基于NB-IoT的智慧路灯系统的设计——智慧路灯终端的设计开题报告

1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）

在智能照明控制系统研究方面，国内外研究机构或公司已研究开发了一定技术的智能照明系统，实现了远程遥控、现场感应、现场遥控、场景智能开关、调光等人性化控制方式，营造各种适宜的光环境；但是照明控制领域的技术相对复杂，对该技术把控程度高，产品效果优良的企业较少，如美国的路创和澳大利亚的邦奇、索恩、ABB 等实力雄厚的大公司。

目前智能照明控制系统使用的通信方式主要有 PLC、ZigBee、NB-IOT、LoRa等四种方式。PLC 技术是充分使用已架设的电力电线，通过载波通信的方式将信号耦合到电力线路进行传输，改造成本最低，但单灯接入数量有限制；ZigBee 是基于 IEEE802.15.4 标准的局域网通信技术，需要结合其他远距离通信技术一起使用，比如 GPRS，无接入数量的限制，但是稳定性一般，容易受外界环境影响；LoRa 采用了线性调频、扩频调制技术，即保持了像 FSK 调制相同的低功耗特性，又明显得增加了通信距离，同时提高了网络效率并降低了干扰，主要在全球免费频段（非授权频段）上运行，缺点在于容易受外界环境因素影响较大。

中国政府明确表明大力支持蜂窝物联网发展，允许运营商在原有频率上开展；大力推动与垂直行业及地方政府对接，设立推广平台、示范城市等。中国主要的三家运营商移动、联通、电信都在全力发展 NB-IoT 技术的商业部署。中国电信把800 MHz 作为部署 NB-IoT 的首段频段，并优先考虑采用 NB-IoT 独立工作模式。中国移动也大力着手构建“NB-IoT/5G 网络演进”“IoT 开放云平台”、“智能 IoT终端”的技术体系。

2014 年 5 月，在华为、Vodafone、中移动、Nokia 等通信设备、运营商的联合下，新的研究项目“FS_IoT_LC”在 3GPP GE-RAN（3rd Generation PartnershipProject）工作组立项，FS_IoT_LC 项目主要研究新型的无线电接入网系统，“NB-M2M”就是该项目之下的主要研究方向之一，吸引了许多运营商与通信设备制造商和芯片制造商加入进来。2015 年 5 月，Qualcomm 阵营的 NB-OFDMA(Narrow Band Orthogonal FrequencyDivisionMultiplexing, 窄带正交频分复用)方案与原有的 CIOT 方案在 3GPP 融合形成了 NB-CIoT，新形成的方案在上行通信线路中采用 FDMA（frequency divisionmultiple access ）多 址 方 式 ， 下 行 中 采 用 OFDM(Orthogonal FrequencyDivisionMultiplexing)多址方式。2015 年 7 月，ERISSON 与 Nokia，中兴等公司提出了“NB-LTE”（NarrowBandLTE）方案，在 2015 年 09 月的 RAN 会议上，各方经过激烈的竞争与协商讨论，

NB-LTE 方案与 NB-CIOT 方案进行了融合，形成了我们现在熟知的 NB-IOT（NarrowBand Internet of Tings，基于蜂窝的窄带物联网）方案，该标准成为统一的国际标准。2016 年 6 月份，3GPP 将相关 NB-IOT 协议标准作为物联网专有协议，并于同年 9 月份完成了 NB-IOT 性能部分的标准制定。

基于NB-IOT 技术所实现的智能路灯系统可以实现精准单灯控制和检修维护等工作，可以根据具体的天气状况、季节、场景等影响因素灵活设置路灯的启用时间与照明亮度，在不改变路灯种类的情况下可以有效节约 20%左右的电能。同时，基于 NB-IoT 的单灯精准控制，运营方无需人工巡检，可以结合云平台运行信息对路灯的运行状态进行准确判断，可以大幅削减运维成本，如果配合升级为 LED 路灯则可以达到全方面节能升级。虽然 NB-IoT 技术相比其他物联网技术出现较晚，但其优势明显，网络覆盖范围较广，能耗低，成本低廉等特性必然会加强其在物联网领域的竞争力，成为未来物联网技术的主流趋势。