黃 璿

上海聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中心

1 物聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)智慧能源精細(xì)化管理

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨著能源依賴性高但利用率低的問(wèn)題，節(jié)能對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。能源計(jì)量是節(jié)能降耗、降低成本的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)能源精細(xì)化的計(jì)量和管理，是當(dāng)今社會(huì)能源計(jì)量信息化管理和能源節(jié)約的有效途徑和必然解決方式。能更加精細(xì)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的管理能源的生產(chǎn)與使用，提高能源利用率和生產(chǎn)水平。

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是信息化時(shí)代的重要發(fā)展階段，其英文名稱是“Internet of things（IoT）”。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于能源計(jì)量管理領(lǐng)域時(shí)，可以高安全、低成本的實(shí)現(xiàn)對(duì)能源表具如水、電、熱、氣等表具的用量信息的實(shí)時(shí)穩(wěn)定采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制指令下發(fā)等遠(yuǎn)程操作，將采集的能源表具數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進(jìn)行及時(shí)分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)更有針對(duì)性、科學(xué)性的動(dòng)態(tài)管理，提升能源應(yīng)用的管理效率和服務(wù)水平。

2 NB-IoT技術(shù)發(fā)展助力智慧能源管理

2.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

NB-IoT（Narrowband Internet of Things）,即窄帶物聯(lián)網(wǎng)，采用基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)，源起于現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的以下幾大需求：

（1）覆蓋增強(qiáng)；

（2）支持大規(guī)模連接；

（3）超低功耗；

（4）超低成本；

（5）最小化信令開(kāi)銷，尤其是空口；

（6）確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性；

（7）支持IP和非IP數(shù)據(jù)傳送；

（8）支持短信（可選部署）。

對(duì)于現(xiàn)有2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)，由于并沒(méi)有針對(duì)性的考慮物聯(lián)網(wǎng)，并不能完全滿足以上需求。

因此，3GPP國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織，融合了華為、沃達(dá)豐、高通、愛(ài)立信等產(chǎn)業(yè)鏈主要廠商的技術(shù)提案，于2016年6月推出了NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)需求。NB-IoT可集成于現(xiàn)有的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之上，專為物聯(lián)網(wǎng)而優(yōu)化設(shè)計(jì)，具備高安全、廣覆蓋、低功耗、大連接和低成本這五大亮點(diǎn)（見(jiàn)圖1）。

圖1 NB-IoT的五大亮點(diǎn)

2.2 NB-IoT能源物聯(lián)網(wǎng)解決方案優(yōu)勢(shì)

NB-IoT能源物聯(lián)網(wǎng)解決方案的優(yōu)勢(shì)有助于解決能源行業(yè)和傳統(tǒng)能源表具面臨的普遍問(wèn)題，具體為：

（1）針對(duì)能源抄表（水、電、熱、氣等）普遍存在的痛點(diǎn)：NB-IoT智慧抄表方案有助于降低抄表成本、提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、科學(xué)表務(wù)管理、及時(shí)故障排查，降低運(yùn)營(yíng)成本，提升運(yùn)營(yíng)效率；

（2）針對(duì)數(shù)據(jù)安全問(wèn)題：NB-IoT端到端安全管理方案，保障數(shù)據(jù)可靠性。電信運(yùn)營(yíng)商基于授權(quán)頻譜組建的通信網(wǎng)絡(luò)，其抗干擾能力、數(shù)據(jù)安全性、技術(shù)服務(wù)等方面均有高安全性保障，同時(shí)易于推廣，為計(jì)費(fèi)能源表具的數(shù)據(jù)整體安全提供可靠保障；

（3）針對(duì)功耗問(wèn)題：配合低功耗的信號(hào)采集單元，NB-IoT技術(shù)顯著降低終端能耗，經(jīng)測(cè)試證明，在普通應(yīng)用場(chǎng)景下NB-IoT水表、氣表等功耗可以滿足5-10年的使用要求；

（4）針對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題：廣域低功耗的NBIoT技術(shù)，具備廣覆蓋、容量大、可靠性高的優(yōu)勢(shì)，可協(xié)助解決能源表具安裝密集或分散、安裝位置條件復(fù)雜等網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題；

（5）針對(duì)大規(guī)模連接問(wèn)題：建立統(tǒng)一的NBIoT平臺(tái)，可以承接不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，為能源應(yīng)用解決多家供應(yīng)商協(xié)議的兼容性，簡(jiǎn)化不同供應(yīng)商的集成，滿足能源表具終端接入便捷性的要求，滿足互聯(lián)互通互換的大規(guī)模連接問(wèn)題。

2.3 NB-IoT智慧能源解決方案特點(diǎn)

NB-IoT智慧能源解決方案是以智能計(jì)量、智能管網(wǎng)建設(shè)為基礎(chǔ)，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，結(jié)合水務(wù)、燃?xì)狻㈦娏?、熱力等各能源行業(yè)特征，突破傳統(tǒng)服務(wù)模式，拓展全新服務(wù)渠道，提供系統(tǒng)化綜合用能方案。

NB-IoT智慧能源解決方案按照“云、管、端”的系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)建設(shè)，以滿足未來(lái)信息通信演進(jìn)的需求。方案包括：終端層、網(wǎng)絡(luò)層、云平臺(tái)和能源應(yīng)用管理層等幾個(gè)層面，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)將各個(gè)層面進(jìn)行整合，支撐智慧能源應(yīng)用的構(gòu)建和快速上線。

（1）終端層-物聯(lián)網(wǎng)感知端融合

終端設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)載體，終端設(shè)備通過(guò)集成NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)模組，與NB-IoT基站連接來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊能力，智能終端通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將信息上傳給物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

（2）網(wǎng)絡(luò)層-NB-IoT簡(jiǎn)易部署，廣覆蓋

網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的通訊基礎(chǔ)，不同的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景和設(shè)備使用不同的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)和連接方式。對(duì)于能源計(jì)量場(chǎng)景，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)僅使用180 kHz帶寬，可以通過(guò)現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋，能夠充分保障能源計(jì)量管理等業(yè)務(wù)在復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，為水務(wù)、燃?xì)?、電力、熱力等行業(yè)客戶提供可感知、可診斷、可控制的智能網(wǎng)絡(luò)，滿足客戶對(duì)終端的工作狀態(tài)、通信狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)自主查詢、管理的需求。

（3）平臺(tái)層-統(tǒng)一平臺(tái)多業(yè)務(wù)匯聚管理

NB-IoT平臺(tái)支持多種靈活部署模式，提供連接管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)分析、API開(kāi)放等基礎(chǔ)功能。NB-IoT平臺(tái)提供連接感知、連接診斷、連接控制等連接狀態(tài)查詢及管理功能；通過(guò)統(tǒng)一的協(xié)議與接口實(shí)現(xiàn)不同終端的接入，實(shí)現(xiàn)終端對(duì)象化管理；平臺(tái)提供靈活高效的數(shù)據(jù)管理，包括數(shù)據(jù)采集、分類、結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)調(diào)用、使用量分析、提供分析性的業(yè)務(wù)定制報(bào)表等。業(yè)務(wù)可模塊化設(shè)計(jì)，業(yè)務(wù)邏輯可實(shí)現(xiàn)靈活編排，滿足行業(yè)應(yīng)用的快速開(kāi)發(fā)需求。

（4）運(yùn)營(yíng)層-豐富的能源計(jì)量管理應(yīng)用

NB-IoT應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的上層控制核心，能源行業(yè)在NB-IoT平臺(tái)的基礎(chǔ)上，可聚焦自身的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，使物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

（5）服務(wù)層-更智能、更便捷、更高效

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，用戶生活變得更智能、更便捷、更高效，通過(guò)NB-IoT平臺(tái)，結(jié)合移動(dòng)支付、掌廳、網(wǎng)廳、ATM機(jī)等主流服務(wù)渠道，用戶可獲取用量、賬單、安檢情況等相關(guān)信息，并可實(shí)現(xiàn)繳費(fèi)、查詢等業(yè)務(wù)辦理，與能源供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。

（6）安全防御體系

1）在終端側(cè)，智能終端一旦遭遇攻擊，例如被冒充或篡改，可能導(dǎo)致無(wú)記錄消費(fèi)，從而造成經(jīng)濟(jì)損失甚至安全事故。通過(guò)硬件芯片、OS安全和OS層以上的終端安全加固，具備適度防攻擊能力，防止非法接入。

2）在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，NB-IoT解決方案充分利用無(wú)線移動(dòng)通信的物理層傳輸特性，通過(guò)認(rèn)證、加密和安全傳輸?shù)燃夹g(shù)的應(yīng)用，在保證用戶通信傳輸質(zhì)量的同時(shí)，防止未知位置的竊聽(tīng)和增加中間人攻擊的難度。終端和網(wǎng)絡(luò)基于無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雙向認(rèn)證，確保通過(guò)驗(yàn)證的合法的終端接入合法的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)終端和網(wǎng)絡(luò)之間建立安全通道，對(duì)終端數(shù)據(jù)提供加密和完整性保護(hù)，防止信息泄露、通訊內(nèi)容被篡改和竊聽(tīng)。

3）在平臺(tái)側(cè)，NB-IoT平臺(tái)重點(diǎn)構(gòu)筑三個(gè)安全能力：NB-IoT終端的安全接入和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)NB-IoT終端設(shè)備完整生命周期過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)管控；NB-IoT平臺(tái)的自身的安全防護(hù)，能抵御來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層面的流量型攻擊，對(duì)外部開(kāi)放的應(yīng)用層接口具備入侵防御能力，能夠集中管理平臺(tái)整體的安全運(yùn)維；NB-IoT平臺(tái)數(shù)據(jù)安全，對(duì)海量數(shù)據(jù)在平臺(tái)全流程的數(shù)據(jù)安全保護(hù)和隱私合規(guī)、數(shù)據(jù)開(kāi)放合規(guī)。對(duì)于應(yīng)用安全，NB-IoT平臺(tái)采用安全隔離機(jī)制，對(duì)數(shù)據(jù)安全隔離，保障數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程的機(jī)密性和完整性。

3 NB-IoT智慧能源解決方案價(jià)值

隨著智慧城市的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于NB-IoT的智慧能源解決方案將成為智慧城市管理信息化水平的標(biāo)志之一，將推動(dòng)行業(yè)創(chuàng)新，增進(jìn)民生福祉，提升社會(huì)價(jià)值，保護(hù)環(huán)境資源。

（1）助力能源企業(yè)降本增效。與能源企業(yè)現(xiàn)有的管理模式和運(yùn)營(yíng)模式相比，NB-IoT解決方案使企業(yè)對(duì)所有表具和管網(wǎng)運(yùn)行了如指掌，使漏損帶來(lái)的供銷差問(wèn)題得到改善；互聯(lián)互通，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高了表具和管網(wǎng)的維護(hù)和管理效率；改變上門抄表的方式，節(jié)省人力成本，優(yōu)化人力結(jié)構(gòu)；提高了客戶管理、外勤管理、工程管理、調(diào)度分析管理等能力，降低營(yíng)業(yè)廳、呼叫中心的運(yùn)維壓力，助力能源企業(yè)降本增效，提升與用戶的相互性。能源企業(yè)還能夠通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘和增值服務(wù)等發(fā)展新的盈利點(diǎn)，提升企業(yè)收益。

（2）平衡區(qū)域能源供需?；贜B-IoT方案互聯(lián)互通的特點(diǎn)，以及大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析能力，可以實(shí)時(shí)獲取不同區(qū)域的能源用量情況，通過(guò)智能調(diào)度優(yōu)化，改善能源分布結(jié)構(gòu)，提高集中供能能力，提升清潔低碳能源使用占比，高效用能，協(xié)同互補(bǔ)，推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

（3）為城市保駕護(hù)航。能源的管網(wǎng)如燃?xì)夤艿?、電力網(wǎng)絡(luò)等在運(yùn)行中可能發(fā)生管網(wǎng)異常、泄露等事故，形成安全隱患，能源偷盜現(xiàn)象也屢見(jiàn)不鮮。NB-IoT方案可實(shí)現(xiàn)城市能源管網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸與采集，確保實(shí)時(shí)在線監(jiān)控管網(wǎng)的壓力、流量、溫度等信息，并對(duì)生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的參考依據(jù)。同時(shí)通過(guò)構(gòu)建各部門之間信息互聯(lián)通道，保證任務(wù)及時(shí)流轉(zhuǎn)。

（4）為能源服務(wù)增添智慧。NB-IoT智慧能源方案結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，打造在線服務(wù)，通過(guò)遠(yuǎn)程抄表等服務(wù)，能源企業(yè)可將用戶數(shù)據(jù)精準(zhǔn)高效多維度的反饋給用戶，用戶可便捷查詢使用信息，完成充值繳費(fèi)等，提高用戶滿意度，打造綠色、環(huán)保、智慧化生活。

4 上海聯(lián)通助力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

4.1 全球首個(gè)最大的NB-IoT商用網(wǎng)絡(luò)

上海聯(lián)通于2015年開(kāi)始進(jìn)行NB-IoT網(wǎng)絡(luò)試商用和應(yīng)用實(shí)踐，并于2017年5月15日率先發(fā)布全球最大的NB-IoT商用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)上海市的全覆蓋，向用戶提供了一張高質(zhì)量的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)。

依靠全面的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和良好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，上海聯(lián)通已完成50余家合作伙伴產(chǎn)品的調(diào)測(cè)和接入，實(shí)現(xiàn)10余項(xiàng)NB-IoT應(yīng)用的落地，在上海市乃至全國(guó)都保持領(lǐng)先，其網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維能力得到了廣泛好評(píng)。

4.2 構(gòu)建完善的平臺(tái)體系

上海聯(lián)通基于全球領(lǐng)先的連接管理平臺(tái)Jasper平臺(tái)，面向客戶提供靈活的計(jì)費(fèi)管理能力，并在此基礎(chǔ)上，面向消費(fèi)電子類、車聯(lián)網(wǎng)等有B2B2C（電子購(gòu)物平臺(tái)模式）業(yè)務(wù)需求的客戶提供基于連接管理平臺(tái)的流量二次運(yùn)營(yíng)平臺(tái)“睿益”。

在設(shè)備管理層，面向不同領(lǐng)域的客戶，上海聯(lián)通引入了“睿匠”、“睿信”、“睿實(shí)”3個(gè)DMP平臺(tái)，分別面向工業(yè)領(lǐng)域、智慧家庭/智慧城市等通用終端領(lǐng)域、公共事業(yè)領(lǐng)域提供海量設(shè)備管理和處理的能力，賦能應(yīng)用開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈的建設(shè)。

4.3 打造“4+2”物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品能力體系

上海聯(lián)通依托自身網(wǎng)絡(luò)和連接優(yōu)勢(shì)，向價(jià)值鏈的前后端進(jìn)行延伸，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作伙伴以及政企客戶打造包括連接服務(wù)、部件服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)在內(nèi)的4大類服務(wù)產(chǎn)品以及IoT端到端集成和IoT安全領(lǐng)域提供服務(wù)。

（1）連接服務(wù)：為物聯(lián)網(wǎng)終端提供通信服務(wù)、卡數(shù)據(jù)服務(wù)、連接管理平臺(tái)服務(wù)、設(shè)備管理平臺(tái)服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等。包括傳統(tǒng)2/3/4G中高速率蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，NB-IoT窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)以及其他各類有線、長(zhǎng)距無(wú)線和短距無(wú)線通信能力。

（2）部件服務(wù)：為政企客戶提供基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)定制的包括芯片、模組、終端、專用SIM卡等相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)部件在內(nèi)的整體服務(wù)，并且具備為不同應(yīng)用場(chǎng)景的客戶提供定制化解決方案的能力。

（3）平臺(tái)服務(wù)：聚焦物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理與應(yīng)用使能，為物聯(lián)網(wǎng)客戶打造水平化的IoT PaaS服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海量接入、協(xié)議解析、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理。支持100多種API，實(shí)現(xiàn)與SaaS平臺(tái)的無(wú)縫對(duì)接。

（4）應(yīng)用服務(wù)：在連接服務(wù)的基礎(chǔ)上，以SaaS模式為政企客戶提供各類通用或行業(yè)專用的功能性服務(wù)。重點(diǎn)聚焦智慧交通、智慧物流、智慧消防、智慧停車、智慧金融、消費(fèi)電子、公共事業(yè)、共享經(jīng)濟(jì)、智慧能源、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)領(lǐng)域。

（5）集成服務(wù)：為政企客戶實(shí)施涵蓋終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)連接、應(yīng)用服務(wù)在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)端到端項(xiàng)目時(shí)，所提供的開(kāi)發(fā)、調(diào)試、施工、培訓(xùn)、咨詢、維保等相關(guān)的一攬子服務(wù)。

（6）安全服務(wù)：為政企客戶提供包括SIM卡、模組、終端、連接組網(wǎng)、端到端應(yīng)用在內(nèi)的多重安全保障，并提供多種用戶實(shí)名制認(rèn)證渠道，有效保障網(wǎng)絡(luò)安全、設(shè)備安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)和信息安全以及物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)合規(guī)性。

4.4 聚焦終端及產(chǎn)品能力整合，打造物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

上海聯(lián)通已完成物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，并正式投入運(yùn)營(yíng)，為合作伙伴提供無(wú)線性能、功耗、平臺(tái)以及端到端的業(yè)務(wù)測(cè)試和認(rèn)證服務(wù)，加快物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品的創(chuàng)新孵化，并且共同探索運(yùn)營(yíng)模式，催生物聯(lián)網(wǎng)多元應(yīng)用與海量連接。

上海聯(lián)通已建立從入駐、審核、測(cè)試、總結(jié)、輸出等全流程的標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證流程，滿足產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴終端類產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)及孵化的需求，促進(jìn)終端產(chǎn)品的商業(yè)落地。

通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)能力，上海聯(lián)通已經(jīng)聚合一批優(yōu)質(zhì)合作伙伴和優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目，為物聯(lián)網(wǎng)客戶打造完善、靈活、豐富的產(chǎn)品和解決方案。結(jié)合重點(diǎn)行業(yè)細(xì)分。