NB-IoT电表解决方案解析与案例详解

国家电网目前主要是采用无线公网GPRS集中抄表，以及电力光纤专网和无线专网集中抄表，存在部署成本高、维护困难、网络覆盖不足、容量受限的问题。部分场景已在试点基于NB-IoT的抄表方案，采用基于NB-IoT的抄表方案之后，上述问题将得以解决。

1.基于NB-IoT的智能电表系统架构

基于NB-IoT的智能抄表系统架构如图11.31所示。

采用基于NB-IoT的智能抄表方案，分为终端层、传输层、平台层和应用层四个部分。

终端层采用集成NB-IoT模块的电表，可以实现网络直接与智能电表通信，减少了中间环节，不再需要集中器设备，通过有线或者短距离无线通信技术进行多跳的信息采集，可以节省大量集中器、采集器等设备的投入，并且使终端具备随时在线的特点，使数据采集方式更加丰富多样，可以支持双向互动、灵活收费等更多业务需求。

传输层采用基于NB-IoT的无线公网作为接入网进行抄表，利用其广覆盖、海量连接、低功耗、低成本的特点，使电网更加安全可靠、经济高效、绿色节能；承载网可以采用IP承载专网提供安全可靠的数据传输。

平台层为整个抄表系统提供统一而开放的平台，其中包含数据采集存储和转发功能，大数据分析功能，连接管理功能，以及多样的能力开放的API，为业务应用提供必要的信息和分析结果。

应用层主要是电网的应用管理系统，包含客户智能管理系统、账单系统、营销业务系统、资产管理系统等，以支撑电网的各项电力供应和增值服务。

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图11.31 基于NB-IoT的智能抄表系统架构

2.基于NB-IoT的智能电表应用方案

（1）业务处理能力

智能抄表系统目前主要采用定时自动采集方式，记录居民电表、单相智能电表、三相智能电表和公用配变电表等智能电表的数据。应用类别不同，上报频次也不同，大部分居民电表每天记录1次，而有些具备特殊功能的电表需要每15min记录1次，即每天记录96次。抄表终端每次信息采集的上行数据量约为200B，下行数据量为20B。电网中规定常规抄表时间小于15s。因此，单表数据速率要求达到上行速率=1600bit/15s=106bit/s，下行速率=160bit/15s=10.6bit/s；NB-IoT系统设计的单用户上行最低速率为160bit/s，单用户下行最低速率为1200bit/s，均远高于业务要求，因此NB-IoT系统完全满足抄表业务要求的时延和用户速率。而实际的一些国内主流运营商网络中，大部分覆盖场景中用户速率在kbit/s级别，不到1s就可以完成抄表数据的传输，甚至在一些覆盖极好的场景下，用户速率达到十几kbit/s，0.1s就可以完成抄表数据的传输。

（2）海量连接能力

按照目前的电表业务模型，对于普通居民电表来说，每天记录1次数据，对于特殊功能电表来说，15min记录1次，每天记录96次数据。NB-IoT系统单小区单日可支持电表数据采集60万次以上，对于特殊功能用户来说，单小区仍可支持6000块以上的电表完成信息采集。

据了解，随着行业发展，为了支持智能用电分析与控制、双向互动用电服务等更丰富的业务需求，采集频率会提升至5min，每块电表每天将记录288次数据。对于这种未来可能的应用场景，NB-IoT系统仍可以支持单小区2000块以上的电表完成信息采集。按照目前的网络建设密度，可以轻松满足未来的应用场景。