基于NB-IoT的機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

趙敏捷 夏晨宇 王磊 陳曉軍 白雨萌 趙林旋

摘 要：在信息時(shí)代下，構(gòu)建系統(tǒng)化的機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)設(shè)備，能夠滿(mǎn)足整個(gè)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，滿(mǎn)足各樣式電子產(chǎn)品的對(duì)接和信息數(shù)據(jù)的共享交流，還能夠?yàn)闄C(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)行提供穩(wěn)定、高速率的網(wǎng)絡(luò)接口。這一切都是基于NB-IoT技術(shù)展開(kāi)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。文章就具體如何借助NB-IoT技術(shù)展開(kāi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用進(jìn)行分析，以期為全國(guó)各地的機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)研發(fā)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：NB-IoT技術(shù);機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān);設(shè)計(jì);實(shí)現(xiàn)

NB-IoT技術(shù)是窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建成，其構(gòu)建基于無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，具有速率高、成本低、功耗低和架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)，在機(jī)場(chǎng)的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)中，NB-IoT技術(shù)能夠協(xié)助機(jī)場(chǎng)自動(dòng)化管理系統(tǒng)模式形成相應(yīng)的系統(tǒng)平臺(tái)，同時(shí)還能夠提供一些具有NB-IoT網(wǎng)關(guān)特點(diǎn)的硬件和軟件，共同組建成一個(gè)智慧機(jī)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。

1? ? 基于NB-IoT機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)的框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智慧機(jī)場(chǎng)的構(gòu)建需要滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)各種大型設(shè)備的運(yùn)行，滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)巨大人流量信息的傳輸和監(jiān)控管理。整體上面臨著信息存儲(chǔ)量大、信息傳輸速率要求高等特點(diǎn)，因此，整個(gè)機(jī)場(chǎng)NB-IoT網(wǎng)關(guān)的使用環(huán)境較為復(fù)雜，單一的處理器模式不能夠滿(mǎn)足其信息處理的總需求量。因北京首都機(jī)場(chǎng)動(dòng)力能源有限公司智能網(wǎng)關(guān)框架主要是采用雙處理器的模式，采用i.MX 6UltraLite芯片，滿(mǎn)足對(duì)網(wǎng)關(guān)中海量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和運(yùn)算控制等進(jìn)程。這一核心處理器的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于外接電源，是因?yàn)樵贜B-IOT技術(shù)支持下，其對(duì)于能源的消耗較小，不需要設(shè)計(jì)特殊的電源。但是，為了確保整個(gè)機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)的全時(shí)性，項(xiàng)目設(shè)計(jì)中采用了兩種供電運(yùn)行模式，當(dāng)利用外接電源供電時(shí)，則采用STM32L152芯片，支持電池轉(zhuǎn)換。

2? ? 基于NB-IoT機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

框架架構(gòu)設(shè)計(jì)等于是機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)的主要骨骼，而要想這一智能網(wǎng)關(guān)發(fā)揮實(shí)際作用，則需要為其注入相適應(yīng)的軟件系統(tǒng)。在軟件的整體設(shè)計(jì)中，既可以通過(guò)窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)，也可以通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的方式接入互聯(lián)網(wǎng)，這確保了機(jī)場(chǎng)各種網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入的全時(shí)性，避免了接入延遲等問(wèn)題。該軟件設(shè)計(jì)整體運(yùn)行順暢，數(shù)據(jù)獲取操作快速。

（1）Kernel軟件發(fā)揮了整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)的核心作用，貫穿連接所有的網(wǎng)關(guān)設(shè)備以及數(shù)據(jù)服務(wù)中心，形成一整個(gè)Windows服務(wù)系統(tǒng)。Kernel軟件還負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的連接、管理和數(shù)據(jù)收集等，其他的管理軟件是通過(guò)Kernel軟件實(shí)現(xiàn)信息傳輸和接收的。Kernel軟件可謂是整個(gè)軟件系統(tǒng)的“靈魂”。

（2）鑒于NB-IoT技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，所有的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備在接入到Kernel軟件之前，需要對(duì)各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將形式各異的網(wǎng)關(guān)設(shè)備信息通過(guò)“協(xié)議轉(zhuǎn)換組件”轉(zhuǎn)變成為Windows服務(wù)軟件，于運(yùn)行后臺(tái)。

（3）“客戶(hù)端配置管理軟件”發(fā)揮著監(jiān)控組態(tài)程序的作用。對(duì)所有網(wǎng)關(guān)設(shè)備的運(yùn)行以及設(shè)備的功能運(yùn)作情況、采集點(diǎn)以及儀表等設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)督，并且根據(jù)監(jiān)督得到的數(shù)據(jù)完成科學(xué)、合理的配置。

（4）“Web平臺(tái)服務(wù)管理軟件”是展示平臺(tái)。該軟件將網(wǎng)關(guān)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理和分享，按照一定的方式展現(xiàn)在平臺(tái)上。軟件還具有查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、報(bào)警等功能，平臺(tái)軟件在主流瀏覽器（360，firefox，google等）的支持下完成數(shù)據(jù)的展示和瀏覽功能。

（5）平臺(tái)服務(wù)軟件則是設(shè)置數(shù)據(jù)上傳周期的軟件。數(shù)據(jù)信息具有實(shí)效性特點(diǎn)，平臺(tái)服務(wù)軟件設(shè)置數(shù)據(jù)上傳的周期，確保所有數(shù)據(jù)都能夠在第一時(shí)間上傳給Kernel軟件，流入到需要應(yīng)用數(shù)據(jù)的地方。

3? ? 基于NB-IoT機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)的電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在NB-IoT的機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)框架構(gòu)建以及軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)項(xiàng)目能夠滿(mǎn)足整個(gè)機(jī)場(chǎng)的所有信息數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用目的。最重要的還有電源的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，確保智能網(wǎng)關(guān)能夠24 h無(wú)間隙使用。在項(xiàng)目研發(fā)中，基于對(duì)整個(gè)智能網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)和軟件運(yùn)行的能量需求預(yù)估，可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)智能網(wǎng)關(guān)電流主要由3個(gè)項(xiàng)目組成：控制單元待機(jī)電流（20 μAh）、控制單元激活功耗（激活一次348 μAh）、NB功耗（發(fā)射一次1.2 mAh），對(duì)此，配備一個(gè)外置12 V/3 A適配器，之后根據(jù)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的報(bào)送次數(shù)，選擇不同使用年限規(guī)格的電池容量。如一天上報(bào)一次，一年所需要的電池容量為1 500 mAh。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著生活質(zhì)量的提升，飛行出行已經(jīng)成為公共交通模式中的重要組成部分，如何提高飛行體驗(yàn)并帶來(lái)更好的飛行服務(wù)已經(jīng)成為機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的重要內(nèi)容。在信息時(shí)代，打造智慧機(jī)場(chǎng)、營(yíng)造智能網(wǎng)關(guān)勢(shì)在必行?；贜B-IoT的機(jī)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，需要通過(guò)系統(tǒng)框架架設(shè)，設(shè)計(jì)相匹配的軟件，選擇相適應(yīng)的硬件設(shè)施，最后組建形成能夠量產(chǎn)的NB-IoT網(wǎng)關(guān)，滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行的需求。

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