NB-IoT,开启智能水表规模部署新纪元

发表于 讨论求助 2020-04-28 04:25:43

在水务领域,最近没有什么比 NB-IoT 更“NB”的消息了。2017 年 月份,深圳水务全球第一个 NB-IoT 智慧水务正式规模商用,在 2020 年之前将完成 58 万 NB-IoT 智能水表部署;月份,福州智慧水务项目宣布正式启动规模商用部署,30 万 NB-IoT 智能水表将启动部署;10 月份,鹰潭 10 万 NB-IoT 智能水表商用上线,标志着全球第一个万量级的 NB-IoT 智能水表商用项目在鹰潭正式落地。


NB-IoT 究竟是何方神圣,缘何在短短的一年时间能在水务智能抄表领域快速走红,受到大家青睐?


回答这个问题之前,我们先了解一下水表的现状。目前,普通的机械水表依然是主流,市场占比约为 70-80%,但由于智能远传水表(以下简称智能水表)具有如下的几大优点,业内人士普遍认为其将成为水表的主流演进方向,其占比也将从 20% 发展到 80% 左右。


智能水表优点:

  • 解决人工抄表上门难、收费难问题;

  • 水质、水压、用水量实时化、可视化、精细化管理;

  • 水表网格化,实时监控、快速定位管网问题,降低漏损率。


近年来,虽然各种智能水表纷纷涌现,诸如 LoRa、各种小无线、M-BUS 等等,但是其市场占比空间始终无法提升,保持在 20% 左右,这是什么原因呢?


我们知道智能水表的发展主要受三个因素的影响:数据采样技术数据传输技术商业环境。时至今日,光电、超声波等技术的兴起使数据采样技术得以成熟;而数据传输技术和商业环境成为影响智能水表发展的关键要素,商业环境(比如智能水表的价格)随着市场的发展会逐渐走向成熟,数据传输技术则成为了关键中的关键,本文将重点从数据传输维度分析智能水表当前的问题和发展趋势。先让我们看看当前一些智能水表在部署和使用中的一些问题:


第一,网络部署难度大、维护复杂:


对于有线水表,由于部署过程中需要要穿墙打洞拉网布线,基本已被市场否决。


对于小无线水表,由于其部署灵活,在 NB-IoT 出现之受到大家关注,各水表厂家也纷纷投入尝试,但正由于其网络的灵活性,也导致了各种各样的问题。


首先,部署需要新建网络基础设施、网络建设和优化周期长,难度大。针对楼宇密集区、普通住宅区等各种不同的场景,网络建设需要因地制宜,进行不同的网络规划和建设,方案无法复制,实施难度大。最典型的就是集中器的安装问题,既要考虑网络覆盖范围,又要考虑“立杆”、拉电难度,同时要考虑雷电、雨雪等天气的影响,这个过程漫长而复杂。


其次,从网络维护上看,表厂需要成立专门的网络维护专家团队,水表的生命周期是 年,也就意味着整个网络的维护周期至少 年,人员技能要求高、维护成本高。


现网最大的问题就是干扰问题。小无线使用的是免授权 ISM 频段,免授权意味着每个人都可以使用,水表可以用,气表可以用,电表也可以用,导致的后果就是,安装时网络调测 OK,但随着网络使用者的增加,随时可能出现后来者对当前网络造成干扰的问题。据某水表厂反馈,这种问题没有固定的解决方案,只能通过降低功耗、改变集中器位置等临时方案动态调整,故障查找过程复杂,问题修复困难。


另一个问题则是天气、电源等对集中器的影响,比如雷击导致集中器损坏,雨雪导致集中器发射信号变化,集中器电源故障等,这些问题都需要很长的排查周期。


如果由第三方部署和维护,则第三方的资质则成为关键点,曾经出现承包商中途退出,项目被迫中止的案例。那么无论是作为民生、非盈利机构的水司还是政府,都难以接受在水表乃至整个公共事业的建设上出现烂尾楼现象。


对于 GPRS 水表,由于 GPRS 原本是为人设计的网络,带宽为 200 K(去除保护带,实为 180 K),而物联网单载波对上行带宽要求不高,仅为 15K 左右,实际上是杀鸡用了牛刀,导致的问题就是发射功率被高带宽浪费,覆盖强度不够、功耗大等问题。此外,GPRS 也面临退网的风险。



第二,从产业视角看,分散的市场将影响规模化进展:


由于市场的分散性,各个RF水表厂家所使用的传输协议、数据协议、射频标准等各有不同,可谓七国八制,对整个产业的发展带来不利的影响。


比如,传输协议不同导致水表和集中器的绑定,使得备件维护复杂化;数据协议不同导致业务平台不同,业务运营复杂化;射频标准不同导致质量标准不同,质量保证难等等。这一切使得水表行业陷于军阀混战,群雄割据的局面。


从以上两点可以看到,之前各种智能水表在建网、部署等方面面临着各种各样的问题,导致市场规模化商用的进展缓慢,接下来让我们看看到底 NB-IoT 为何方神圣?又是如何解决这些问题的?


NB 的全称是 Narrow BandNB-IoT 的完整解释就是窄带物联网。打个比方来说,原来的运营商网络是给“人”使用的,而 NB-IoT 就是给“物”来使用的,水表是的一种。借用 NB-IoT 联盟秘书长解运洲先生对 NB-IoT 的一句话阐释:“NB-IoT 为什么中间有一个“-”,就是要用 NB 技术来撬动物联网系统,撬动整个物联网行业。从技术上看,NB-IoT 主要有以下几个特性:


  •  低功耗:NB-IoT 使用 PSM、eDRX 等创新低功耗技术,让终端的待机时间可长达 10 年。

  • 深覆盖:相比于 2G、3G、4G 网络,NB-IoT 能够提供 20dB 的网络增益,这意味着具备了比原来的网络多穿透一堵墙的能力。

  • 大连接:相比于 4G 网络,NB-IoT 的连接数扩大 100 倍,意味着已有的网络设施无需改造就可以满足用户密集区等水表接入场景。



了解了 NB-IoT 的技术特性,现在让我们看看 NB-IoT 智能水表究竟是如何解决传统各种 RF 水表的各种问题的?


第一,NB-IoT 是在原有的运营商网络上升级,由运营商进行网络建设和维护,这意味着运营商提供保姆式服务,而且是优质的服务,不用担心中途“拍屁股走人”。这解决了各种 RF 水表在网络建设方面的各种问题。


在政策方面,中国政府对 NB-IoT 网络的建设给予了大力支持,中国工业和信息化部在 2017 年 月初下发《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》,要求到 2020 年,中国 NB-IoT 网络的基站规模要达到 150 万个,实现对于全国的普遍覆盖以及深度覆盖。国内三大电信运营商也加快了建设的步伐,预计到 2017 年底,会在全国部署超过 50 万个 NB-IoT 基站。全球的 20 多个国家在今年底前会建设 30 多张 NB-IoT 网络。


第二,由于 NB-IoT 是 3GPP 的标准协议,“根正苗红”,是典型的富二代,在传输和射频信号等方面天生就是标准的,这为水表的各种验收、测试提供了统一的依据,为整个智能水表的产业发展和规模化提供了有力的保障。


第三,为推动整个智能水表行业乃至智慧水务的发展,政府和运营商对 NB-IoT 水表提供了大力的支持。日前,在 2017 年 月 15 日《中国电信股份有限公司 2017 年物联网模块联合促销项目比选文件》中声明补贴政策:为中选的 NB-IoT 模块提供一次性 30 元每片的补贴,这意味着 NB-IoT 通信模块的价格已经下降到之前宣称的 美金目标。


NB-IoT 智能水表凭借着以上优势迅速“走红”水务抄表市场,但是,NB-IoT 从“走红”到巨星的成长之路并非一蹴而就,运营商强大的运营和网络维护能力解决了水司对网络部署和维护上的担忧,华为和三川智慧、汇中、宁水等 TOP 级的水表厂商的强大生态解决了水表质量和标准问题。但是,在规模化进程中依然存在着一些问题:


成本问题:目前 NB-IoT 智能水表在机械水表基础上增加了 100RMB 左右(含通信资费),长久看来,表厂的目标成本应在 40-50 RMB。通过各方面的努力,目前 NB-IoT 模组的价格已经成功降低到之前宣称的 美金,随着市场的发展,相信成本会逐步降低。


此外,由于三个运营商在资费上没有打通,导致各地的费用相差比较大,比如国内某地区整表的费用增加是 100RMB,而另一地区仅资费定价就在 100RMB 左右,这导致表厂缺少盈利空间。


功耗问题:目前,NB-IoT 水表每天一次数据上报,电池寿命为 年左右,理想中每天上报两次数据为佳,这对功耗提出更高的要求。


随着 NB-IoT 技术在智慧水务、智慧燃气、智慧停车、智慧物流等越来越多的行业中的发展,成本、功耗等关键性特性将会得到进一步优化和增强,NB-IoT 在智能水表行业也将从“走红”发展到“巨星”,据国内某顶级水表厂表示,他们明年 NB-IoT 水表的产量将提升到 30万,和其他类型水表总量持平。据其预测,未来 到 年内,NB-IoT 智能水表占比有望从目前的 20% 份额到 80%。巨大的市场空间,你还在犹豫什么?



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