城市供水行业物联网设备通信浅析

城市供水行业关系着城市布局规划体系和城市化进程，关系着百姓民生和智慧城市建设，是考虑用水安全和用水健康的重要行业，是国家重要的基础设施行业，地位十分重要。然而我国水资源并不充沛，地区差异大，如何合理分配水资源、降低漏损、节约用水，对我国“双碳”目标的实现和产业高质量发展具有重大意义。

随着NB-IoT 、4G-CAT.1等各种物联网通信技术的发展，2G-GPRS、3G等传统通信技术逐步退出历史舞台。4G-CAT.1和NB-IoT成为主流的物联网通信技术，担当起万物互联的大任。4G-CAT.1是4G通信LTE网络下用户终端类别的一个标准，无需对基站进行任何升级，SIM卡及业务套餐也无需任何改变，可以无缝接入现有LTE网络当中，网络覆盖成本低。经过系统优化后，模组的硬件架构更简单，集成度更高，外围硬件成本更低，模组价格在30元以内，成本优势明显，当前联通公司正积极布局CAT.1的PSM应用，致力于进一步降低模组功耗。

在城市供水行业4G-CAT.1技术主要被应用于数据量大、上报密集、需要实时控制的设备，管网监控中使用较多。常见一个管道井中使用一台采集器抄读并控制本井内的流量计、水表、压力、阀门、水质、液位等。NB-IoT是IoT领域的一个新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网（LPWAN）。NB-IoT技术的特点就是深覆盖、广连接、低功耗。NB-IoT的这些特点与需要长期休眠、偶尔工作的设备完美契合。随着NB-IoT设备接入的越来越多，也出现了一些问题。

第一，虽然相比现有的LTE网络覆盖深20 dB，但地下室等场景信号仍然不佳，原有LTE网络可通过增加室分天线的方式增强信号，但当前的NB-IoT网络没有室分天线。电信公司从2023年下半年开始实施B3（1 800 MHz）的NB-IoT频段，该频段可通过增加室分天线解决信号问题。

第二，NB-IoT的广连接是基于设备长时休眠、短时连接来实现的，因此要特别注意设备必须要随机离散接入，严禁把NB-IoT设备做成长连接。当前NB-IoT网络中就出现了一些“流氓数据”，占死基站，造成其他设备因网络拥挤而连接交互失败。若出现设备整体上报率不高的情况，可联系运营商监控NB-IoT话务信息，停止“流氓数据”接入。

第三，NB-IoT的低功耗是依靠短时通信和多种节电技术实现的，因此想要实现低功耗，需要近可能缩短连接交互时间。节电技术包括PSM、DRX、eDRX。其中，PSM节电技术在信号覆盖较差、上报周期长的情况下，节电效果较为明显。eDRX技术主要应用于对下行控制延时有需求的设备，延时最小可达到2.56 s，但由于运营商网络配置未开启或时间同步等问题，应用较少。在城市供水行业，NB-IoT技术主要被应用于数据量小、上报周期长、不需要实时控制的设备，社区供水中使用较多。常见每户水表或社区入口的大口径水表中都会搭载NB-IoT模块，实现远程抄表。

NB-IoT网络、4G-CAT.1技术将在很长一段时间内占据城市供水行业设备通信领域的主流地位。平台、协议多样化的状态仍会持续一段时间，未来将会逐步统一，形成四表集抄。供水行业将在设备安全上开始发力，逐步提升在身份认证方面、信息通信以及存储等方面的安全性能。