NB-IoT智能水表驗證示范平臺方案

1、NB-IoT 智能水表驗證示范平臺方案驗證示范平臺名稱NB-IoT 智能水表驗證示范平臺驗證示范平臺目標(biāo)和概述NB-IoT 智能水表驗證示范平臺是由深圳水務(wù)、中國電信、華為共同打造的基于 NB-IoT、IoT 平臺和大數(shù)據(jù)等最新物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合解決方案，該方案運用 IoT 領(lǐng)域新興的 NB-IoT 低功耗廣域通信技術(shù)，實現(xiàn)對智能水表的流量信息實時采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、控制指令下發(fā)等遠(yuǎn)程操作，再將采集到的水表數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進(jìn)行及時分析和處理，從而實現(xiàn)更為針對性、科學(xué)性的動態(tài)管理，提升水務(wù)智能抄表管理效率和服務(wù)水平。滿足智能抄表的同時，還可拓展到智能管網(wǎng)、漏損監(jiān)測、業(yè)務(wù)增值等智慧水務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)， 幫助

2、水務(wù)行業(yè)實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，共同推進(jìn)新型水務(wù)管理的信息化建設(shè)，推動水務(wù)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?，共同打造智慧水務(wù)的示范樣板和行業(yè)標(biāo)桿。并有廣泛適用性，未來可擴展復(fù)制。建設(shè)國內(nèi)首個基于 NB-IoT 的物聯(lián)網(wǎng)驗證示范平臺，驗證 NB-IoT 的廣覆蓋、低功耗、低成本特性在智能抄表等水務(wù)應(yīng)用場景的效果。真正解決水表安裝位置普通無線信號難以覆蓋以及功耗過高的智能水表行業(yè)痛點，顛覆智能水表行業(yè)的通信手段。NB-IoT 是 3GPP 制定的基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)廠商在此標(biāo)準(zhǔn)的研究和投入屬于國際先進(jìn)水平，華為公司擁有 NB-IoT 芯片的核心自主產(chǎn)權(quán)。本驗證示范平臺可同步國際最新研究成

3、果，推動 NB-IoT 這一新技術(shù)在國內(nèi)乃至全球物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的引用。建設(shè)智慧水務(wù)統(tǒng)一 IoT 平臺，基于統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)平臺將支持多種物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備快速接入及水務(wù)應(yīng)用的快速集成，支撐客戶聚焦應(yīng)用和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。推動水務(wù)行業(yè) IoT 生態(tài)圈的構(gòu)建，驗證在智慧水務(wù)中 NB-IoT 的新商業(yè)模式，深圳水務(wù)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升服務(wù)管理水平和業(yè)務(wù)營收能力，電信運營商在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景上為行業(yè)用戶提供更穩(wěn)定覆蓋更廣的通信網(wǎng)絡(luò)以及終端設(shè)備管理能力。5預(yù)期成果5.1商業(yè)價值基于“互聯(lián)網(wǎng)+水務(wù)”的需求，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及建設(shè)、信息化改造等工作，以加速水務(wù) 行業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”轉(zhuǎn)型；結(jié)合試點評估結(jié)果，探討設(shè)

4、備的智能管理，建立智慧水務(wù)應(yīng)用模型、管理平臺及數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)智能化管理和實時監(jiān)控。深圳水務(wù)集團作為大型綜合水務(wù)服務(wù)商，為全國1800多萬人口提供水務(wù)服務(wù)。并且，在深圳市建立NB-IoT智慧水務(wù)樣板具有示范效應(yīng)，若能夠有效提升城市供水收入和供水效率，可將成功模式復(fù)制到全國水務(wù)。中國電信落地NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)項目，將積極推動運營商在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局。同時， 利用運營商的全國網(wǎng)絡(luò)資源覆蓋能力，快速服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)市場，形成獨特競爭優(yōu)勢。華為公司首個NB-IoT智能水務(wù)選型試點項目，范圍包括智能水表應(yīng)用和漏損控制管理（分區(qū)計量），具有規(guī)模效應(yīng)，在水務(wù)行業(yè)快速樹立影響力。經(jīng)濟效益深圳本地用戶水表數(shù)量約 24

5、6 萬只。其中，深圳水務(wù)集團已抄表到戶管理的水表數(shù)量約105 萬只，其余由物業(yè)管理的用戶水表也將逐步接收抄表到戶。目前，深圳水務(wù)集團絕大部分水表仍采取人工抄表方式(周期 1-2 個月)，主要有以下影響：采取人工抄表方式，存在人力成本和管理成本逐年上升，且人為誤差風(fēng)險；物業(yè)管理的水表，存在管理不當(dāng)導(dǎo)致的計量不準(zhǔn)確等問題，容易引發(fā)居民水費糾紛；抄表區(qū)域內(nèi)的供水管網(wǎng)泄漏不易發(fā)現(xiàn)，存在水資源的浪費；短距無線 RF 遠(yuǎn)程抄表方式，存在遠(yuǎn)期網(wǎng)絡(luò)維護的潛在困難，而使用公用頻段又易受到干擾。采用運營商主導(dǎo)的廣域低功耗 NB-IoT 技術(shù)，具備廣覆蓋，容量大，可靠性高的優(yōu)勢， 特別適合城市范圍內(nèi)的水務(wù)終端連接。

6、能帶來以下明顯的經(jīng)濟價值：無需水務(wù)公司自己維護網(wǎng)絡(luò)，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)維護費用；實行自動抄表，節(jié)約人工費用；優(yōu)化表務(wù)管理，提出科學(xué)的水表更換建議、及時排查水表故障。優(yōu)化供水管網(wǎng)探漏，減少偷水現(xiàn)象，直接提升營收利潤；未來，深圳市水務(wù)集團計劃在十三五期間完成至少特區(qū)內(nèi)的抄表到戶（十三五計劃商用智能表 58 萬只）的智能水表部署，提升自身經(jīng)營收入。后續(xù)還將擴展到深圳市區(qū)內(nèi) 246 萬只用戶水表，在全市范圍內(nèi)實現(xiàn)智能抄表管理。除了深圳水務(wù)集團，該項目方案具備拓展到全國甚至全球市場的潛力，給智能水表行業(yè)帶來實質(zhì)性的行業(yè)推進(jìn)。社會價值NB-IoT 智能水表的應(yīng)用，符合國家抄表到戶政策，契合國家對水資源合理利用的階梯

7、水價政策，可引導(dǎo)居民合理利用水資源；更精細(xì)化的用水?dāng)?shù)據(jù)，給與政府更精準(zhǔn)的決策基礎(chǔ)。對水表等供水終端的實時通信，可對城市供水進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控和精確的故障定位，可及時排除故障，保障生活用水、工礦企業(yè)、醫(yī)院、政府單位的供水安全。驗證示范平臺技術(shù)可行性物理平臺需要測試的硬件包括水表等儀器終端硬件、以及 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)硬件，IoT 平臺服務(wù)器硬件， 應(yīng)用服務(wù)器硬件；網(wǎng)絡(luò)硬件NB-IoT 模組、基站、核心網(wǎng)。儀器儀表智能水表（居民戶表、大用戶表）、管道/區(qū)域流量計，其中含 NB-IoT 模組。平臺硬件IoT 平臺服務(wù)器硬件設(shè)備，抄表應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)備。軟件平臺需要測試的軟件包括：IoT 平臺軟件：提供數(shù)據(jù)采

8、集與分析平臺，可適配多種行業(yè)終端設(shè)備，并使能多種行業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)；水務(wù)應(yīng)用軟件：聚焦水務(wù)應(yīng)用，提供完善的抄表、管網(wǎng)監(jiān)控等管理和報表功能；軟件開發(fā)和環(huán)境模擬7.1AII 總體架構(gòu)驗證示范平臺的整體架構(gòu)設(shè)計將在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的指導(dǎo)下進(jìn)行。測試平臺將在過程框架的過程中提供反饋，以報告的形式分享經(jīng)驗。驗證示范平臺采用深圳水務(wù)集團鹽田區(qū)、福田區(qū)居民小區(qū)的環(huán)境，具備端到端各個層級網(wǎng)元的配套軟件開發(fā)版本，從模塊的片級軟件、終端數(shù)據(jù)上報軟件、以及 IoT 平臺軟件、抄表應(yīng)用軟件開發(fā)。7和 AII 技術(shù)及測試臺的關(guān)系參考AII總體架構(gòu)中基于全面互聯(lián)而形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能架構(gòu)。其中網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、安全部分的融合架構(gòu)如

9、上圖。網(wǎng)絡(luò)：是NB-IoT智能水表驗證示范平臺系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸交換的支撐基礎(chǔ)。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)具有低速率、低功耗、低成本、廣覆蓋的特點，符合物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)奶攸c，使用較窄的頻段實現(xiàn)廣覆蓋、大連接的能力，相比傳統(tǒng)的LTE和GPRS網(wǎng)絡(luò)，覆蓋能力會大大增強。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)只需基于運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級改造覆蓋。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)由華為提供設(shè)備升級及維護，深圳電信 負(fù)責(zé)改造建設(shè)和運營。數(shù)據(jù)：分為采集、分析、控制等功能模塊；采集：基于NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案中，水表、監(jiān)測儀等水務(wù)智能終端通過集成NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)模組來實現(xiàn)通訊能力，通過統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)，終端可快速接入物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。分析：IoT

10、平臺是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺，具備連接管理、數(shù)據(jù)管理、能力開放的能力， 上層行業(yè)應(yīng)用無需關(guān)心終端設(shè)備具體物理連接和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)終端對象化管理。提供靈活高效的數(shù)據(jù)管理/開放能力，包括：數(shù)據(jù)采集、分類、結(jié)構(gòu)化存儲，數(shù)據(jù)調(diào)用、使用量分析，提供分析性的業(yè)務(wù)定制報表。同時應(yīng)用層可對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的行業(yè)專屬分析?？刂疲褐腔鬯畡?wù)應(yīng)用系統(tǒng)通過IoT平臺獲取來自設(shè)備層的數(shù)據(jù)，并統(tǒng)一管理水表、流量計、等各種水務(wù)設(shè)備，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和狀態(tài)分析；安全：是網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)在行業(yè)中應(yīng)用的安全保障。NB-IoT智能水表驗證示范平臺設(shè)計的端到端完整的安全體系。包括接入安全、網(wǎng)絡(luò)安全、終端設(shè)備安全、數(shù)據(jù)安全、API接口安全、應(yīng)用權(quán)

11、限管理等，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的全方位保護。AII 安全驗證示范平臺將和 AII 安全組密切合作，遵循工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提供的安全指導(dǎo)原則進(jìn)行安全設(shè)計、實現(xiàn)和測試。本驗證示范平臺的安全體系參照 AII 安全體系框架，涵蓋設(shè)備安全、網(wǎng)絡(luò)安全、控制安全、應(yīng)用安全和數(shù)據(jù)安全。設(shè)備安全（以水表為例）：個人數(shù)據(jù)保護：確保智能水表運行過程中個人數(shù)據(jù)得到有效保護；禁止未公開接口：確保智能水表所有對外接口都需要經(jīng)過認(rèn)證才可訪問；敏感數(shù)據(jù)與加密：確保智能水表運行過程中敏感數(shù)據(jù)都經(jīng)過可靠加密或去敏感化；軟件完整性保護：確保智能水表安裝軟件沒有被病毒感染、被篡改；操作系統(tǒng)加固與防病毒：確保智能水表操作系統(tǒng)安全無漏洞，并經(jīng)

12、過安全加固；設(shè)備防攻擊與防破解：確保智能水表基本的抗安全攻擊的能力； 網(wǎng)絡(luò)安全：NB-IoT 繼承 4G 網(wǎng)絡(luò)安全能力，支持雙向鑒權(quán)以及空口鏈路嚴(yán)格加密，確保用戶數(shù)據(jù)的安全性，具備電信級的強大安全和數(shù)據(jù)保護能力；IoT 平臺與應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)傳輸采用VPN 加密；控制安全：設(shè)備接入認(rèn)證和鑒權(quán)，杜絕非法終端入侵；網(wǎng)絡(luò)側(cè)/設(shè)備側(cè)雙向證書，高強度加密；防 DOS/DDOS 攻擊能力；API 攻擊防護能力，訪問API 要執(zhí)行身份驗證；應(yīng)用安全：權(quán)限訪問控制；與 IoT 平臺采用證書方式，防止冒用的應(yīng)用 APP 接入系統(tǒng)；默認(rèn)不開放任何未受保護或未使用的開放端口，系統(tǒng)在VPN 環(huán)境中部署；數(shù)據(jù)安全：應(yīng)用認(rèn)證捆

13、綁終端信息，數(shù)據(jù)流受控傳輸；數(shù)據(jù)傳輸過程包含敏感數(shù)據(jù)時通過標(biāo)準(zhǔn)安全協(xié)議加密以確保安全；系統(tǒng)對安全憑據(jù)存儲加密；存儲安全，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲機密和校驗；詳細(xì)清單項目提案具備明確可交付的產(chǎn)品，及能夠被評估的資產(chǎn)，設(shè)備清單如下：序 列名 稱數(shù)量通信方式1智能水表10 個水表讀數(shù)和通信模塊之間通過串口通信；應(yīng)用層：基于 CoAP 廠商自定義；2NB-IoT 模組10 個鏈路層：NB-IoT 空口協(xié)議，符合 3GPP標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)用層：CoAP 協(xié)議3NB-IoT 基站1 臺NB-IoT 空口協(xié)議，符合 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)；4核心網(wǎng)1 套3GPP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議5IoT 平臺軟件1 套CoAP 協(xié)議；HTTP 協(xié)議；Rest

14、Ful 接口；7水務(wù)應(yīng)用1 套HTTP 協(xié)議8網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備1 套具備防火墻、DDoS 防護功能VPN 設(shè)備；風(fēng)險模型活動主要風(fēng)險描述風(fēng)險高低必要行動/規(guī)避措施水 表 等 物理終端仿冒攻擊高設(shè)備接入認(rèn)證；網(wǎng)絡(luò)攻擊高日志告警管理物理拆卸&破壞高數(shù)據(jù)加密、日志告警管理、巡查不正確的操作高日志告警管理IoT平臺仿冒終端攻擊高終端接入認(rèn)證仿冒應(yīng)用程序攻擊高API安全；證書安全；網(wǎng)絡(luò)DDoS攻擊高防火墻+DDoS防護未經(jīng)授權(quán)的訪問高權(quán)限控制應(yīng)用未經(jīng)授權(quán)的訪問高權(quán)限管理模擬攻擊高日志告警管理密碼窮盡攻擊高加強接入安全機制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)攻擊高防火墻+DDoS防護+SIM卡鑒權(quán)+日志告警不安全的操作中日志告警安全聯(lián)系

15、人安全聯(lián)系人：徐晶晶 華為 IoT 解決方案設(shè)計部表計領(lǐng)域總工 HYPERLINK mailto:jingjing.xu jingjing.xuAII 數(shù)據(jù)管理收集上來的數(shù)據(jù)會統(tǒng)一進(jìn)入 IoT 平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和分發(fā)，最終由水務(wù)應(yīng)用進(jìn)行存儲和分析。AII 驗證示范平臺該驗證示范平臺與之前的驗證示范平臺無任何關(guān)聯(lián)，是第一個基于 NB-IoT 蜂窩通信技術(shù)在水務(wù)行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的驗證示范平臺。交付件驗證示范平臺端到端整體需求分解分配表和終端規(guī)格文檔；智能水表驗證示范平臺解決方案場景化設(shè)計文檔；智能水表驗證示范平臺測試用例；驗證測試報告；以及 NB-IoT 智能抄表驗證示范平臺示范小區(qū)（可供評估、參觀

16、）；驗證示范平臺使用者管理權(quán)限分工如下：深圳水務(wù)控制水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用和水表的運營和權(quán)限管理；電信控制 IoT 平臺和 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)的運營和權(quán)限管理；非發(fā)起方可向上述各方申請訪問權(quán)限；非發(fā)起方可申請成為合作伙伴，以便獲取功能操作權(quán)限；未經(jīng)發(fā)起方許可，驗證示范平臺信息禁止泄露給第三方；知識產(chǎn)權(quán)說明為驗證示范平臺和在驗證示范平臺中開發(fā)的知識產(chǎn)權(quán)，對于參與者來說，具體由各自開發(fā)者擁有。部署，操作和訪問使用部署：驗證示范平臺將在中國深圳市福田、鹽田的居民該小區(qū)進(jìn)行部署和操作。終端水表將安裝在深圳水務(wù)制定的小區(qū)站點；網(wǎng)絡(luò)將覆蓋制定的小區(qū)，并在 2017 年覆蓋深圳全市；IoT 平臺將部署在電信云； 操作和訪問：深圳水務(wù)控制水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的運營，采集數(shù)據(jù)由水務(wù)統(tǒng)一管理；電信控制 IoT 平臺的運營和管理，并開放權(quán)限給深圳水務(wù)進(jìn)行必要的業(yè)務(wù)管理；在測試階段，深水水務(wù)和電信公司向華為開放訪問接口，用于端到端業(yè)務(wù)的調(diào)試；默認(rèn)非參與者不具備訪問和控制權(quán)限，如需要訪問需向上述各方提出申請；資金建設(shè)驗證示范平臺的資金由參加者各方按分工各自承擔(dān)。參與單位分工華為技術(shù)有限公司平臺層: IoT 平臺，提供