黃 璿

上海聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)運營中心

1 物聯(lián)網(wǎng)推動智慧能源精細化管理

當前我國經(jīng)濟發(fā)展面臨著能源依賴性高但利用率低的問題，節(jié)能對實現(xiàn)國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展至關重要。能源計量是節(jié)能降耗、降低成本的基礎和關鍵，利用物聯(lián)網(wǎng)技術，對能源精細化的計量和管理，是當今社會能源計量信息化管理和能源節(jié)約的有效途徑和必然解決方式。能更加精細和實時動態(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)是新一代信息技術的重要組成部分，也是信息化時代的重要發(fā)展階段，其英文名稱是“Internet of things（IoT）”。物聯(lián)網(wǎng)應用于能源計量管理領域時，可以高安全、低成本的實現(xiàn)對能源表具如水、電、熱、氣等表具的用量信息的實時穩(wěn)定采集、設備狀態(tài)監(jiān)測、控制指令下發(fā)等遠程操作，將采集的能源表具數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進行及時分析和處理，從而實現(xiàn)更有針對性、科學性的動態(tài)管理，提升能源應用的管理效率和服務水平。

2 NB-IoT技術發(fā)展助力智慧能源管理

2.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的特點

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

（1）覆蓋增強；

（2）支持大規(guī)模連接；

（3）超低功耗；

（4）超低成本；

（5）最小化信令開銷，尤其是空口；

（6）確保整個系統(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）。

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

因此，3GPP國際標準組織，融合了華為、沃達豐、高通、愛立信等產(chǎn)業(yè)鏈主要廠商的技術提案，于2016年6月推出了NB-IoT標準來應對現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)需求。NB-IoT可集成于現(xiàn)有的運營商網(wǎng)絡系統(tǒng)之上，專為物聯(lián)網(wǎng)而優(yōu)化設計，具備高安全、廣覆蓋、低功耗、大連接和低成本這五大亮點（見圖1）。

圖1 NB-IoT的五大亮點

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

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

（1）針對能源抄表（水、電、熱、氣等）普遍存在的痛點：NB-IoT智慧抄表方案有助于降低抄表成本、提供實時數(shù)據(jù)分析、科學表務管理、及時故障排查，降低運營成本，提升運營效率；

（2）針對數(shù)據(jù)安全問題：NB-IoT端到端安全管理方案，保障數(shù)據(jù)可靠性。電信運營商基于授權頻譜組建的通信網(wǎng)絡，其抗干擾能力、數(shù)據(jù)安全性、技術服務等方面均有高安全性保障，同時易于推廣，為計費能源表具的數(shù)據(jù)整體安全提供可靠保障；

（3）針對功耗問題：配合低功耗的信號采集單元，NB-IoT技術顯著降低終端能耗，經(jīng)測試證明，在普通應用場景下NB-IoT水表、氣表等功耗可以滿足5-10年的使用要求；

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

（5）針對大規(guī)模連接問題：建立統(tǒng)一的NBIoT平臺，可以承接不同的物聯(lián)網(wǎng)應用，為能源應用解決多家供應商協(xié)議的兼容性，簡化不同供應商的集成，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)模連接問題。

2.3 NB-IoT智慧能源解決方案特點

NB-IoT智慧能源解決方案是以智能計量、智能管網(wǎng)建設為基礎，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)存儲和分析、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)，結合水務、燃氣、電力、熱力等各能源行業(yè)特征，突破傳統(tǒng)服務模式，拓展全新服務渠道，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)架構來建設，以滿足未來信息通信演進的需求。方案包括：終端層、網(wǎng)絡層、云平臺和能源應用管理層等幾個層面，通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術將各個層面進行整合，支撐智慧能源應用的構建和快速上線。

（1）終端層-物聯(lián)網(wǎng)感知端融合

終端設備是物聯(lián)網(wǎng)的基礎載體，終端設備通過集成NB-IoT標準模組，與NB-IoT基站連接來實現(xiàn)通訊能力，智能終端通過NB-IoT網(wǎng)絡將信息上傳給物聯(lián)網(wǎng)平臺。

（2）網(wǎng)絡層-NB-IoT簡易部署，廣覆蓋

網(wǎng)絡是整個物聯(lián)網(wǎng)的通訊基礎，不同的物聯(lián)網(wǎng)場景和設備使用不同的網(wǎng)絡接入技術和連接方式。對于能源計量場景，NB-IoT網(wǎng)絡僅使用180 kHz帶寬，可以通過現(xiàn)有運營商實現(xiàn)全國覆蓋，能夠充分保障能源計量管理等業(yè)務在復雜應用環(huán)境下的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，為水務、燃氣、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，滿足客戶對終端的工作狀態(tài)、通信狀態(tài)等進行實時自主查詢、管理的需求。

（3）平臺層-統(tǒng)一平臺多業(yè)務匯聚管理

NB-IoT平臺支持多種靈活部署模式，提供連接管理、設備管理、數(shù)據(jù)分析、API開放等基礎功能。NB-IoT平臺提供連接感知、連接診斷、連接控制等連接狀態(tài)查詢及管理功能；通過統(tǒng)一的協(xié)議與接口實現(xiàn)不同終端的接入，實現(xiàn)終端對象化管理；平臺提供靈活高效的數(shù)據(jù)管理，包括數(shù)據(jù)采集、分類、結構化存儲、數(shù)據(jù)調用、使用量分析、提供分析性的業(yè)務定制報表等。業(yè)務可模塊化設計，業(yè)務邏輯可實現(xiàn)靈活編排，滿足行業(yè)應用的快速開發(fā)需求。

（4）運營層-豐富的能源計量管理應用

NB-IoT應用是物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的上層控制核心，能源行業(yè)在NB-IoT平臺的基礎上，可聚焦自身的應用開發(fā)，使物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)精細化管理。

（5）服務層-更智能、更便捷、更高效

在物聯(lián)網(wǎng)時代下，用戶生活變得更智能、更便捷、更高效，通過NB-IoT平臺，結合移動支付、掌廳、網(wǎng)廳、ATM機等主流服務渠道，用戶可獲取用量、賬單、安檢情況等相關信息，并可實現(xiàn)繳費、查詢等業(yè)務辦理，與能源供應企業(yè)進行實時互動。

（6）安全防御體系

1）在終端側，智能終端一旦遭遇攻擊，例如被冒充或篡改，可能導致無記錄消費，從而造成經(jīng)濟損失甚至安全事故。通過硬件芯片、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)絡側，NB-IoT解決方案充分利用無線移動通信的物理層傳輸特性，通過認證、加密和安全傳輸?shù)燃夹g的應用，在保證用戶通信傳輸質量的同時，防止未知位置的竊聽和增加中間人攻擊的難度。終端和網(wǎng)絡基于無線標準進行雙向認證，確保通過驗證的合法的終端接入合法的網(wǎng)絡，同時終端和網(wǎng)絡之間建立安全通道，對終端數(shù)據(jù)提供加密和完整性保護，防止信息泄露、通訊內(nèi)容被篡改和竊聽。

3）在平臺側，NB-IoT平臺重點構筑三個安全能力：NB-IoT終端的安全接入和管理，實現(xiàn)對NB-IoT終端設備完整生命周期過程中的安全風險管控；NB-IoT平臺的自身的安全防護，能抵御來自網(wǎng)絡層面的流量型攻擊，對外部開放的應用層接口具備入侵防御能力，能夠集中管理平臺整體的安全運維；NB-IoT平臺數(shù)據(jù)安全，對海量數(shù)據(jù)在平臺全流程的數(shù)據(jù)安全保護和隱私合規(guī)、數(shù)據(jù)開放合規(guī)。對于應用安全，NB-IoT平臺采用安全隔離機制，對數(shù)據(jù)安全隔離，保障數(shù)據(jù)在傳輸過程的機密性和完整性。

3 NB-IoT智慧能源解決方案價值

隨著智慧城市的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術的廣泛應用，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志之一，將推動行業(yè)創(chuàng)新，增進民生福祉，提升社會價值，保護環(huán)境資源。

（1）助力能源企業(yè)降本增效。與能源企業(yè)現(xiàn)有的管理模式和運營模式相比，NB-IoT解決方案使企業(yè)對所有表具和管網(wǎng)運行了如指掌，使漏損帶來的供銷差問題得到改善；互聯(lián)互通，統(tǒng)一標準，提高了表具和管網(wǎng)的維護和管理效率；改變上門抄表的方式，節(jié)省人力成本，優(yōu)化人力結構；提高了客戶管理、外勤管理、工程管理、調度分析管理等能力，降低營業(yè)廳、呼叫中心的運維壓力，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)還能夠通過大數(shù)據(jù)挖掘和增值服務等發(fā)展新的盈利點，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，以及大數(shù)據(jù)精準分析能力，可以實時獲取不同區(qū)域的能源用量情況，通過智能調度優(yōu)化，改善能源分布結構，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，推動社會可持續(xù)發(fā)展。

（3）為城市保駕護航。能源的管網(wǎng)如燃氣管道、電力網(wǎng)絡等在運行中可能發(fā)生管網(wǎng)異常、泄露等事故，形成安全隱患，能源偷盜現(xiàn)象也屢見不鮮。NB-IoT方案可實現(xiàn)城市能源管網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸與采集，確保實時在線監(jiān)控管網(wǎng)的壓力、流量、溫度等信息，并對生產(chǎn)、調度和管理提供必要的參考依據(jù)。同時通過構建各部門之間信息互聯(lián)通道，保證任務及時流轉。

（4）為能源服務增添智慧。NB-IoT智慧能源方案結合云計算、大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)，打造在線服務，通過遠程抄表等服務，能源企業(yè)可將用戶數(shù)據(jù)精準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 全球首個最大的NB-IoT商用網(wǎng)絡

上海聯(lián)通于2015年開始進行NB-IoT網(wǎng)絡試商用和應用實踐，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，實現(xiàn)上海市的全覆蓋，向用戶提供了一張高質量的低功耗廣域網(wǎng)絡。

依靠全面的網(wǎng)絡覆蓋和良好的網(wǎng)絡質量，上海聯(lián)通已完成50余家合作伙伴產(chǎn)品的調測和接入，實現(xiàn)10余項NB-IoT應用的落地，在上海市乃至全國都保持領先，其網(wǎng)絡性能和網(wǎng)絡運維能力得到了廣泛好評。

4.2 構建完善的平臺體系

上海聯(lián)通基于全球領先的連接管理平臺Jasper平臺，面向客戶提供靈活的計費管理能力，并在此基礎上，面向消費電子類、車聯(lián)網(wǎng)等有B2B2C（電子購物平臺模式）業(yè)務需求的客戶提供基于連接管理平臺的流量二次運營平臺“睿益”。

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

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)絡和連接優(yōu)勢，向價值鏈的前后端進行延伸，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、部件服務、平臺服務和應用服務在內(nèi)的4大類服務產(chǎn)品以及IoT端到端集成和IoT安全領域提供服務。

（1）連接服務：為物聯(lián)網(wǎng)終端提供通信服務、卡數(shù)據(jù)服務、連接管理平臺服務、設備管理平臺服務、數(shù)據(jù)服務等。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、長距無線和短距無線通信能力。

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

（3）平臺服務：聚焦物聯(lián)網(wǎng)設備管理與應用使能，為物聯(lián)網(wǎng)客戶打造水平化的IoT PaaS服務平臺，實現(xiàn)海量接入、協(xié)議解析、設備管理、數(shù)據(jù)管理。支持100多種API，實現(xiàn)與SaaS平臺的無縫對接。

（4）應用服務：在連接服務的基礎上，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。重點聚焦智慧交通、智慧物流、智慧消防、智慧停車、智慧金融、消費電子、公共事業(yè)、共享經(jīng)濟、智慧能源、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)領域。

（5）集成服務：為政企客戶實施涵蓋終端設備、網(wǎng)絡連接、應用服務在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)端到端項目時，所提供的開發(fā)、調試、施工、培訓、咨詢、維保等相關的一攬子服務。

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

4.4 聚焦終端及產(chǎn)品能力整合，打造物聯(lián)網(wǎng)開放實驗室

上海聯(lián)通已完成物聯(lián)網(wǎng)開放實驗室的建設，并正式投入運營，為合作伙伴提供無線性能、功耗、平臺以及端到端的業(yè)務測試和認證服務，加快物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品的創(chuàng)新孵化，并且共同探索運營模式，催生物聯(lián)網(wǎng)多元應用與海量連接。

上海聯(lián)通已建立從入駐、審核、測試、總結、輸出等全流程的標準化驗證流程，滿足產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴終端類產(chǎn)品的快速開發(fā)及孵化的需求，促進終端產(chǎn)品的商業(yè)落地。

通過開放實驗室的技術能力，上海聯(lián)通已經(jīng)聚合一批優(yōu)質合作伙伴和優(yōu)質項目，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。結合重點行業(yè)細分。