上海大眾燃?xì)庥邢薰?顧曉宇

對(duì)GPRS物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗淼膽?yīng)用探討

上海大眾燃?xì)庥邢薰?顧曉宇

從基于GPRS的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗碓谏虾４蟊娙細(xì)獾难邪l(fā)和應(yīng)用狀況出發(fā)，得出了其在實(shí)時(shí)采集燃?xì)鈹?shù)據(jù)方面的完整性和準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)的結(jié)論，也指出了制約其發(fā)展的瓶頸。同時(shí)，也探討了基于NB-IOT的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗碓谌細(xì)庑袠I(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和可能面臨的問題。

數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳 智能燃?xì)獗?物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗?/p>

0 背景

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，縮寫IOT)的定義是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。天然氣產(chǎn)業(yè)鏈上中下游正在積極引進(jìn)和采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建信息化管理平臺(tái)?；跀?shù)字化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)而成的天然氣勘探開發(fā)一體化應(yīng)用平臺(tái)和油氣田數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)已經(jīng)有效地提高了天然氣產(chǎn)業(yè)上游的生產(chǎn)效率；基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與集中監(jiān)控平臺(tái)是天然氣管道運(yùn)行和優(yōu)化管理的核心，有效地促進(jìn)天然氣中游儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)效率的提升；下游天然氣利用的城市燃?xì)獾刃袠I(yè)引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)采集燃?xì)庥脩舻挠脷庖约百彋鈩?dòng)態(tài)，有效地提高了燃?xì)庑袠I(yè)運(yùn)行與營銷的平衡水平和服務(wù)效率。

下游終端用戶企業(yè)，基于GPRS的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硪呀?jīng)在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用多年。GPRS物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硎峭ㄟ^移動(dòng)通信運(yùn)營商的 GSM/GPRS無線公網(wǎng)，以膜式燃?xì)獗頌榛A(chǔ)加裝電子控制器，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及控制的燃?xì)庥?jì)量器具結(jié)構(gòu)見圖1。

1 物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗碓谏虾４蟊娙細(xì)獾膽?yīng)用和研發(fā)

上海大眾燃?xì)庠囉?GPRS物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硎加?008年，自2009年開始，小批量使用在世博園區(qū)及其他非居民燃?xì)馄つけ碛脩?。目前，因管理需要，基?GPRS的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硗扑]應(yīng)用在 10 m3至100 m3非居民燃?xì)庥脩舯矶恕?/p>

圖1 GPRS物聯(lián)網(wǎng)表系統(tǒng)

1.1 GPRS物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗聿杉夹g(shù)研發(fā)

2015年，大眾燃?xì)忉槍?duì)在線應(yīng)用的第一代基于GPRS物聯(lián)網(wǎng)表的采集技術(shù)和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)、進(jìn)行了研制和優(yōu)化，著重研制數(shù)據(jù)(信號(hào))傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性，對(duì)公司客戶管理信息平臺(tái)的后臺(tái)進(jìn)行了整合，對(duì)采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用也有所加強(qiáng)和提升(研制路徑見圖2)。

圖2 研制路徑

在 GPRS智能燃?xì)獗淼男畔⒉杉夹g(shù)研發(fā)方面，除完善燃?xì)獗頂?shù)據(jù)定時(shí)采集并保存(表盤讀數(shù)、電池電壓、溫度、采樣時(shí)間等)、定時(shí)開啟無線通信功能上傳已采集的數(shù)據(jù)、接收及啟用后臺(tái)服務(wù)器下發(fā)的工作參數(shù)等已有常用功能外，在智能燃?xì)獗碓械墓δ芑A(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了一些定制功能，產(chǎn)品功能及性價(jià)比有提升，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)電池續(xù)航能力新型 GPRS無線智能遠(yuǎn)傳表首次現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)采用即時(shí)開通模式(感應(yīng)開關(guān)觸發(fā))，并且在開通時(shí)能及時(shí)通過聲音提示確認(rèn)燃?xì)獗砼c后臺(tái)的無線通信是否正常，從而提高了一次安裝成功率。由于采用現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)開通模式，在開通前電量零損耗，安裝前存放不降低電池的使用壽命；優(yōu)化了通信的啟動(dòng)和鏈接流程，使通信時(shí)間比常規(guī)方法可以節(jié)省20%，提高了速度且延長電池的使用時(shí)間；表內(nèi)低功耗電路使電路的靜態(tài)功耗小于8 uA，能有效地延長電池使用壽命；電池具有可擴(kuò)展性，支持遠(yuǎn)傳表可靠地工作。

(2)采集數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性燃?xì)獗矶〞r(shí)開啟無線通信功能，上傳燃?xì)獗碇幸巡杉蛢?chǔ)存的數(shù)據(jù)。若設(shè)置的上傳時(shí)間已到，則將未上傳的所有記錄通過GPRS模塊撥號(hào)連接網(wǎng)關(guān)用TCPIP方式進(jìn)行傳輸，保證數(shù)據(jù)的完整性；技術(shù)解決表盤防誤讀的軟件算法，自動(dòng)過濾異常讀數(shù)(表盤進(jìn)位時(shí)產(chǎn)生的非穩(wěn)態(tài)異常數(shù)據(jù))，保證讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

(3)異常監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)檢測(cè)電路進(jìn)行防作弊監(jiān)控，燃?xì)獗砟軌驒z測(cè)自身在三維幾何空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)角度傳感器偏離和外罩脫離信號(hào)是否產(chǎn)生，以及表盤外罩打開動(dòng)作，記錄作弊并上傳后臺(tái)服務(wù)器；監(jiān)測(cè)電池的容量，實(shí)現(xiàn)電池低容量報(bào)警(用異常電壓表示)。

同時(shí)，通過與中國移動(dòng)等通信運(yùn)營商建立新型的合作模式，使GPRS通信費(fèi)大級(jí)別降低，從而使整個(gè)GPRS無線智能遠(yuǎn)傳表系統(tǒng)的運(yùn)營成本降低。由于通信資費(fèi)方式的改變，避免了第一代遠(yuǎn)傳表出現(xiàn)由于欠費(fèi)問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法及時(shí)上傳，從而使系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性進(jìn)一步得到提高。

1.2 GPRS物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗淼膽?yīng)用效果

就目前的應(yīng)用而言，基于GPRS的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗碓谏虾４蟊娙細(xì)饪梢詼?zhǔn)確抄見燃?xì)獗碜x數(shù)，可以及時(shí)結(jié)算燃?xì)赓M(fèi)用，減少產(chǎn)銷差的周期性統(tǒng)計(jì)誤差；更精確完整地提供了用戶用氣負(fù)荷的變化情況，為燃?xì)廨斒蹥忸A(yù)測(cè)和平衡提供依據(jù)；有效掌握用戶的用氣特征，發(fā)現(xiàn)各類異常用氣，重點(diǎn)監(jiān)控偷氣、漏氣，及時(shí)報(bào)警處理，減少公司損失；新型的通訊管理及資費(fèi)結(jié)算模式，遠(yuǎn)程表具維護(hù)，運(yùn)行成本得到了有效減低。

2 GPRS物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗碛糜诮K端計(jì)量的制約因素

2.1 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的制約

中國移動(dòng)雖然沒有透露2G退網(wǎng)的計(jì)劃，但早在2014年已決定停止2G的投資；中國聯(lián)通已列出了對(duì)于2G/3G退網(wǎng)的明確計(jì)劃；中國電信已于2017上半年實(shí)現(xiàn)800M LTE/VoLTE/NB-IOT全網(wǎng)覆蓋。這些，都意味著2G的相關(guān)應(yīng)用都將是有時(shí)效的，作為GPRS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方的燃?xì)夤静坏貌辉缛兆鞒鲞x擇和應(yīng)對(duì)。

2.2 技術(shù)發(fā)展的制約

GPRS通信技術(shù)受基站覆蓋范圍的限制，在通信條件差的地方存在通信死角，因此，GPRS燃?xì)獗淼膶?shí)際抄收率始終不可能達(dá)到 100%。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到或出現(xiàn)通信死角的區(qū)域即使增設(shè)中繼放大器，有時(shí)也未必能達(dá)到如期效果；電池功耗問題始終揮之不去，功耗大，電池壽命短。

2.3 安全制約因素

沒有物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，燃?xì)獗淼男畔踩貌坏奖ＷC；開關(guān)閥電流大，閥控是否可靠值得商榷；智能燃?xì)獗碛捎谔烊粴饩哂幸兹家妆?，?duì)通信電流和功率要求較高。

雖然在燃?xì)庑袠I(yè)終端計(jì)量側(cè)，基于GPRS物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗韱螜C(jī)及系統(tǒng)解決了人工抄表一系列問題，具有公網(wǎng)及集散管理特性，為實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)管理和云端數(shù)據(jù)運(yùn)行創(chuàng)造了條件，同時(shí)為燃?xì)庥脩粲?jì)量及管理實(shí)現(xiàn)智能化和最終實(shí)現(xiàn)真正意義上的“智能化”進(jìn)行了有前瞻性的探索，但綜合上述諸多因素，燃?xì)夤驹S多基于網(wǎng)絡(luò)鏈接的服務(wù)場(chǎng)景尚不能通過GPRS得以有效滿足。

3 基于NB-IOT的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗響?yīng)用展望

2016年6月16日，NB-IOT技術(shù)協(xié)議獲得3GPP通過，成為史上建立最快的3GPP標(biāo)準(zhǔn)之一，目前已經(jīng)凍結(jié)并可在全球部署。全球主流運(yùn)營商均對(duì)此積極布局，并催生出一系列的商用場(chǎng)景；近期，國內(nèi)三大運(yùn)營商相繼啟動(dòng)了NB-IOT商用。

作為風(fēng)口上的技術(shù)，一年多來，NB-IOT炙手可熱，確實(shí)給各個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用參與者諸多想象空間，NB-IOT技術(shù)的功能特性也似乎能很好地解決燃?xì)馄髽I(yè)運(yùn)營中所面臨的痛點(diǎn)問題。依托NB-IOT技術(shù)，“實(shí)現(xiàn)在線抄表、遠(yuǎn)程監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析等，加速推進(jìn)能源企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)智能化、行業(yè)生態(tài)化、運(yùn)營智慧化”,這樣的提法與現(xiàn)有傳統(tǒng)燃?xì)馄髽I(yè)融入互聯(lián)網(wǎng)+的期待不謀而合，同時(shí)在業(yè)務(wù)層面，依托NB-IOT技術(shù)，燃?xì)夤驹谟脩舳税踩芾怼⒎?wù)管理中可以發(fā)揮更多更大的作用,服務(wù)場(chǎng)景可以更加豐富有效。

3.1 基于NB-IOT的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗淼膬?yōu)勢(shì)

3.1.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

從理論上講，NB-IOT具備廣覆蓋、海量聯(lián)接、低功耗等優(yōu)勢(shì)。廣覆蓋方面，同樣頻段下 NB-IOT比傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)增益20 dB，能夠大幅改善室內(nèi)、地下等場(chǎng)景的深度覆蓋需求；海量聯(lián)接方面，NB-IOT每扇區(qū)可以提供大約10萬個(gè)聯(lián)接，相比現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多100倍；低功耗方面，NB-IOT功耗僅為GSM的1/10，終端模組使用AA電池可以持續(xù)工作10年。

3.1.2 產(chǎn)業(yè)政策優(yōu)勢(shì)

根據(jù)《國家新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》，建設(shè)NB-IOT網(wǎng)絡(luò)成信息通信業(yè)“十三五”的重點(diǎn)工程之一；工信部也全力推動(dòng)NB-IOT標(biāo)準(zhǔn)化，更指出了NB-IOT商業(yè)化的具體目標(biāo)，到2017年末，實(shí)現(xiàn)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋直轄市、省會(huì)城市等主要城市，基站規(guī)模達(dá)到40萬個(gè)；到2020年，NB-IOT網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全國普遍覆蓋，面向室內(nèi)、交通路網(wǎng)、地下管網(wǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)深度覆蓋，基站規(guī)模達(dá)到150萬個(gè)。同時(shí)，要求推廣NB-IOT在細(xì)分領(lǐng)域的應(yīng)用，逐步形成規(guī)模應(yīng)用體系，2017年實(shí)現(xiàn)基于 NB-IOT的M2M連接超過2000萬，2020年總連接數(shù)超過6億。

3.1.3 產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈逐步形成優(yōu)勢(shì)

從物聯(lián)網(wǎng)的縱向產(chǎn)業(yè)鏈來看，比較長，目前已形成從“底層芯片—模組—終端—運(yùn)營商—應(yīng)用”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。2017年6月27日，華為技術(shù)有限公司聯(lián)合北京燃?xì)?、深圳燃?xì)?、上海燃?xì)?、重慶燃?xì)?、香港中華煤氣、華潤燃?xì)?、新奧燃?xì)?、中國燃?xì)狻⒗瞿茉春秃贾萑細(xì)獾仁胰細(xì)膺\(yùn)營商，以及以航天能源、上海飛奧為代表的智能設(shè)備與服務(wù)提供商共同成立“NB-IOT智慧燃?xì)饴?lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”和“NB-IOT智慧燃?xì)馍鷳B(tài)圈”。包括運(yùn)營商、設(shè)備商、終端芯片廠商以及行業(yè)合作的NB-IOT生態(tài)圈正在形成。

3.2 有待解決的問題

筆者認(rèn)為，雖然NB-IOT風(fēng)頭正勁，但目前在國內(nèi)的應(yīng)用尚處于起步階段，由于燃?xì)庑袠I(yè)的特殊性，大規(guī)模商用不宜操之過急，可小規(guī)模進(jìn)行嘗試?；贜B-IOT的物聯(lián)網(wǎng)表在燃?xì)庑袠I(yè)可能需要解決如下問題：

(1)退網(wǎng)難度。就物聯(lián)網(wǎng)而言，NB-IOT等低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的部署其實(shí)與2G退網(wǎng)與否沒有直接關(guān)系，NB-IOT完全可以通過現(xiàn)有頻譜實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)部署，但是關(guān)鍵在與它與2G在業(yè)務(wù)方面確實(shí)存在一定關(guān)聯(lián)。目前來看，較多的目光集中在芯片、模塊和終端成本，若燃?xì)庥脩粢巡渴鹬踩肓薌PRS模塊的表具終端，這些終端向NB-IOT遷移時(shí)需要重新改造終端，這無疑給燃?xì)夤編沓松鲜龀杀局獾姆?wù)成本甚至?xí)r間成本。

(2)實(shí)際功耗。理論上說，NB-IOT聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應(yīng)用，因此NB-IOT設(shè)備功耗可以做到非常小，設(shè)備續(xù)航時(shí)間可以大幅提升。但是假設(shè)因其“海量鏈接”在同一NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗碇兄踩攵喾N傳感器以適應(yīng)多種服務(wù)場(chǎng)景需求并改變數(shù)據(jù)交換頻率，則實(shí)際功耗究竟如何還有待進(jìn)一步試機(jī)驗(yàn)證。

(3)安全問題。與同樣是熱點(diǎn)的 LORA技術(shù)相比，NB-IOT在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)傳輸是否安全，存儲(chǔ)是否安全，是燃?xì)夤颈容^關(guān)注的問題。目前來看，在NB-IOT的運(yùn)營管理上，運(yùn)營商都有意運(yùn)作自己的云平臺(tái)，這勢(shì)必會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)安全管控意識(shí)較強(qiáng)的燃?xì)夤臼欠襁x擇NB-IOT產(chǎn)生一定影響。另外，燃?xì)獗韺?duì)安全性要求相比水表電表更高，而目前為止，針對(duì)NB-IOT燃?xì)獗淼陌踩詼y(cè)試報(bào)道尚無。

(4)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。因產(chǎn)業(yè)鏈較長，NB-IOT的真正落地規(guī)?；渴鹪谌?xì)庥脩舳艘残枰鄥⑴c方的協(xié)同，尤其在“應(yīng)用為王”的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，雖然芯片、模組非常重要，但真正讓這些裝置發(fā)揮效用，體現(xiàn)交互數(shù)據(jù)的價(jià)值的，還是基于各種服務(wù)場(chǎng)景開發(fā)的應(yīng)用軟件，而這些應(yīng)用，最需要有平臺(tái)數(shù)據(jù)接入經(jīng)驗(yàn)，有研發(fā)經(jīng)歷，了解GPRS應(yīng)用短板的燃?xì)夤緟⑴c。同時(shí)，長期以來,國家沒有建立智能燃?xì)獗硇袠I(yè)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，這給產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)收、管理等方面帶來諸多不便和影響,系統(tǒng)廠商們的開發(fā)能力參差不齊，尤其在傳輸層，行業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品接口及協(xié)議不統(tǒng)一、不兼容，產(chǎn)品形式與功能不規(guī)范,多種數(shù)據(jù)格式給燃?xì)夤竞罄m(xù)的抄表賬務(wù)平臺(tái)處理帶來了諸多不便。因此，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)在各鏈接點(diǎn)是否發(fā)揮得恰到好處，也是值得關(guān)注的問題。

4 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的不斷深入，各類網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)庑袠I(yè)也將在計(jì)量端迎來新一輪的技術(shù)升級(jí)，無論開發(fā)怎樣的燃?xì)獗肀砭吖δ埽細(xì)夤径紤?yīng)當(dāng)圍繞確保安全、提高服務(wù)效能的宗旨作相應(yīng)選擇。

Application of Gas Meter Based on GPRS in Internet of Things

Shanghai Dazhong Gas Co., Ltd. Gu Xiaoyu

This article indicates the advantages of gas meter based on GPRS applied and researched in Shanghai Dazhong Gas Company, such as real-time collection of data integrity and accuracy, and points out the bottle neck of its development. The author also discusses the advantages and possible problems of gas meter based on NB-IOT to be faced by the gas industry.

Data remote transmission，Intelligent gas meter，Gas meter based on Internet of Things