NB-IOT智能停车应用
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作者:高龙 张玮 王煜 黄梁宇 徐涌涛
【摘要】 本文主要是中国联通潮州分公司通过NB-IOT网络目前在潮州已普及的智能停车应用功能进行NB-IOT无线网络及智能停车应用后台系统管理与优化。通过智能停车路边场景及智能停车系统平台的应、NB-IOT基站性能测试、NB-IOT网络配置策略与指标监等多方面对智能停车应用进行解析，掌握NB-IOT网络结构及物联网应用端到端的链接，实现NB-IOT网络及物联网应用的管理与优化。
【关键词】 NB-IOT 智能停车 应用 监控与优化
前言
NB-IOT是IoT领域基于蜂窩的窄带物联网的一种新兴技术，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（LPWA）。NB-IoT只消耗大约180KHz的频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络支持待机时间短、对网络连接要求较高设备的高效连接。其主要特点是覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式。
一、NB-IOT系统概述
NB-IoT终端：通过空口连接到基站。
eNodeB：主要承担空口接入处理，小区管理等相关功能，并通过S1-lite接口与IoT核心网进行连接，将非接入层数据转发给高层网元处理。这里需要注意，NB-IoT可以独立组网，也可以与EUTRAN融合组网
IoT核心网：承担与终端非接入层交互的功能，并将IoT业务相关数据转发到IoT平台进行处理。同理，这里可以NB独立组网，也可以与LTE共用核心网。
IoT平台：汇聚从各种接入网得到的IoT数据，并根据不同类型转发至相应的业务应用器进行处理。
应用服务器：是IoT数据的最终汇聚点，根据客户的需求进行数据处理等操作。
目前潮州在新桥路商业街已开通了智能停车管理收费系统。智能停车是属于短周期监测上报类。特点如下：
1）事件上报平均周期较短，长则可在2小时-23小时之间，短则5分钟-2小时，甚至5分钟以下;
2）可规律上报或者不定时事件触发;3）以上行数据为主，无下行数据或快速回复。
二、NB-IOT的实际应用与日常监控
2.1智能停车系统应用
城市地磁停车管理收费系统的工作原理是车主在即将进入停车场的时候，可以通过手机上的APP查看哪里有空的停车位，当车主将车辆停在车位上，埋在地上的地磁开始工作，将数据发送到网关，网关通过4G网络发送到服务器，服务器开始记录停车时间，车主在离开的时候可以通过APP进行付费，也可以通过收费人员手中手持终端进行缴费。具体应用如下：
基于地磁传感技术，无线数据传输技术及低功耗技术，其原理是检测车辆对车位内的地球磁场的扰动，来判断车位中是否停放车辆，并将检测结果通过无线传输到地磁管理器。登录展为智能系统管理平台，在停车地磁管理中主要依据MAC对应的编号进行查询该地磁管理器对应信息，也可根据已MAC/Location/Area进行选择后参数对应车位是否已有车停放。如查询已知MAC= C00011805110000A6地磁管理器车位内是否已有车辆停放以及地磁管理器目前运行状态。
2.2 NB-IOT站点性能验证
现场测试性能标准主要包括3个方面：PING时延≤ 1.5s;上行平均吞吐率≥10Kbps;下行平均吞吐率≥13Kbps。潮州电信金叶站点的测试指标如下：
2.2.1Ping测试
PCI为79的第1小区，连续多次Ping均成功，Ping包大小为200 Byte，时延平均为574ms左右，ping业务正常。
2.2.2上行FTP测试
FTP上传测试：PCI为79的小区，上传采用1M大小的文件，上行平均速率33kbps，上行业务正常。
2.2.3下行FTP测试
FTP下载测试：PCI为79的小区，下载采用100K大小的文件，下载平均速率15.6kbps，下行业务速率正常。
三、NB-IOT网络配置策略与指标监控
3.1网络配置策略
根据监测上报类业务以数据上传为主、下发消息短时间传递完毕的特点，网络配置上主要采用PSM（Power Saving Mode）功能节省终端的功耗。
采用PSM功能时，当业务结束后进入到idle态（开始Active-timer计时），当Active-timer计时完毕，终端从idle态进入PSM模式，在PSM模式时终端不接收下行数据（耗电量低），待周期TAU超时或有上行业务时退出PSM模式。终端在业务完成后越快进入到PSM模式、并且停留在PSM模式时间越长终端省电的效果越好。
因此网络配置上主要结合不同的业务模型从不活动定时器、Active-timer、以及长周期位置更新时长三方面参数进行考虑。
3.2Acitve-timer设置策略
Acitve-timer时长设置与下行业务的通信模型相关，若下行无数据发送或者服务器在得到上行数据之后产生响应，可以设置Acitve-timer很短，立即执行休眠。若终端上报后需要一段时间等待服务器响应，可依据业务情况配置Active-Timer时长，以便业务完成后进行休眠。
T3324（Active-Timer）时长配合APN设置分为以下2种，也可根据业务需求进行定制。Active-Timer时长最大为186min。
3.3不活动定时器设置策略
不活动定时器用于控制UE从connect状态进入到idle态的时长。时长越短，业务结束转到PSM状态越快;但时长过短也会同时增加寻呼失败的风险。建议设置定时器时长为20s。
3.4终端数据上报及周期性位置更新设置策略
周期性位置更新设置与上行终端数据上报模型有关，若位置更新周期大于用户数据上报周期，则当用户数据上报后，可节省一次位置更新上报周期，避免短时间多次进入激活状态，使PSM状态时间延后。建议周期性TAU 的周期时长尽量大于终端上报数据周期时长。
终端数据上报分为长周期、短周期，长TAU设置如下，可根据业务需求进行定制。
3.4指标监控
在NB-IOT日常指标监控中，主要监控NB小区上行干扰底噪、RRC建立成功率、S1建立成功率、小区可利用比例等性能指标。
在网管侧可通过查询NB-IOT站点实时状态、告警、小区实时占用用户数等信息核实站点状态，进行对NB-IOT小区当前是否健康运行，实时用户数监控，协助NB-IOT用户投诉处理。
结论
潮州联通过基站无线能性能指标监控、智能停车现场勘测、智能停车运用平台等对潮州NB-IOT目前已普及的智能停车应用原理及网络节点进行进行深入探讨，可帮助NB-IOT在日常生活中物与人之间的网络链接推广，推动物联网网络发展。
参 考 文 献
[1]张坤鳌，郭泽梅.基于NB-IoT的光交箱管理系统研究与开发[J/OL].计算机技术与发展，2019（11）：1-5
[2]孙玉丽.智能引导停车、不停车收费及寻车系统设计[J].电子制作，2019（10）：90-91+96.
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