巩海方 姜书成

摘  要：航标遥测遥控系统是为实现航标信息化管理而开发的一套高性能、跨平台、具有良好扩展性的软件系统，但随着现代通信技术、物联网技术的发展，系统绑定的通信卡遇到了无法办理的问题。本文就窄带物联网卡在航标遥测遥控系统中的应用进行探讨，提出了提高航标遥测遥控覆盖率的途径和方法。

关键词：窄带;遥测遥控;物联网;传输速率;监控

1 窄带物联网技术及其优势

1.1 窄带物联网概念

窄带物联网是由3GPP（《第三代伙伴计划协议》）标准化组织定义的一种技术标准，是一种专为物联网设计的窄带射频技术。这种技术可应用于GSM网络和LTE网络。2015年9月，国际电联正式对外公布了物联网标准，将LTE-M更名为NB-IOT（窄带物联网）。

1.2 窄带物联网优势

（1）海量连接

与传统的2G/3G/4G相比，NB-IoT有50～100倍的上行容量提升，200kHz带宽下单基站小区可支持5万用户。因此，与现有无线技术相比，NB-IoT可以提升50～100倍的接入数，同时进行了海量存储和接入控制的优化，适合海量接入的场景。

（2）深度覆盖

NB-IoT无线技术提升了功率谱密度，NB-IoT比LTE提升20dB增益，即覆盖能力提升100倍，很好地实现了广域覆盖，即使在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。

（3）低功耗

NB-IoT节电技术DRX（Discontinuous Reception）和PSM（Power Saving Mode），通过减少不必要的信令和在PSM状态时不接受寻呼信息来达到省电的目的，可让设备时时在线，保障电池5年以上的使用寿命。

（4）低成本

NB-IoT核心网相对传统EPC核心网增加了“小包数据控制面传输优化、节电优化（PSM、eDRX）”，信令流程简化、大幅降低消息交互，实现NB-IoT的低移动性接入。低速率、低复杂度带来的是低成本，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，NB-IoT在射频上做了优化，模块的成本随之变低。

2 航标遥测遥控系统及其组成特点

2.1 航标遥测系统组成特点

航标运行信息监控系统（航标遥测遥控系统）是为实现航标信息化管理而开发的一套高性能、跨平台、具有良好扩展性的软件系统。它运用现代数字通信技术和计算机网络技术结合，将分散的航标技术信息通过多种通信方式基于物联网技术集中起来，运用相关的信息科学进行数据分析，通过RIA（富互联网应用）技术将结果直观全面的呈现给用户;通过高效简洁的用户界面，用户可以实时的监控航标终端的运行状态，及时的发现和处理航标终端运行中出现的故障和问题，提高了航标管理效率，提升了航标的可利用率。系统采取了基于Flex系列技术的数据交互架构，可用于构建具有丰富表现力的 Web应用程序，运行时跨浏览器、桌面和操作系统实现一致的部署。安装于灯浮标上的遥测遥控终端采集灯浮标工作参数后，通过通信网将数据远程传送到航标管理中心，配套的软件进行数据分析处理，实现灯浮标实时监控和故障报警、回放、存储等功能。

2017年，北海航海保障中心对辖区各处遥测遥控系统进行了升级改造，航标遥测遥控系统升级完成后，解决了遥测遥控系统与基础信息库航标信息实时同步、关联绑定、终端灯器调试及优化等问题，目前已完成海区、天津、秦皇岛、大连、营口、烟台辖区遥测遥控系统升级改造工作，共有1 108座航标实现遥测遥控。升级前遥测遥控系统中只包含数据库中的一部分信息，升级后则完全同步，数据库中的信息在遥测遥控系统中实现自动全覆盖，从而实现类别统计、遥测遥控率统计、报表统计等新功能。升级后的系统性能稳定，功能完善，操作方便，失常航标信息准确，为监控航标运行状态提供了更易用、更可靠的管理平台，克服了因信息交互不及时导致的航标恢复滞后问题。

2.2 系统终端存在的问题及解决办法

对于航标而言，其大多布设在开阔水域，其供电方式大多采用太阳能板加锂电池的形式，其中锂电池的生产和废弃都会造成一定程度的污染，所以在满足实际需求的前提下尽量降低负载功耗是降低环境污染的一个重要途径。航标消耗电能主要由照明和数据通信组成，就数据通信而言，传统航标大多依靠2G网络进行数据传输，根据浙江移动物联网开放实验室测试报告，通过对选取的3家物联网（NB-IoT）模组与2G（GPRS）模组进行各工作状态下的耗电分析，可以得出NB-IoT在低功耗上具有明显优势，无论是联网峰值电流还是PSM休眠模式，功耗都要远远低于传统2G模组。所以从节约资源和保护环境的基本国策出发，有必要对航标遥测遥控终端的通信方式进行升级改造。

2018年1月，北海航海保障中心基于窄带物联网（NB-IoT）技术的智能航标终端研发测试成功，开始正式商用。利用NB-IoT技术结合传感器，通过采集航标电压、电流、经纬度，温湿度，电池状态等动态信息实现针对航标的实时监控，采集的数据经NB-IoT网络回传至航标管理平台和手机APP，经过数据分析后实现航标状态告警、位置偏移等报警功能。利用NB-IoT物联网络深度覆盖、低延迟、低功耗、支持海量连接、稳定可靠的特点，将有效解决现有2G/3G/4G网络在航道纵深较长时信号覆盖弱、长延迟、通信不稳定等问题，增加航标终端数据采集的稳定性、实时性，大幅提高航标终端的适用性和分布范围。基于NB-IoT物联网通信技术的新型航标灯器，是NB-IoT技术在航标设备领域的首次应用，达到国际领先水平，NB-IoT智能航标终端的应用，让用户真正体验到物联网的绝佳应用场景，也必将成为未来航标终端发展趋势。

3 具体的技术方案

由于此次遥测遥控终端升级涉及范围较大且投入成本较多，为保证遥测遥控终端升级的顺利实施，设置几组终端进行试验。以天津港海域为例，此次试验的终端通信技术采用的为支持中国电信的NB-IoT技术，图1、图2为天津港南锚地沉船浮标和新港12号灯浮标位置和通信情况。

由于航标不但涉及海上安全也会涉及运营费用，同时还涉及运营商信号是否稳定，所以前期通過与天津地区中国移动协商，由中国移动提供NB-IoT通信测试设备，在天津航标处对航标进行巡检的过程中进行移动NB-IoT信号测试。2018年2月6日，对天津港主航道和大沽沙航道其信号进行测试，并对天津港主航道利用“海巡15020”轮进行测试，“海巡15020”轮行驶的轨迹在11：30—12：30时间段，没有数据传送到平台，其余时间段船行驶路线信号均没有问题，此处海域据天津港陆地最近约28 km，距离曹妃甸最近约18 km;对于大沽沙航道利用“海巡15002”轮进行测试，“海巡15002”轮行驶的轨迹一直都有数据传输到平台，但信号传输中有一段（11：20-11：25）比较弱，此处海域距陆地较远约25 km，其余时间段船行驶路线信号均没有问题。

参考文献

[1] 张权.基于蜂窝的窄带物联网（NB-loT）技术性能及应用[J].科技传播，2017，20.

[2] 苏美文.物联网产业发展的理论分析与对策研究[D].吉林：吉林大学博士学位论文，2015.

[3] 天津航标处.天津航标处航标遥测遥控终端升级可行性研究报告[R].2018.

[4] 王永德.随机信号分析基础[M].电子工业出版社，2009，03.