基于NB-IoT的社区设备监测系统设计

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近年来,物联网技术在智慧城市、智慧社区中的应用取得了飞速的发展,但是利用物联网技术实现社区内多行业、多领域的设备风险监测是一个复杂问题,它还存在设备端与云端数据难以融合、难以实现一体化监测与预警的问题。社区的设备设施系统主要包括电力、水、天然气、消防、HVAC(采暖、通风、空调)、电梯等。这些操作系统通常由各种传感器、执行器和设备组成。显然,这些资产的数据格式和通信协议比较复杂,难以统一访问。因此,建立一个统一的物联网社区架构是一项非常必要和复杂的任务。针对这些问题,本文提出了一种由“端-边-云”架构组成的基于NB-IoT的社区设备监测系统,它,在端、边、云三个层次综合利用OICT技术(Operational Technology,OT;Information Technology,IT;Communication Technology,CT),实现了社区设备的一体化实时监测。首先,终端侧包括6LoWPAN无线传感网络(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks)和社区多协议设备,实现社区设备的全方位感知。6LoWPAN边界路由硬件采用“CC2538+树莓派”组合方案,并在软件上通过6lbr实现路由功能。6LoWPAN子节点硬件采用“CC2538+Arduino”方案,并开发了数据采集接口电路,在软件上使用Arduino编程实现数据采集,使用CONTIKI的多线程实现发送功能。其次在边缘侧,NB-IOT-WSN融合网关接入6LoWPAN传感网络汇聚的数据,同时为了解决社区多协议设备的数据接入问题提出一种多协议转换与数据上云方法,把多协议设备数据处理成标准JSON格式的MQTT协议数据通过NB-IoT网络传输到云平台。在硬件上设计了基于ME3616的NB-IoT通信电路和外围电路,软件上使用Node-RED平台开发了工业节点和NB-IoT-MQTT节点,实现了终端侧的数据汇聚和数据上云的通信功能。最后在云端使用Things Board平台建立了社区设备监测系统,实现了设备管理和实时监测预警,并搭建了实验场景对所提出的系统和架构进行了实验验证。
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