基于NB-IoT的機場智能網(wǎng)關設計與實現(xiàn)研究

趙敏捷 夏晨宇 王磊 陳曉軍 白雨萌 趙林旋

摘 要：在信息時代下，構建系統(tǒng)化的機場智能網(wǎng)設備，能夠滿足整個機場運行的海量數(shù)據(jù)存儲，滿足各樣式電子產(chǎn)品的對接和信息數(shù)據(jù)的共享交流，還能夠為機場的正常運行提供穩(wěn)定、高速率的網(wǎng)絡接口。這一切都是基于NB-IoT技術展開設計和實現(xiàn)的。文章就具體如何借助NB-IoT技術展開系統(tǒng)設計和實現(xiàn)應用進行分析，以期為全國各地的機場智能網(wǎng)關系統(tǒng)研發(fā)提供參考和借鑒。

關鍵詞：NB-IoT技術;機場智能網(wǎng)關;設計;實現(xiàn)

NB-IoT技術是窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術的建成，其構建基于無線蜂窩網(wǎng)絡，具有速率高、成本低、功耗低和架構優(yōu)等特點，在機場的網(wǎng)關系統(tǒng)設計和建設中，NB-IoT技術能夠協(xié)助機場自動化管理系統(tǒng)模式形成相應的系統(tǒng)平臺，同時還能夠提供一些具有NB-IoT網(wǎng)關特點的硬件和軟件，共同組建成一個智慧機場網(wǎng)關系統(tǒng)。

1? ? 基于NB-IoT機場智能網(wǎng)關的框架設計與實現(xiàn)

智慧機場的構建需要滿足機場各種大型設備的運行，滿足機場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量大、信息傳輸速率要求高等特點，因此，整個機場NB-IoT網(wǎng)關的使用環(huán)境較為復雜，單一的處理器模式不能夠滿足其信息處理的總需求量。因北京首都機場動力能源有限公司智能網(wǎng)關框架主要是采用雙處理器的模式，采用i.MX 6UltraLite芯片，滿足對網(wǎng)關中海量數(shù)據(jù)的采集、存儲和運算控制等進程。這一核心處理器的驅(qū)動力主要來自于外接電源，是因為在NB-IOT技術支持下，其對于能源的消耗較小，不需要設計特殊的電源。但是，為了確保整個機場智能網(wǎng)關的全時性，項目設計中采用了兩種供電運行模式，當利用外接電源供電時，則采用STM32L152芯片，支持電池轉(zhuǎn)換。

2? ? 基于NB-IoT機場智能網(wǎng)關的軟件設計與實現(xiàn)

框架架構設計等于是機場智能網(wǎng)關的主要骨骼，而要想這一智能網(wǎng)關發(fā)揮實際作用，則需要為其注入相適應的軟件系統(tǒng)。在軟件的整體設計中，既可以通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術接入互聯(lián)網(wǎng)，也可以通過有線網(wǎng)絡的方式接入互聯(lián)網(wǎng)，這確保了機場各種網(wǎng)關設備接入的全時性，避免了接入延遲等問題。該軟件設計整體運行順暢，數(shù)據(jù)獲取操作快速。

（1）Kernel軟件發(fā)揮了整個軟件結構的核心作用，貫穿連接所有的網(wǎng)關設備以及數(shù)據(jù)服務中心，形成一整個Windows服務系統(tǒng)。Kernel軟件還負責網(wǎng)關設備的連接、管理和數(shù)據(jù)收集等，其他的管理軟件是通過Kernel軟件實現(xiàn)信息傳輸和接收的。Kernel軟件可謂是整個軟件系統(tǒng)的“靈魂”。

（2）鑒于NB-IoT技術的數(shù)據(jù)傳輸特點，所有的無線網(wǎng)關設備在接入到Kernel軟件之前，需要對各種信息數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，將形式各異的網(wǎng)關設備信息通過“協(xié)議轉(zhuǎn)換組件”轉(zhuǎn)變成為Windows服務軟件，于運行后臺。

（3）“客戶端配置管理軟件”發(fā)揮著監(jiān)控組態(tài)程序的作用。對所有網(wǎng)關設備的運行以及設備的功能運作情況、采集點以及儀表等設備實現(xiàn)監(jiān)督，并且根據(jù)監(jiān)督得到的數(shù)據(jù)完成科學、合理的配置。

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

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

3? ? 基于NB-IoT機場智能網(wǎng)關的電源設計與實現(xiàn)

在NB-IoT的機場智能網(wǎng)關框架構建以及軟件結構設計中，可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關項目能夠滿足整個機場的所有信息數(shù)據(jù)傳輸和應用目的。最重要的還有電源的設計和實現(xiàn)，確保智能網(wǎng)關能夠24 h無間隙使用。在項目研發(fā)中，基于對整個智能網(wǎng)關的架構和軟件運行的能量需求預估，可以發(fā)現(xiàn)，整個智能網(wǎng)關電流主要由3個項目組成：控制單元待機電流（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），對此，配備一個外置12 V/3 A適配器，之后根據(jù)網(wǎng)關數(shù)據(jù)的報送次數(shù)，選擇不同使用年限規(guī)格的電池容量。如一天上報一次，一年所需要的電池容量為1 500 mAh。

4? ? 結語

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，如何提高飛行體驗并帶來更好的飛行服務已經(jīng)成為機場運行的重要內(nèi)容。在信息時代，打造智慧機場、營造智能網(wǎng)關勢在必行?；贜B-IoT的機場智能網(wǎng)關設計和實現(xiàn)，需要通過系統(tǒng)框架架設，設計相匹配的軟件，選擇相適應的硬件設施，最后組建形成能夠量產(chǎn)的NB-IoT網(wǎng)關，滿足機場正常運行的需求。

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