NB-IoT智能烟感解决方案.docx

NB-Io T智能烟感解决方案 2018 年 12 月 目录 NB - I o T 智 能 烟 感 解 决 方 案 .1 白皮 书 .1 1 行业 背 景 .3 1.1 消防 现 状 .3 1.2 政策 法 规 推 动 .4 2 市场 前 景 .5 2.1 消防 行 业 规 模 .5 2.2 NB-IoT 烟 感 市 场 前 景 .5 2.3 运营 商 推 动 作用 .6 3 NB-IoT 烟 感 解 决 方案 .6 3.1 方案 介 绍 .6 3.2 基本 业 务 功 能 .7 4 业务 功 能 及 流程 .8 4.1 烟感 上 线 .8 4.2 注册 和 周 期 性 状 态 上 报 .9 4.3 火警 报 警 . 11 4.4 火警 告 警 消 音 . 12 4.5 烟感 故 障 上 报 . 13 4.6 参数 远 程 配 置 . 13 4.7 烟感 终 端 复 位 . 14 5 方案 设 计 . 15 5.1 低功 耗 设计 . 15 5.2 覆盖 标 准 . 16 5.3 性能 保 障 . 17 5.4 容量 . 17 5.5 业务 模 型 参 考 . 18 5.6 安全 . 18 5.7 IoT 应用 使 能 平 台 . 19 5.8 连接 管 理 平 台 . 19 6 安装 和 运维 . 20 6.1 安装 位 置 . 20 6.2 施工 流 程 . 21 6.3 故障 定 界 . 21 6.4 FOTA 升级 . 21 7 业务 场 景 和 商 业 模式 . 21 7.1 业务 场 景 . 21 7.2 商业 模 式 . 22 8 典型 项 目 案 例 . 22 本方案白皮书介绍 NB-IoT烟感行业背景、市场前景、业务范围、商业模式和典型案例等。 帮助行业客户经理了解业务价值，产业情况，以及如何拓展项目；同时对 NB-IoT烟感业务功能做总体性描述。 本方案白皮书定义 NB-IoT烟感的基本功能、消息流程，并提供方案设计等建议。目的是支撑联盟 NB-IoT产品库构建，并服务于中国移动智慧消防相关业务项目开展。白皮书面向烟感厂家技术人员支撑对 NB-IoT烟感业务的实现，也面向运营商网络运维人员支撑对 NB- IoT烟感业务的服务保障提供。 1 行业背景 1.1 消防现状 我国城市发展过程中人口数量、建筑规模不断扩大，传统与非传统的消防安全因素相互 交织，相互渗透，维护火灾风险的成本和压力不断增加， 人民群众对包括消防工作在内的社 会管理创新和服务优化提出了更高的期盼和要求。而社会公共消防基础力量薄弱、监管对象 众多且复杂，给消防工作带来巨大压力， 导致 火灾隐患总量呈逐年增长趋势 。据公安部消防 局统计，2017年 1至 10月份，全国共接报火灾 21.9万起，亡 1065人，伤 679人，直接财产损失 26.2亿元。从场所分布情况看，各类住宅发生火灾 9.5万起，交通工具火灾 2.3万起，人员密集场所火灾 1.7万起，工地、厂房、仓储及易燃易爆场所火灾 1.5万起，农副场所火灾 1.4万起，垃圾废弃物火灾 1.9万起，其他场所火灾 3.6万起。其中，住宅火灾占总数的 43.5%，造成 821人死亡，占亡人总数的 77.1%。 基于火灾事故的严重性，国家对此高度重视，陆续出台相关政策文件，推广消防安全知 识，加强地方消防设备建设，明确消防安全责任，使人们的消防安全意识逐渐提高。传统独 立式感烟探测器得到一定程度的普及，在防火减灾方面起到一定的改善作用。但是，随着火 灾隐患因素的不断增多，传统的独立烟感已经无法满足用户的需求，且在市场上存在一定的 局限性。如：市面上独立烟感的质量参差不齐，功能单一，只能现场发出声光报警提示，人 员不在现场时无法及时告知，设备 的工作运行状态无法实时掌握，电池欠电以及出现故障时 没有提醒，无法保障火灾事故的及时发现和报警，不能从根本上扼制火灾事故的发生。 1.2 政策法规推动 为切实的加强各类场所的消防安全，保护人民群众生命和财产安全，国家及各地区相继 推出政策法规文件，重点加强智慧消防工作的建设力度。 2015年 11月 2日，公安部、民政部、 住房和城乡建设部、中国保险监督管理委员会、全国老龄工作委员会办公室、中国残疾人联 合会等六部委团体联合印发关于积极推动发挥独立式感烟火灾探测报警器火灾防控作用的 指导意见 (公消 2015289号 ), 要求充分认识独立感烟报警器对火灾防控的重要作用，鼓 励和引导扩大独立感烟报警器应用范围。在独立感烟报警器使用相对集中的区域，可探索选 用联网型产品，同步向远程显示器等辅助设备和监护人、管理人员发送短信等提示信息。 2017年 10月 10日，公安部消防局发布了关于全面推进 “ 智慧消防 ” 建设的指导意见。 意见要求，在新建高层住宅应用城市物联网消防远程监控系统，对消防设施、电气线路、燃 气管线、疏散楼梯等进行实时监测。在老旧高层住宅建筑加装应用独立式火灾探测报警器、 简易喷淋装置、火灾应急广播以及独立式可燃气体探测器、无线手动报警、无线声光警报等 设施。 2017年 12月 4日，国务院发布关于近期几起火灾事故的通报，对消防安全工作提出更高要求。文件指出：各地区要结合实际情况，强化集生产、经营、储存和住宿为一体的 “ 三 合一 ” 、 “ 多合一 ” 建筑及群租房的火灾隐患排查，住宿 10人以上的，一律加装独立式火灾 报警探测器，实行专职管理员夜间巡查措施；住宿 30人以上的，一律按照标准安装自动灭火、 火灾报警等消防设施，明确专人负责消防管理。 为有效提高我国消防安全管理水平，工业和信息化部 办公厅关于全面推进移动物联网 （ NB-IoT） 建设发展通知：到 2017年末，实现 NB-IoT网络覆盖直辖市、省会城市等主要城市， 基站规模达到 40万个。到 2020年， NB-IoT网络实现全国普遍覆盖，面向室内、交通路网、地下管网等应用场景实现深度覆盖，基站规模达到 150万个。加强物联网平台能力建设，支持 海量终端接入，提升大数据运营能力，加强消防物联网建设，使传统单一的报警设备实现智 能化监管，随时随地可监控各场所消防设备的运行情况，火警信息及时通知，事故及时处置， 全面保障各区域的消防安全。 国家政府陆续 出台相关的政策文件，可见政府部门及运营商都在大力推进智慧烟感应用 落地，在政策的大力支持以及人民消防意识提高的背景下，智慧烟感的市场规模将得到迅猛 发展。 2 市场前景 2.1 消防行业规模 随着中国经济建设的发展，特别是城市现代化程度的提高，超大空间建筑、超高层建筑 和石油、化工、建材等高火险行业快速发展，易燃易爆场所迅速增多，起火因素日渐增多， 火灾愈发多样性、复杂性。频繁出现的重特大火灾不仅导致群死群伤，而且导致的经济损失 越来越大。这意味着消防行业的地位和作用将越来越重要，消防产品的应用也会越来越广泛。 改革开放前，我国消防行业发展缓慢，全国消防产品生产企业数量不足 100家，且大部 分是国家出资建设的国营企业。 2001-2003 年，国家逐步取消了消防产品生产销售备案登记 制度，逐步建立消防产品市场准入制度，消防市场环境发生根本性变革，民营企业开始涉足 消防行业，行业发展速度加快。经过十余年的发展，目前我国的消防产品生产企业已超过 5000 家，消防行业整体规模较大。随着经济增长对消防体系建设的持续投入，消防产品的 需求亦不断扩大。各级政府对消防的重视程度不断提高，消防监管体系逐步完善，社会公众 安全意识的提高，为消防行业的发展创造了有利条件，消防产业面临良好的发展机遇。 2.2 NB-IoT 烟感市场前景 NB-IoT技术是未来行业发展趋势，能够与大数据，人工智能并驾齐驱。预计到 2025年， 全球联网的 IoT设备将会增加的 1000亿个，其中， 55%的连接将集中在商业领域，如智慧城市、 智能化生产等，价值在于提升城市运营以及生产效率，创造生产效益。此外 ， 45%的连接应 用在智能家居、车联网、可穿戴设备等面向消费者的领域，将极大 地提升生活品质。 目前具有 NB-IOT通讯技术的感烟探测器在我国安装率普遍低，最新中国人口普查数据显示我国家庭户数高达 4.6亿，人口 13.9亿，然而烟感覆盖率几乎为零，远远低于其他国家设备的安装率。按每个家庭客厅和卧室各安装 1只感烟探测器，烟感需求量将达到 9.2亿。 另外，我国幼儿园、小医院、小商店、小旅馆等九小场所预估 1亿多场所，目前很多场所并未安装感烟探测器。一般估算，每个类别场所安装 200只烟感，预计九小场所烟感市场空间达 1.7亿。 同时，国务院办公厅关于印发国家综合防灾减灾规划（ 2016-2017）的通知，鼓励应用物联网等新技术，提高防火预测及信息获取等能力，初步估算，未来 5年，全国的烟感器安装规模有望达到 7亿。 2.3 运营商推动作用 传统的烟感产品由于没有联网通讯功能，政府消防部门都是直接与传统的烟感设备厂家 采购，运营商参与较少。随着 NB-IoT网络在全国的覆盖，将这种覆盖广、连接多、速率快、 成本低、功耗低、架构优的 NB-IoT技与传统烟感结合，形成新一代的 NB智能烟感产品，可以 实现对智能烟感的状态实时采集、远程复位、消音等功能，将智慧烟感的状态信息进行及时 分析和处理，从而实现更有针对性、科学性的动态管理，提升智慧烟感的管理效率和服务水 平，同时可以将火灾状态第一时间推送至业主等相关人员。 可以预见，未来由运营商主导的 NB智能烟感的推广会成为行业主流，将给消防行业带来新的发展机遇。 3 NB-IoT 烟感解决方案 3.1 方案介绍 NB-loT智慧烟感解决方案是以智能感烟为基础，基于物联网、大数据存储和分 析、云计 算、移动互联网，结合火灾探测报警行业特征，突破传统单一产品的销售模式，拓展全新服务渠道，提供系统化综合报警方案，创造面向未来的智慧烟感业务框架，提供增值服务，创 造更多的社会价值。 烟感检测到烟雾达到报警浓度时，本地将发出声光报警，并通过电话、短信、 APP方式向业主发出远程报警，即使业主不在现场，也可快速、准确收到报警信息。报警信息能显示 报警地址，建筑物名称，报警房间号，报警时间等。精准提醒用户发生火灾场所位置，快速 采取有效灭火措施。业主或居住人确认火灾报警后，系统将自动通知相邻居住人，社区消防 安全员、物业、居委、业主和相关联系人等会也收到相应的提示。 3.2 基本业务功能 （ 1） 烟感探测器功能 NB-IoT烟感的基本业务功能如下： 火警实时上报：烟感检测烟雾浓度超阈值，实时发送警报。应用平台接到警报向居民和 物业手机发送告警通知。当相关人现场确认后，可以进行远程消音操 作，使烟感设备恢复正 常工作状态。 设备告警上报：当终端电池电量较低上报欠压告警。当报警器被物理拆除时上报拆除告 警。便于业主提前维护与及时处理。 防误报能力及自恢复能力：烟感终端要求误报率低，无需运维人员频繁上门确认，降低 运营维护成本。 （ 2） 平台功能 管理平台利用物联网、云计算、大数据等一代信息技术，能够接收到感烟探测器的运行状态和操作信息，实现火警上报和处理，能够对相关的火警信息、地点、时间、频次等进行 多维度的报表呈现，平台可以还原起火点的位置、电话拨打记录、联系人确认情况等信息， 为火灾调查提供严谨的科学依据。同时，平台可以与第三方数据对接，实现数据资源共享。 设备管理：对接入设备实时监控，及时发现设备故障，主动式维护，确保消防设备能稳 定运行。 事件管理：当有报警发生、故障发生时，应用平台对该类事件的响应机制与方法。收到 传感器报警后，平台端同样显示报警时间、报警设备地址、联系人、联系方式、报警点安装 平面图，还可通过现场关联视频进行远程确认。 场所管理：平台端可对监控场所的信息进行实时查看和管理，包括：场所名称、场所位 置、场所电话、负责人等信息，当平台端接收到报警信息，监控中心可快速与负责人确认现 场火灾情况。 人员管理：分级、分权限管理，支持维保单位分级、运营单位分级、上级单位远程监管。 4 业务功能及流程 烟感终端通过 NB-IoT网络与平台交互，实现的功能主要包括： 注册和心跳：烟感终端在 IoT平台 /应用平台注册，平台获知烟感终端 IP地址和状态。烟感终端周期性上报心跳，用于监测终端和网络可用性，也可称为重注册。 火警实时上报：烟感检测烟雾浓度超阈值，实时发送警报。应用平台接到警报向居民和物业手机发送告警通知。 远程消音：经相关人现场查验后，可对烟感发起远程消音操作以结束告警。 设备告警上报：当终端电池电量较低上报欠压告警。当报警器被物理拆除时上报拆除告警。基于告警紧急程度，设备告警可通过周期性消息（心跳）或实时消息上报给应用， 便于业主提前维护与及时处理。 参数远程配置： NB-IoT烟感业务运营方可以对烟感参数远程配置。 4.1 烟感上线 安装工人安装好烟感终端后抽出绝缘条，烟感终端上电自动尝试连接 NB-IoT网络获取终端 IP地址。终端基于已配置的平台 IP地址与平台建立安全连接。终端向平台发送注册请求完成终端注册。 终端建链 建立安全传输通道 终端在平台注册 终端进入 PSM 烟感搜网是连接 NB-IoT网络并获取 IP地址的过程。烟感搜网必须有保护机制避免终端不停搜网电池消耗过快。 通过 AT命令进入搜网过程，理想情况下几秒钟终端可接入 NB-IoT网络。异常情况下如网络质量不好需逐频点搜索，极端情况通信芯片需要 35分钟完成一次搜网流程。终端应启动搜网定时器，定时器超时未成功，则搜网失败。 第一次搜网失败，终端启动重搜网定时器并关机。重搜网定时器可配置，设置为 0表示立即重启后尝试第二次搜网，设置为 2小时或者 24小时，表示终端关机 2小时或 24小时后重 启尝试第二次搜网。重搜网定时器设置时长取决于 NB-IoT网络情况和终端节电综合考虑。 搜网成功终端获得 IP，终端基于预配置的平台 IP地址与平台交互建立安全连接。随即终端完成平台注册表示终端上线成功。 4.2 注册和周期性状态上报 终端上电后完成注册，终端在平台显示为 “ 在线 ” 状态。随后终端启动心跳定时器进行状态周期性上报，维持终端 “ 在线 ” 工作状态，当平台超时没有收到终端心跳，平台认为烟感终端到平台存在故障 （ 可能终端故障也可能通信故障） 。 平台 NB-IoT 网络 烟感终端 获取 IP地址 获取 IP地址 成功获得 IP地址 重启后搜网，或终端关 机再定时启动搜网 5分钟内未成功 通过 AT命令进 入搜网流程 心跳 心跳响应 终端进入 PSM 烟感终端 平台 注册 注册成功 周期状态上报 终端进入 PSM 注册流程 从功耗与网络负荷角度考虑，建议注册和心跳请求小于 150字节，应答小于 50字节。 注册过程： 烟感终端每次重启都向平台发送注册请求，平台收到请求并返回注册成功响应。 注册请求需可靠传送。终端发送注册请求后启动事务定时器，事务定时器超时未收到 注册响应，烟感终端重传注册请求，直到终端收到注册响应或超过最大重传次数而注册失败。基于 NB-IoT网络时延经验，建议事务定时器设置为 15s 60s，重传次数 1 3次，建议均可配。 无论终端是否注册成功，都启动心跳定时器，终端进入 PSM状态。心跳过程： 心跳定时器超时，终端从 PSM态进入连接态并向平台发送心跳。终端心跳过程采用与终 端注册相同的消息和流程。心跳定时器（心跳间隔周期）建议设置大于 12小时。 心跳携带信息内容包括：实时烟雾值、设备状态、 RSRP、 SINR、电池电量等。通过这些信息及时了解终端状态并提供预测性维护能力。