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NB-IoT智慧冷链系统

一、概述

血液、医药等特殊物品的运输需要保持在低温环境下。在运输过程中,环境温度、位置、以及运输箱子的闭合状态需要实时监控。温度传感器能实时感知运输的环境温度,一旦环境温度超过某一阈值,则温度传感器能实时将异常的温度信息上报给远程监控中心;远程监控中心能实时查询这些物质的位置信息,或这些现场位置传感器能定时上报位置信息;一旦运输箱子处于解锁打开状态,传感设备也能及时感知,并上报解锁状态。

目前,在智慧冷链中,使用2G/3G网络来传递温度、位置、以及运输箱子的闭合状态信息。对于冷库/冷柜墙体、冷链车车厢保温层等信号衰减/屏蔽大的场景,2G/3G网络覆盖深度不够,不能确保信息的准确上报;另外,2G/3G终端耗电量大,电池只能支持7天的终端耗电量,不适合长途运输,因此,需要合适的通信技术来支持智慧冷链。

二、系统特点

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NBIOT具有以下优势:

1.海量连接:每区可达10万连接;NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升,这也就意味着,在同一基站的情况下,NB-IoT可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。

2.超低功耗:电池寿命长达十年;

低功耗特性是物联网应用一项重要指标,特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合,如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备,它们不可能像智能手机一天一充电,长达几年的电池使用寿命基本的需求。在电池技术无法取得突破的前提下,只能通过降低设备功耗以延长电池供电时间。通信设备消耗的能量往往与数据量或速率相关,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非常小的水平。NB-IoT聚焦小数据量、 小速率应用,因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小,可以保障电池5年以上的使用寿命。

3.深度覆盖:能实现比GSM高20db的覆盖增益;

NB-IoT比LTE提升20dB增益,相当于发射功率提升了100倍,即覆盖能力提升了100倍,就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。

4.安全性:继承4G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。

5.稳定可靠:能提供电信级的可靠 性接入,有效支撑 IoT 应用和智慧城市解决方案。

NB-IoT直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级,但是使用单独的180KHz频段,不占用现有网络的语音和数据带宽,保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。以智能抄表应用为例,与采用有线PLC抄表数据回收成功率在60%左右相比,NB-IoT可以保证数据成功回收率高,可靠性大大提高。

6. 低成本

低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势。速率低就不需要大缓存,所以可以缓存小、DSP配置低;低功耗,意味着RF设计要求低,小PA就能实现;因为低带宽,就不要复杂的均衡算法。这些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相关,尺寸越小,成本越低,模块的成本也随之变低。

集成了NB-IoT终端的智能冷链系统具有以下特点:

基于运营商的NB-IoT网络,网络覆盖广、并可支持全球漫游功能,因此可保证监控信号无处不在。

终端功耗低,电池待机时间达一年之久,可支持医药等物品远距离运输。

NB-IoT技术可确保温度、位置、以及运输箱子的闭合状态等信息实时上报,以及远距离运输,避免昂贵药品等物质变质、或者药品等物质遗失等带来的大额损失。

三、系统组成

NBIOT DTU典型应用方案-冷链管理.jpg

本系统主要有监控管理软件、冷链车上的NB-IoT终端构成。

1、NB-IoT终端

NB-IoT冷链车上集成了NB-IoT无线通讯模组,实现相关数据检测,例如温度、湿度等,主要完成数据的采集和处理、控制输出和进行数据通信、报警、接收远程命令、开关等功能。

2、数据监控中心

监控中心由监控主机、人机接口、相关外设及与无线数据通信网接口等部分组成。对各远端监控点采用轮询或并行询问方式,完成监测、控制、采集、预警等多重任务。

监控系统软件是集冷链系统的监控、数据采集、数据处理与一体,并通过群控或组控实现对不同的监控终端进行控制的系统软件。具有数据存储、数据采集、报警处理、报表打印、图形人机界面、系统安全性控制、自动巡测终端、报警及多种时间表等众多功能。

四、可靠性

本系统需要较高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环,网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行,即使出现硬件和软件故障,系统也不能中断运行。

数据中心通过公网使用https接入物联网平台,从认证到数据传送整个过程得到了加密保护,安全性比较高,可充分保障速度和网络服务质量。

五、总结

随着物联网、云计算、大数据以及移动通信等技术的不断发展,尤其是NB-IoT技术的迅速发展,运营商也在大力推动NB-IoT网络的建设,这就给冷链车的智能化监控提供了技术支撑,从而全面实现智慧冷链系统。


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