NB-IoT電梯監控系統

一、概述   

相關數據顯示，全球已經有至少2000萬部電梯在運行，電梯安全無虞是很重要的需求，但是電梯事故依然在不斷上演，主要原因是維護不到位。

傳統電梯運維主要依靠人力，維護成本高，且運維時業務必須中斷。一般來說，每部電梯每月需要有2次人工巡檢，每年需要停機檢修2天。相應的，全球1500萬部電梯需每年人工巡檢4.8億次、業務中斷時間達到每年4000萬天，巨大的市場體量也意味著電梯在運營及維護方面的海量需求。

NB-IoT電梯監控系統應運而生，本系統將電梯的運行數據實時采集并回傳，后臺數據中心利用大數據的分析并與外部系統綜合決策，實現遠程管理及預測性維護，降低維護成本及電梯故障率，保障乘客安全。

二、系統特點

NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網(LPWA)。NBIOT具有以下優勢：

1.海量連接：每區可達10萬連接；NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無線技術提供50~100倍的接入數。

2.超低功耗：電池壽命長達十年；

低功耗特性是物聯網應用一項重要指標，特別對于一些不能經常更換電池的設備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區中的各類傳感監測設備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是基本的需求。在電池技術無法取得突破的前提下，只能通過降低設備功耗以延長電池供電時間。通信設備消耗的能量往往與數據量或速率相關，即單位時間內發出數據包的大小決定了功耗的大小。數據量小，設備的調制解調器和功放就可以調到非常小的水平。NB-IoT聚焦小數據量、 小速率應用，因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小，可以保障電池5年以上的使用壽命。

3．深度覆蓋：能實現比GSM高20db的覆蓋增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當于發射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。

4．安全性：繼承4G網絡安全能力，支持雙向鑒權以及空口嚴格加密，確保用戶數據的安全性。

5．穩定可靠：能提供電信級的可靠 性接入，有效支撐 IoT 應用和智慧城市解決方案。

NB-IoT直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，即可與現有網絡基站復用以降低部署成本、實現平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不占用現有網絡的語音和數據帶寬，保證傳統業務和未來物聯網業務可同時穩定、可靠的進行。以智能抄表應用為例，與采用有線PLC抄表數據回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保證數據成功回收率高，可靠性大大提高。

6. 低成本

低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優勢。速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低;低功耗，意味著RF設計要求低，小PA就能實現;因為低帶寬，就不要復雜的均衡算法。這些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相關，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

集成了NB-IoT終端的電梯監控系統具有以下特點：

?百萬電梯統一連接和管理，實現業務的自動化運維?；赟DN的開放架構，具備支持基于虛擬化的分布式部署，具備無縫的擴展能力，實百萬級網關統一管理，應用統一部署和控制；同時通過標準的北向接口實現與第三方應用系統或IoT平臺快速對接。

?四重安全保障，消除安全攻擊，為梯聯網保駕護航

?OS級：系統本身包含安全組件，保障終端安全芯片級：專用TPM

?安全芯片保證設備安全啟動和數據安全傳輸

?管道級：構建安全VPN通道，確保數據傳輸安全

?平臺級：設備接入認證和分權分域管理

?邊緣計算可本地預分析，端云協同實現預測性維護

?網關開放靈活搭載電梯行業應用或第三方應用，實時處理分析，故障實時預警

?云端大數據深度學習，人工智能故障識別及健康度評估，實現預測性維護

?降低運維成本50%。自動化的電梯運營管理，降低人工巡檢次數，管理效率提升。

?業務中斷時間降低90%。從被動等待到主動上報，從人員現場排除到在線提前分析，故障排除更及時。

?前瞻性維護提升安全性。智能的電梯平臺及網絡服務，構建部署智能應用，提前對電梯健康度評估并及時保養，將安全隱患消除于萌芽，延長電梯壽命和保障乘客安全。

?開放架構，集成效率提升60%，便于電梯廠商提供廣告、視頻等增值業務，為電梯廠商提供了一種新的商業模式。

三、系統組成

本系統主要有監控管理軟件、電梯控制器、NB-IoT無線通信終端構成。

1、電梯控制器

電梯控制器集成在電梯內部，具有RS232等標準通信接口，與NB-IoT終端連接，主要完成數據的采集和處理、控制輸出和進行數據通信、報警、接收遠程命令、開關等功能。

2、NB-IoT無線通信終端（DTU）

DTU是指數據終端設備（Data Terminal unit),可以理解為下位NB-IoT發射終端，在進行通信時，在它的作用下對所傳信息進行格式轉換和數據整理校驗。

NB-IoT無線通信終端功能及特點

• 支持中國三大運營商NB-IoT網絡；

• 支持多種上下線出發模式，定時上下線、串口數據觸發上下線模式；

• 支持根據IP地址和端口訪問中心；

• 內嵌標準的UDP/COAP協議棧，支持透明數據傳輸

• 支持2路串口（232或485可選），波特率可達230400；

• 支持2路4~20mA模擬量輸入（可選）；

• 板載溫度監測裝置；

• 溫濕度一體傳感器（可選）；

• 內置多星座 GNSS 接收機（GPS+GLONASS），滿足對快速、精準定位的需求（可選）；

• 掉線自動重撥機制（采用自有的狀態機算法）；

• 支持6個中心端，可做數據備份；

• 多種工作模式選擇(透明和非透明)；

• 軟硬件多重看門狗機制；

• 內嵌完備的PPP，TCP/IP協議棧；

• DTU 指令控制，通過指令查詢，控制設備通信；

• 可升級固件程序；

• 嵌入式處理器，支持高速處理協議和大量數據；

• 穩定性：365×24小時不間斷工作；

• 硬件恢復出廠設置。

• 供電：寬電壓+6V-35V；

• 耗電：通信模塊12V供電、通信狀態<15mA

• 工作溫度：-40℃ ～ +85℃；

• 防護等級：IP33；

3、數據監控中心

監控中心由監控主機、人機接口、相關外設及與無線數據通信網接口等部分組成。對各遠端監控點采用輪詢或并行詢問方式，完成監測、控制、采集、預警等多重任務。

監控系統軟件是集電梯的監控、數據采集、數據處理與一體，并通過群控或組控實現對不同的監控終端進行控制的系統軟件。具有數據存儲、數據采集、報警處理、報表打印、圖形人機界面、系統安全性控制、自動巡測終端、報警及多種時間表等眾多功能。

四、可靠性

本系統需要很高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心通過公網使用https接入物聯網平臺，從認證到數據傳送整個過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

五、總結

隨著時代的發展，城市現代化建設步伐不斷加快，對電梯安全要求越來越高，智能電梯監控的應用將越來越廣泛。