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摘 要：针对城市路灯照明采集数据量不大、应用量大的特点，基于NB-IoT的窄带通讯技术与单灯监控技术相结合的方式，实现对照明灯具的智能化管理，通过与管理中心实现数字传输对接，以NB-IoT蜂窝通讯网络精确到对每盏灯的独立开关控制，路灯的电压、电流等信息进行实时动态采集，实现故障报警、制定节能策略，保证城市照明的高安全性、高可靠性和可扩展性。
1、引言
基于现有路灯杆资源的优势，具备资源分布广泛，照明数据采集要求量不大，应用量大等特点，充分发挥技术开发创新实力，基于城市照明单灯控制技术的特点，并结合近年来快熟发展的窄带蜂窝物联网（NB-IOT）技术，研发了基于窄带蜂窝物联网（NB-IOT）的免维护调光单灯控制器。通过NB-IoT通讯技术与单灯监控技术相结合的方式，将每一盏城市路灯都纳入到城市照明管理平台内，实现对现有路灯单灯通讯技术升级服务。 NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，可有效降低部署成本、实现平滑升级。支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。基于窄带蜂窝物联网（NB-IOT）的单灯控制器，作为感知和网络结合的终端设备，充分运用云计算、大数据、传感网络等新一代物联网技术，可集成照明节能、无线网络覆盖、环境监测、窨井盖监测、垃圾桶监测等一系列物联网应用的拓展，可以单独控制到每一盏路灯，随时调节每一盏路灯的亮度，实现城市路灯智能控制和节能减排的管理目标。
2、NB-IoT单灯控制器
NB单灯控制器设备采用国际领先的NB-IoT窄带通讯技术，可对路灯杆的多个光源进行分别控制，实现对每个光源的状态检测以及故障检测等功能，对路灯照度的动态智能化管理要求。根据道路不同的时间和路段，降低路灯的运行功率可以实现按需照明，基于按需照明的理念，结合分时分区域调光控制。在黄金时段，保证路灯用电最佳输出；晚九点、十点以后适度调低亮度；零时以后进入深度节能模式。通过智能监控系统管理平台，真正意义上实现合理亮灯和按需照明理念，保证百姓、车流的出行需求，同时实现低碳节能。 
管理功能：运行数据的采集功能（电压、电流、有功功率、功率因数等运行数据）、运行故障检测并主动上报功能、参数设置及掉电保护功能。 开关功能：可对路灯光源进行分布控制和管理，实现对道路精细化管理。 直流调光接口：支持0~10V调光功能，实现对道路的按需照明要求。 漏电检测：满足灯杆电压检测功能；具备出线漏电检测功能； 本地策略功能：可按照预设的配置自动调节节能档位。 本地配置保存：具有运行和管理数据的存储功能 实时时钟：具备实时时钟，可自动校时。 报警功能：具备主动上报和报警功能：灯灭、电容故障、漏电 2.1.2NB单灯控制器免维护特点
NB单灯控制器采用模组化设计，可以极大提高道路照明维护工作量，设备出现故障时，工程维护人员可以在短时间内对道路照明故障进行单灯或光源进行判断，无需拆除或加装任何其他设备及配件，即可实现对NB单灯控制器故障监测并及时上报，便于及时维修。具有光源故障告警、补偿电容器故障告警、单独光源意外亮灯报警、灯具运行状态、自熄灯故障、灯具漏电状态、漏电保护、设备自检功能等特点，便于及时发现设备故障，方便维护人员维修，实现高效维护，极大降低了城市道路照明投诉率。 2.2NB单灯控制器低速率窄带物联网通信技术 基于NB- IoT的窄带通讯技术与传感技术相结合的方式，通过与运营商租赁流量池的方式进行通讯组网，实现对道路照明每个灯杆进行独立的开关、节能控制，对路灯的电压、电流等信息进行实时动态采集。基于NB-IoT的照明控制系统开拓了照明控制新思路，基于NB-IoT的单灯型物联网网关技术达到国内领先水平。 2.2.1NB通讯优势
分布广：基于路灯杆分布广泛特点，通过NB-IoT通讯技术可实现对城市全部路灯杆的网络覆盖，NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍。 信息接入量大：基于城市路灯数量信息大特点，采用NB-IoT通讯，可大大提升信道容量；减少空口信令开销，提升频谱利用效率；独立准入拥塞控制，终端上下文存储；对时延不敏感；NB-IoT通讯能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构； 低功耗管理：采用NB-IoT通讯技术，可挺大降低单灯模块内部电池的损耗、损失，保障设备长时间通讯要求。NB-IoT单灯芯片复杂度降低，工作电流小，空口信令简化，减少单次传送功耗，可对通讯覆盖等级的控制和接入，减少单次传输时间； 低成本建设：通讯成本低，更适合城市道路智慧照明管理实际需求。 2.2.2NB单灯控制器优势
便捷网络：统一连接公网； 统一标准：3GPP标准，统一产业链； 安全可靠：电信级防护，通信成功率99%； 单灯定位：天然单灯定位，远程自动控制； 预防性维护：大数据式，运维成本降低50%。 2.3NB-IoT通讯创新点
窄带物联网（NB-IoT）支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，具有高安全性、高可靠性、高速率、低功耗、高频谱效率、大覆盖、低成本、低时延等特点，在现有通讯的基础上，更进一步为路灯单灯控制和数据采集提供了稳定可靠且先进的公网数据通道。 2.4NB单灯控制器通讯物理特性
2.4.1NB-IoT下行链路
NB单灯控制器通讯系统下行链路的传输带宽为180 kHz，针对180 kHz下行传输带宽的特点以及满足覆盖增强的需求，通讯系统缩减了下行物理信道类型，重新设计了部分下行物理信道、同步信号和参考信号，并在下行物理信道上引入重复传输机制，通过重复传输的分集增益和合并增益来提升解调门限，更好地支持下行覆盖增强。 2.4.2NB-IoT上行链路
NB单灯控制器系统上行链路的传输带宽为180 kHz，支持2种子载波间隔，对于覆盖增强场景，上行链路支持单子载波和多子载波传输，对于单子载波传输，终端需要指示对单子载波和多子载波传输的支持能力，以便基站选择合适的方式。无论是单子载波还是多子载波，上行都是基于单载波频分多址的多址技术。 3、实验测试结果
3.1NB-IoT告警
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