NB-IoT智慧照明解决方案白皮书(2018版)

NB-IoT智慧照明解决方案白皮书2018年07月.目录1序言.................................................................................................................................32照明行业问题和挑战.......................................................................................................52.1照明行业普遍存在的痛点问题.....................................................................................................52.2传统智慧照明存在的问题...........................................................................................................63当NB-IoT遇上智慧照明...............................................................................................73.1NB-IoT五大亮点.........................................................................................................................73.2NB-IoT在智慧照明领域的优势..................................................................................................84NB-IoT智慧照明解决方案............................................................................................84.1总体设计.................................................................................................................................84.2软件平台设计........................................................................................................................144.3感知层智能设备设计............................................................................................................224.4系统建设方案........................................................................................................................234.5NB-IoT智慧照明端到端的安全防御体系.................................................................................265NB-IoT智慧照明解决方案价值...................................................................................295.1经济效益...............................................................................................................................295.2社会效益...............................................................................................................................306NB-IoT智慧照明商业模式.......................................................................................317泰华智慧NB-IoT智慧照明实践.................................................................................328智慧照明发展趋势及展望.............................................................................................359缩略语表........................................................................................................................351序言在经济社会发展过程中，城市公共照明已不再局限于道路功能照明，而是发展成为表现城市景观、体现城市形象和现代化水平的重要标志，城市公共照明设施规模日益增大，用电量节节攀升，社会各方对城市公共照明的要求和希望越来越高。而目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，城市照明面临精细化管理与节能减排双重挑战。城市照明运行监控管理在经历了手动开关、分散式时控/光控、集中式远程监控（回路级三遥功能）三个阶段之后，开始向单灯层面延伸（监控管理到每一盏路灯），向智慧照明发展。近年来，城市智慧照明应用推广速度逐年加快，全国范围成功案例越来越多。上海、南京、杭州、济南、无锡、大同等大中型城市以及更多的地市/县市级城市均已开始单灯监控管理应用的建设，其中部分城市（如济南市、新泰市）实现了城市级（全市区）路灯单灯管理，系统运行稳定，管理提升明显，节能效果显著，产生了良好的社会效益和经济效益。近年来，世界发达国家及我国的众多城市都在努力打造绿色、智慧型新型城市架构和智慧型城市管理模式。城市路灯设施分布范围广、数量大、位置固定、可识别性强，在智慧城市建设大潮中，充分利用路灯设施的资源优势，采用物联网、大数据、云计算、单灯控制等技术，建设城市智慧照明，解决城市照明现存不足和问题，推动城市照明管理提升，促进城市照明节能减排，同时提高城市照明基础设施智能化水平，为真正实现信息资源共享一体化的智慧城市打好坚实基础，已成为智慧城市建设的重要组成部分。当前，传统智能照明解决方案存在许多问题，比如PLC传输的局限性、施工安装不灵活、稳定性欠佳等。而NB-IoT具有高安全、广覆盖、大连接、低功耗、部署灵活、稳定性强和低成本等特点，可以较好的解决上述问题，并更好的满足智慧照明的发展需求。鉴此，泰华智慧产业集团股份有限公司、中国电信股份有限公司、华为技术有限公司三方联合，共同发布《NB-IoT智慧照明解决方案白皮书（2018版）》，全面分析传统智慧照明普遍存在的痛点及NB-IoT物联网智慧照明的优势，从云、管、端协同发展等方面总结了NB-IoT智能照明表应用方案，并展望智慧照明发展趋势。随着智慧城市的发展，物联网、云计算、大数据等新技术的广泛应用，基于NB-IoT技术的智慧照明将成为智慧城市管理信息化水平的标志之一，将推动行业创新，增进民生福祉，提升社会价值，保护环境资源。2照明行业问题和挑战2.1照明行业普遍存在的痛点问题近年来城市照明取得了巨大的发展，但由于城市照明业务涉及城市公共服务、百姓民生、城市形象等多方挑战，城市照明也一直存在诸多管理难题。2.1.1照明运营模式落后在使用传统方式进行照明管理的地区，路灯的控制主要依靠人工控制开关电闸的方式进行开灯和关灯操作，开关灯时间误差大、统一性差，日常运行维护工作量大，且难以应对突发事件特殊照明需求。2.1.2监控维修不到位在使用传统方式进行照明管理的地区，日常巡检主要靠业务人员开车逐条道路、逐个灯杆检查的方式进行。存在运维方式落后、运维管理工作量大、服务质量保障困难等问题。2.1.3按需照明、节能减排需求巨大目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，城市照明面临管理与节能双重挑战。2.1.4信息化管理缺失在部分使用传统方式进行照明管理的地区，仍然采用传统方式对路灯数据进行整理记录，当前实时准确的路灯类型、路灯数量和箱变数量等信息没有进行整理记录存档。信息化技术应用的不足造成管理和技术人员信息装备水平普遍较低，日常运行监控和业务管理主要依靠人工和文档类简单电子化方式，对智能化监控、计算机应用、网络知识接触较少，不利于城市照明运行和管理水平的发展。智慧照明系统为先进的智慧照明管理系统，可以解决传统照明存在的信息化技术应用不足的问题。2.2传统智慧照明存在的问题目前国内智慧照明领域，基本采用基于PLC和GPRS技术实现城市照明的智能监控和单灯节能管理。因为数据传输局限性大、系统部署复杂、网络覆盖面临困境等问题，一直阻碍了智慧照明的广泛应用。主要体现在：2.2.1数据传输局限性大智能集中器到单灯控制器的数据传输方式采用电力线载波PLC技术。电力线载波（PLC，即PowerLineCarrier）是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。但是电力线载波技术存在着局限性：配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。三相电力线间有很大信号损失（10dB-30dB）。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。电力线存在本身固有的脉冲干扰。使用的交流电有50HZ和60HZ，则周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms，固定干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过0点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用。2.2.2部署复杂传统的智慧照明解决方案，部署单灯控制器必须在控制柜或箱变内配套部署智能集中器。单灯控制器无法直接与监控中心通信，且同时部署的智能集中器，不仅挤占了箱变或控制柜空间，同时增加了部署成本，降低了系统稳定性。2.2.3网络覆盖面临困境传统智慧照明采用GPRS公网进行信息传输，虽然GPRS模块成熟稳定，通信费用价格低廉。但是随着国家逐渐关停GPRS网络，有些地区的监控中心与智能监控终端的通信会受到影响，从而影响智慧照明系统的运行稳定。3当NB-IoT遇上智慧照明3.1NB-IoT五大亮点NB-IoT(NarrowBandInternetofThings)，即基于蜂窝的窄带物联网，作为远距离无线通讯技术中的佼佼者，NB-IoT具备高安全、广覆盖、低功耗、大连接和低成本这五大亮点。图3-1NB-IoT五大亮点3.2NB-IoT在智慧照明领域的优势