地服务社区、服务社区居民和社区管理中心。

【关键词】NB-IoT;智慧社区;物联网;应用场景

1研究背景

近几年,社区不仅需要满足基本的居住需求,也需提供安全保障、社区养老服务、物业管理服务等智慧化生活环境。智慧社区不仅为独立社区,还需为街道级管理提供一体化的整体解决方案。新型智慧社区建设面临一些问题:①空洞的智慧化,未考虑精细管理的智慧化;②项目开发量较大,很多成熟社区改造重新布线困难;③缺乏稳定的新技术支撑,数据采集量大;④街道对于社区进行管理,需光纤组网,成本高、周期长。

2研究意义

针对目前社区的痛点、难点问题,需要充分利用物联网、大数据、云计算等现代信息化手段,把社区内重要设备状态数据及时收集、分析、管理、运行,尝试解决社区管理中常规的技防及人防所不能及的实际问题[1]。提高社区管理的精细度,破解社区治理的困难度,构建完善的社会治安防控体系,通过社区平台对安全、养老、服务等方面进行集成化管理,形成基于信息化、智能化社会管理与服务的新的管理形态社区,不断提升社区居民幸福感,打造创建“净畅宁和美”的宜居社区。为居民营造一个科技、智能、安全、舒适的智慧社区。提高社区——街道——区——城市级别的综合管理水平,提高政务管理能力和服务水平,为城市居民提供精细化管理服务。

3智慧社区典型应用及解决方案

3.1智慧社区典型应用

基于社区安全防护、社区居家养老、物业管理服务等神经元部署,全方位感知物联、车流、人流,整合每个社区的“人、地、事、物、组织”等全要素,在社区服务中心管理平台上展示辖区内各社区的人口信息、房屋信息、网格信息、设施设备、环境卫生、治安状况、突发事件、报警信息及消防应急预案等信息[2]。

3.1.1智能安全防护

1)云监控监控前端设备统一管理、统一上云,可在手机、PAD等移动端,通过社区公众号或APP查看所具备权限的视频。接公安综治平台。②AI识别分析,如,车辆违停,人员聚众闹事等。③防高空抛物,对楼层高、中、低层进行视频全覆盖。④陌生人轨迹追踪,在社区外部出入口、单元出入口设置人脸抓拍摄像机,通过后端人脸抓拍分析设备进行AI分析,识别社区未登记人员的行动轨迹,发现异常及时通知物业管理人员[2]。⑤电动车进入电梯行为报警,在电梯轿厢内安装智能分析摄像机,通过AI识别电动车,一旦发现,可联动本地声光报警器,同时通知物业管理人员。2)云停车管理进出社区出入口及机动车库出入口管理、收缴费、对账结算、发票处理及云锁车增值运营服务,并上传街道中心管理平台。①云门禁、云对讲:通过社区APP或公众号,实现云对讲,可远程呼叫小区业主;社区入口人脸识别闸机、单元门口人脸识别机可实现无卡通行,同时进行人员全抓拍。②智能梯控:对电梯停层进行控制管理,业主通过电梯专用卡、人脸或蓝牙等方式认证进行乘梯,仅可进入被授权楼层,防止外来人员随意乘梯,提升社区的安全等级。③智能井盖:主要对社区直径800mm以上的窨井盖进行监控。主要监控井盖是否丢失、开启等。同步发送井盖状态值至管理中心,主动推送至相关部门进行及时维护[3]。④电气火灾监控:主要对社区电气线路和用电设备状态进行监控,避免安全隐患,并即时向管理人员发送预警信息。⑤可燃气体探测:主要设置于厨房或燃气管道旁,需要根据燃气种类的密度,调整探头安装位置。

3.1.2社区居家养老

主要对老年人的生活状态及身体健康参数进行监测。①用水数据计量:根据用水量,监测老人是否有正常的生活活动。②入侵及紧急求助装置:安装在社区内高龄老人的房间,以便发生突发情况时能够及时报警。③电气火灾监控:避免安全隐患,并即时向子女及管理人员发送预警信息。④可燃气体探测:避免安全隐患,并即时向子女及管理人员发送预警信息。⑤火灾探测:避免安全隐患,并即时向子女及管理人员发送预警信息。⑥健康参数监控:对社区居家养老的老人进行生命参数监控,老人需佩戴随身监测模块,包含但不限于血糖、血氧、血压、睡眠情况、摔倒报警、心率等[4]。

3.1.3物业管理服务

①供配电:变压器运行状态、全电量参数、环境参数。②给排水:生活水池水位、生活水泵压力状态、渗水检测。③消防监测:主要包含消防水池水量、消防管道压力、消防末端管道压力、室外主要消防通道占道探测。④电梯监测:对电梯实时状态进行监控,电梯发生故障时故障及时报警,保障业主人身安全;历史数据分析,预诊断电梯保养时间和故障,电梯全天24小时运行状态的监控,对实时数据记录进行分析,若发生安全隐患或有可能发生安全隐患,提前预警或及时报警,以便提前排查故障或实施快速救助[5];⑤智能门锁:无需与家中Wi-Fi连接,无需联网设置,不用考虑门锁掉线等问题,即使停电、停网也能上报安全风险。⑥智能垃圾桶:对社区内的垃圾桶进行满溢报警等,并及时通知管理人员或环卫人员。⑦智能充电桩:对社区内机动车及非机动车的充电桩进行管理,无需通讯线缆布线,即可完成数据上传等工作。⑧智能路灯及公区照明。

3.2各类无线组网的分析对比

基于以上应用需求,新建社区可选择的组网方式多种多样,但在城市更新过程中,诸多老旧小区的智慧化升级会给智慧社区建设带来极大挑战,选用合适的无线组网方式显然比繁杂的重新布线更加灵活、方便,也可尽量避免对现有居民造成困扰。①NB-IoT窄带物联网(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT):支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被称为低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络需求较高等设备的高效接入,可带来非常全面的室内蜂窝数据接入覆盖[6]。②Wi-Fi:多用于智能家居系统。③蓝牙技术(bluetooth):在智慧社区应用中多用于门禁、梯控等系统。④ZigBee:在智慧社区应用中多用于智能家居系统。⑤LoRa:也是较为适合智慧社区使用的协议,但需使用方自行组网。当单个社区使用且社区规模较大时,前期投入预算较充足,且管理人员维护能力较强,可以采用LoRa。笔者认为,相对于NB-IoT,LoRa更适用于智慧办公园区。由上表可以看出,NB-IoT能够很好地解决新型智慧社区建设面临的一系列问题,也能够满足智慧社区的应用需求。NB-IoT网络架构特点有几方面。①海量连接:每社区可达约20万设备接入。②超低功耗:电池寿命长达10a。③低功耗特性:前端探测器不方便经常更换电池,需功率尽量小,通过电池供电可几年无需充电或更换电池。通信设备消耗的电量通常与数据量/速率相关,即单位时间内发出数据包的大小决定了功耗的大小。数据量小,设备的调制解调器和功放就可以调到较小水平[8]。NB-IoT模块及传感器的功耗可以做到极小,通常可保障5-10年无需更换电池。④深度覆盖:考虑到街道级多社区的管控,对于距离的要求更高,而且还有地下机动车库、地下室机房等信号难以到达的地方,故深度覆盖也是大部分通信架构无法企及的。⑤安全性:继承4G/5G网络安全能力,支持双向鉴权以及空口严格加密,确保用户数据的安全性[9]。⑥稳定可靠:能提供电信级的可靠性接入[9],可有效支撑物联网应用和街道级智慧社区解决方案。

3.3智慧社区组成架构

NB-IoT整体网络架构主要分为4部分:终端(传感器及模块)、无线网侧(传输层)、物联网云平台及应用服务器(见图1)。1)终端:主要是通过空口连接到基站[9]①终端侧——主要包含行业终端与NB-IoT模块。②行业终端——主要包含芯片、模组、传感器接口、终端等[9]。在智慧社区中,主要包含摄像机、门禁、闸机、报警探测器各类探测器及井盖、垃圾桶、烟感、空气探测等传感器③NB-IoT模块——主要包含无线传输接口、传感器接口等。2)无线网侧:包括两种组网方式一种是整体式无线接入网,包括4G/5G以及NB-IoT无线网[10];另一种是NB-IoT新建组网。主要承担终端的空口接入处理等相关功能[10],并通过接口与物联网云平台进行连接。3)物联网云平台包括HLR(HomeLocationRegister,归属位置寄存器);PCRF(PolicyControlandChargingRulesFunction,策略控制和计费规则功能单元);M2M(MachinetoMachine,物联网)平台。4)应用服务器:分为两个级别进行管理一级是街道级服务器,设置于社区服务中心,对街道内多社区进行集中监管;二级是独立社区服务器,设置于安保中心,对本社区数据进行集中监管。

4结语

到2020年底,NB-IoT网络实现县级以上城市主城区普遍覆盖,重点区域深度覆盖;移动物联网连接数达到12亿;推动NB-IoT模组价格与2G模组趋同,引导新增物联网终端向NB-IoT和Cat1迁移;打造一批NB-IoT应用标杆工程和NB-IoT百万级连接规模应用场景[11]。NB-IoT标准已取得了诸多全球顶尖主流运营商的响应,各运营商均已围绕NB-IoT了各具特色的发展方略,并已展开了尝试和实验。随着国家政策的支持、运营商的关注及投入、越来越多下游厂商加入研发,生态体系将不断完善[12]。NB-IoT技术可广泛应用于智慧交通、智慧医疗、智慧产业园、智慧物流、智慧购物、智慧市政、智慧农业、智慧工业、智慧能耗等方面,NB-IoT对各行业的渗透将不断深化,给社会带来更深远的影响。

作者:赵光辉 曲慧娟 单位:中国建筑上海设计研究院有限公司