NB-IoT共享單車智能鎖系統

一、概述   

共享單車目前的發展迅猛，活躍用戶數激增，每月平均用戶達3200萬以上，國內一線城市覆蓋率8.04%。當前共享單車行業普遍使用的是基于GPRS網絡制式的智能鎖。由于GPRS網絡覆蓋能力有限，導致此類智能鎖的用戶使用體驗差，如：時延長，在某些網絡覆蓋差的地方，開鎖時間高達5~10秒，結單響應時間高達25秒，客戶體驗差；GPRS模組功耗高，電池待機時間短至兩個月，若要維護較長的電池使用周期，需要采用人力或太陽能發電，維護單車成本高。

二、系統特點

NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網(LPWA)。NBIOT具有以下優勢：

1.海量連接：每區可達10萬連接；NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無線技術提供50~100倍的接入數。

2.超低功耗：電池壽命長達十年；

低功耗特性是物聯網應用一項重要指標，特別對于一些不能經常更換電池的設備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區中的各類傳感監測設備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是基本的需求。在電池技術無法取得突破的前提下，只能通過降低設備功耗以延長電池供電時間。通信設備消耗的能量往往與數據量或速率相關，即單位時間內發出數據包的大小決定了功耗的大小。數據量小，設備的調制解調器和功放就可以調到非常小的水平。NB-IoT聚焦小數據量、 小速率應用，因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小，可以保障電池5年以上的使用壽命。

3．深度覆蓋：能實現比GSM高20db的覆蓋增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當于發射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。

4．安全性：繼承4G網絡安全能力，支持雙向鑒權以及空口嚴格加密，確保用戶數據的安全性。

5．穩定可靠：能提供電信級的可靠 性接入，有效支撐 IoT 應用和智慧城市解決方案。

NB-IoT直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，即可與現有網絡基站復用以降低部署成本、實現平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不占用現有網絡的語音和數據帶寬，保證傳統業務和未來物聯網業務可同時穩定、可靠的進行。以智能抄表應用為例，與采用有線PLC抄表數據回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保證數據成功回收率高，可靠性大大提高。

6. 低成本

低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優勢。速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低;低功耗，意味著RF設計要求低，小PA就能實現;因為低帶寬，就不要復雜的均衡算法。這些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相關，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

基于NB-IoT的共享單車智能鎖解決方案，有著更低的功耗、更好的覆蓋、更低的時延。首先，與GSM相比，覆蓋增益達20dB，因此，覆蓋無死角，可保證用戶任何地方（地下停車場）都能正常開鎖；其次，低時延可確保用戶良好的體驗，NB-IoT智能鎖從關鎖到收到新派密碼，時間約為2秒，相較GSM鎖的6.81秒，大大縮短

NB-IoT的共享單車智能鎖解決方案解決了功耗高、電池使用壽命短的問題，按照每車每天開鎖10次計算，電池使用壽命可以達到2-3年，可以支撐整輛單車的使用生命周期； NB-IoT芯片，模組成本低，并且單車不需要額外的充電裝置，拉低了整車成本。

IoT平臺可使能單車智能化精細運維。通過共享單車智能鎖SIM卡全生命周期管理，可有效監管單車連接狀態，確保有效監管單車，如：統一激活新注冊單車，掛起故障單車群，結束丟失單車；通過SIM卡的經營分析，支持智能監管單車，如：用量排行，群組統計，總用量趨勢、地區、時段用量趨勢，數據連接事件、位置變化；通過IoT平臺的FOTA功能，可實現智能鎖的遠程固件升級，增強運維能力；端到端故障定位能力，可協助定位端管云故障，助力運維。

三、系統組成

本系統主要有監控管理軟件、NB-IoT共享單車智能鎖構成。

1、NB-IoT共享單車智能鎖

NB-IoT共享單車智能鎖集傳統門鎖和NB-IoT技術于一體，集成在門鎖內部，與NB-IoT基站連接，主要完成數據的采集和處理、控制輸出和進行數據通信、報警、接收遠程命令、開關等功能。

2、數據監控中心

監控中心由監控主機、人機接口、相關外設及與無線數據通信網接口等部分組成。對各遠端監控點采用輪詢或并行詢問方式，完成監測、控制、采集、預警等多重任務。

監控系統軟件是集共享單車智能鎖的監控、數據采集、數據處理與一體，并通過群控或組控實現對不同的監控終端進行控制的系統軟件。具有數據存儲、數據采集、報警處理、報表打印、圖形人機界面、系統安全性控制、自動巡測終端、報警及多種時間表等眾多功能。

四、可靠性

本系統需要較高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心通過公網使用https接入物聯網平臺，從認證到數據傳送整個過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

五、總結

隨著NB-IoT系統技術的成熟，“底層芯片—模組—終端—運營商—應用”的完整產業鏈已經初具形態，廣域覆蓋優勢凸顯，NB-IoT應用于共享單車將為共享單車領域提供強有力的技術支持。