NB-IoT智慧冷鏈系統(tǒng)

一、概述

血液、醫(yī)藥等特殊物品的運(yùn)輸需要保持在低溫環(huán)境下。在運(yùn)輸過(guò)程中，環(huán)境溫度、位置、以及運(yùn)輸箱子的閉合狀態(tài)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控。溫度傳感器能實(shí)時(shí)感知運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境溫度，一旦環(huán)境溫度超過(guò)某一閾值，則溫度傳感器能實(shí)時(shí)將異常的溫度信息上報(bào)給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心能實(shí)時(shí)查詢這些物質(zhì)的位置信息，或這些現(xiàn)場(chǎng)位置傳感器能定時(shí)上報(bào)位置信息；一旦運(yùn)輸箱子處于解鎖打開(kāi)狀態(tài)，傳感設(shè)備也能及時(shí)感知，并上報(bào)解鎖狀態(tài)。

目前，在智慧冷鏈中，使用2G/3G網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳遞溫度、位置、以及運(yùn)輸箱子的閉合狀態(tài)信息。對(duì)于冷庫(kù)/冷柜墻體、冷鏈車(chē)車(chē)廂保溫層等信號(hào)衰減/屏蔽大的場(chǎng)景，2G/3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度不夠，不能確保信息的準(zhǔn)確上報(bào)；另外，2G/3G終端耗電量大，電池只能支持7天的終端耗電量，不適合長(zhǎng)途運(yùn)輸，因此，需要合適的通信技術(shù)來(lái)支持智慧冷鏈。

二、系統(tǒng)特點(diǎn)

NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)。NBIOT具有以下優(yōu)勢(shì)：

1.海量連接：每區(qū)可達(dá)10萬(wàn)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(xiàn)有無(wú)線技術(shù)提供50~100倍的接入數(shù)。

2.超低功耗：電池壽命長(zhǎng)達(dá)十年；

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項(xiàng)重要指標(biāo)，特別對(duì)于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場(chǎng)合，如安置于高山荒野偏遠(yuǎn)地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備，它們不可能像智能手機(jī)一天一充電，長(zhǎng)達(dá)幾年的電池使用壽命基本的需求。在電池技術(shù)無(wú)法取得突破的前提下，只能通過(guò)降低設(shè)備功耗以延長(zhǎng)電池供電時(shí)間。通信設(shè)備消耗的能量往往與數(shù)據(jù)量或速率相關(guān)，即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出數(shù)據(jù)包的大小決定了功耗的大小。數(shù)據(jù)量小，設(shè)備的調(diào)制解調(diào)器和功放就可以調(diào)到非常小的水平。NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、 小速率應(yīng)用，因此NB-IoT設(shè)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(shí)現(xiàn)比GSM高20db的覆蓋增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當(dāng)于發(fā)射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車(chē)庫(kù)、地下室、地下管道等信號(hào)難以到達(dá)的地方也能覆蓋到。

4．安全性：繼承4G網(wǎng)絡(luò)安全能力，支持雙向鑒權(quán)以及空口嚴(yán)格加密，確保用戶數(shù)據(jù)的安全性。

5．穩(wěn)定可靠：能提供電信級(jí)的可靠 性接入，有效支撐 IoT 應(yīng)用和智慧城市解決方案。

NB-IoT直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，即可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基站復(fù)用以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)，但是使用單獨(dú)的180KHz頻段，不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)帶寬，保證傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可同時(shí)穩(wěn)定、可靠的進(jìn)行。以智能抄表應(yīng)用為例，與采用有線PLC抄表數(shù)據(jù)回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保證數(shù)據(jù)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(lái)的是低成本優(yōu)勢(shì)。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(shè)計(jì)要求低，小PA就能實(shí)現(xiàn);因?yàn)榈蛶?，就不要?fù)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(guān)，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

集成了NB-IoT終端的智能冷鏈系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

?基于運(yùn)營(yíng)商的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣、并可支持全球漫游功能，因此可保證監(jiān)控信號(hào)無(wú)處不在。

?終端功耗低，電池待機(jī)時(shí)間達(dá)一年之久，可支持醫(yī)藥等物品遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

?NB-IoT技術(shù)可確保溫度、位置、以及運(yùn)輸箱子的閉合狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)上報(bào)，以及遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，避免昂貴藥品等物質(zhì)變質(zhì)、或者藥品等物質(zhì)遺失等帶來(lái)的大額損失。

三、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要有監(jiān)控管理軟件、冷鏈車(chē)上的NB-IoT終端構(gòu)成。

1、NB-IoT終端

NB-IoT冷鏈車(chē)上集成了NB-IoT無(wú)線通訊模組，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)檢測(cè)，例如溫度、濕度等，主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理、控制輸出和進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、報(bào)警、接收遠(yuǎn)程命令、開(kāi)關(guān)等功能。

2、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由監(jiān)控主機(jī)、人機(jī)接口、相關(guān)外設(shè)及與無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)接口等部分組成。對(duì)各遠(yuǎn)端監(jiān)控點(diǎn)采用輪詢或并行詢問(wèn)方式，完成監(jiān)測(cè)、控制、采集、預(yù)警等多重任務(wù)。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件是集冷鏈系統(tǒng)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與一體，并通過(guò)群控或組控實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的監(jiān)控終端進(jìn)行控制的系統(tǒng)軟件。具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警處理、報(bào)表打印、圖形人機(jī)界面、系統(tǒng)安全性控制、自動(dòng)巡測(cè)終端、報(bào)警及多種時(shí)間表等眾多功能。

四、可靠性

本系統(tǒng)需要較高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無(wú)意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問(wèn)防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。

數(shù)據(jù)中心通過(guò)公網(wǎng)使用https接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，從認(rèn)證到數(shù)據(jù)傳送整個(gè)過(guò)程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

五、總結(jié)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及移動(dòng)通信等技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是NB-IoT技術(shù)的迅速發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商也在大力推動(dòng)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，這就給冷鏈車(chē)的智能化監(jiān)控提供了技術(shù)支撐，從而全面實(shí)現(xiàn)智慧冷鏈系統(tǒng)。