T-GDIOT 003-2024 城域窄带物联感知体系建设导则

ICS35.020CCSI6532GuidelinesForTheConstructionofMetropolitanArea广东省物联网协会发布IT/GDIOT003-2024 2规范性引用文件 3术语与定义 4缩略语 5总体参考架构 6城域物联感知标准体系结构 7城域窄带物联感知应用 8物联感知终端管理 9物联网络设计要求 IIT/GDIOT003-2024本文件依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由广东省物联网协会归口。本导则起草单位：广州技象科技有限公司、海珠区政务服务数据管理局、海珠区数字政府运营中心、智慧城市物联网国家重点实验室（澳门大学）、香港科技大学（广州）、中山大学、华南理工大学、广东省物联网协会、技象科技（南京）有限公司、中电科普天科技股份有限公司、广州智慧城市投资运营有限公司、中国铁塔股份有限公司广东省分公司、科学城（广州）信息科技集团有限公司、广州智投能源科技有限公司。（排名不分先后）主要起草人：郑凛、温文坤、赵桂梅、吴瑶、王开宇、黄津、王惠杰、孔冬冬、张嘉诚、陶勇、张艺辉、马少丹、崔颖、巩紫君、江明、夏明华、曾明、谭可欣、邓启根、吴志斌、陈宁、柳谦、吴华、孙健、曹溪、金伟、张锐群、林海。T/GDIOT003-2024《城域窄带物联感知体系建设导则》(以下简称“导则”)的发布，是在产业数字化转型、国产化 低功耗广域网技术背景下，以满足数字化转型需求为目标，指导城市物联感知基础设施建设规范发展，筑牢城市“数字底座”，支撑打造具有世界影响力的国际数字之都。在标准编制过程中，得到了相关政府部门、科研院所、企业的大力支持和帮助，在此表示感谢。今后将根据技术创新和应用需求发展，不断修改完善。4T/GDIOT003-2024城域窄带物联感知体系建设导则本导则适用于城域窄带物联感知体系建设和运营服务项目。本导则规定了城域物联感知基础设施建设的一般性原则、通用规定、工作内容及相关要求。行业、功能区及其他领域的相关建设可参照适用本导则。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T33745-2017物联网术语GB/T33474-2016物联网参考体系结构GB/T7665-2005传感器通用术语T/CA030-2021科技服务云平台技术规范DB1331/T006-2022雄安新区物联网网络建设导则T/GDIOT005-2022城域窄带物联感知平台软件参考架构T/GDIOT003-2022窄带低功耗物联网网关设备在470MHz-510MHz频段的射频指标与测试指南3术语与定义下列术语和定义适用于本文件。3.1城域metropolitanarea一个城市范围内。[T/GDIOT005-2022,3.1]3.2物联网internetofthings;IoT通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并作出反应的智能服务系统。[GB/T33745-2017，2.1.1]3.3窄带物联网narrowbandinternetofthings;NB-IoT一种基于窄带射频技术的城市区域物联网，网络具有低功耗、广覆盖与广连接等特点。这种技术因为支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据链接，也被称为低功耗广域网。5T/GDIOT003-20243.4云平台cloudplatform能够按需提供具有应用程序部署、管理和运行能力的云计算操作环境。[T/CA030-2021，3.1.2]3.5物联网应用IoTapplication物联网在具体场景中的使用实例，向用户提供物联网服务的集合。[GB/T33745-2017，2.1.6]3.6物联网网关IoTgateway支撑感知控制系统与物联网云平台互联，并实现感知控制域本地管理的实体。[GB/T33474-2016，表2]3.7API网关ApplicationProgrammingInterfacegateway物联网用户或应用访问物联网平台的开放统一接口。3.8规则引擎ruleengine是一种嵌入在应用程序中的组件，使用预定义的语义模块编写业务决策。接受数据输入，解释业务规则，并根据业务规则做出业务决策。3.9传感器sensor能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常有敏感元件和转换元件组成。[GB/T7665-2005，3.3.1]3.10对象object与物联网应用有关的，用户感兴趣的物理实体。[GB/T33745-2017，2.1.4]3.11用户user对物联网服务有需求的实体，是组织成员。[GB/T33745-2017，2.1.7]3.12感知sensing通过感知设备获得对象的信息的过程。[GB/T33745-2017，2.1.8]3.13感知设备sensingdevice能够获取对象信息的设备，并提供接入网络的能力。[GB/T33745-2017，2.1.9][GB/T33474-2016，3.11]6T/GDIOT003-20243.14感知控制系统sensingcontrolsystem通过不同的感知和执行功能单元实现对关联对象的信息采集和控制操作，可实现本地协同信息处理和融合的系统。[GB/T33474-2016，表2]4缩略语API：应用编程接口(ApplicationProgrammingInterface)ESN：设备生产序列号(EquipmentSerialNumber)IMEI：国际移动设备识别码(InternationalMobileEquipmentIdentity)MAC：媒体访问控制地址，它是一个用来确认网络设备位置的位址(MediaAccessControlAddress)WGS84：一种国际上采用的地心坐标系(WorldGeodeticSystem一1984CoordinateSystem)5总体参考架构城域窄带物联感知体系架构如图1所示：图1城域窄带物联感知体系架构7T/GDIOT003-2024图2感知终端的内部芯片组成结构本标准在《城域窄带物联感知平台软件参考架构（T/GDIOT005-2022）》定义的参考架构基础上，进一步细化。城域窄带物联网感知体系总体架构可划分为感知层、网络层、平台层与应用层。在感知层，感知终端内部通过接口5连接传感器上位机和通信模组，实现感传一体；感知终端通过接口1接入物联网网关。在感知层和平台层之间，物联网网关通过接口2把来自感知终端的数据传输给平台层，网络层在此过程中只做数据透传。在平台层，实现设备管理和数据管理，通过接口3和接口4对应用层提供数据共享服务。5.1感知层通过感知层的感知终端对关联的目标对象进行状态感知与数据采集，并通过感知终端中的通信模组（通信单元）把感知数据发送给物联网网关，物联网网关把感知数据传输给网络层。感知终端与物联网网关之间的关系是相互依赖和协作的。感知终端：是物联网系统中直接与物理世界接触的设备，它们负责收集各种环境参数和状态信息。这些终端设备通常包括各种类型的传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器、压力传感器等，它们能够感知和监测周围环境的变化，并将这些信息转换成电信号。物联网网关：是连接感知层和网络层的关键设备，它的作用是将感知终端采集到的数据进行汇总、处理和转发。物联网网关能够有效地管理和调度来自感知终端的数据流。物联网网关还具备安全防护功能，能够对数据进行加密和认证，确保数据收发的安全性和可靠性。5.2网络层网络层主要负责数据的传输和分发。在这一层，物联网网关通过接口2将感知层的数据传输给平台层。网络层的作用是确保数据的快速、准确和安全传输，实现数据的透传，即数据在传输过程中不会被修改或丢失。城域物联网的传输网络通常分为公共网络和专用网络，以满足不同数据安全要求。5.3平台层平台层负责整合来自感知层的数据，并为应用层提供必要的数据服务和支持。平台层主要分为设备管理模块、数据管理模块、安全中心和维护中心。设备管理是平台层的一个重要组成部分，它涉及到物联网设备的整个生命周期管理，包括物联接入、物联存储和物联管理等方面，具体内容如下：a)物联接入：物联接入是指将物联网设备连接到平台层，使其能够开始数据的传输和接收。这一过程包括设备的注册、认证、授权和网络接入等步骤。物联接入的关键在于确保设备的顺利接入，同时保障网络的安全性和稳定性；b)物联存储：物联存储是指将物联网设备的数据存储在平台层的数据库中，侧重于物联网特有的数据特性和需求。物联存储的设计要能够处理大量设备的高频数据写入，并支持快速的数据检索和访问；8T/GDIOT003-2024c)物联管理：物联管理涉及到对物联网设备的日常运维管理，包括设备的监控、配置、维护和升级等。物联管理的目标是确保设备的正常运行和性能优化，及时响应和解决设备可能出现的各种问题。数据管理是平台层的另一个重要组成部分，它负责对收集到的大量数据进行有效的处理和管理，包括数据汇聚、数据存储和数据维护等方面，具体内容如下：a)数据汇聚：数据汇聚是指将来自不同感知终端的数据进行集中处理，以便进行统一的管理和分析。这一过程可能包括数据的清洗、转换和整合等步骤。数据汇聚的目的是提高数据的可用性和一致性，为后续的数据应用打下坚实的基础；b)数据存储：数据存储是指将处理后的数据保存在平台层的存储系统中，侧重于实现物联存储的技术手段和方法。注重数据的存储结构、访问效率和数据的安全性。数据存储的设计要能够支持大数据量的存储需求，并保证数据的持久化和可靠性；c)数据维护：数据维护涉及到对存储在平台层的数据进行维护和优化，包括数据的备份、恢复、清理和安全保护等。数据维护的目标是确保数据的完整性和准确性，防止数据丢失和数据泄露等风险。安全中心主要负责监测、防御和响应各种安全威胁，保护物联网设备和数据不受侵害。通常需要安全检测、安全防护、安全审计等功能模块。运维中心主要负责设备的持续运维管理，确保设备的稳定运行和性能优化。通常需要设备监控、固件升级、备份与恢复、日志收集分析等功能模块。5.4应用层基于平台层提供的数据服务和能力进行应用开发和部署。根据应用不同行业和业务的需求场景，开发出多种窄带物联应用。5.5模块接口城域窄带物联感知总体参考架构中的主要模块之间的接口描述如表1所示。表1城域物联感知平台总体参考架构接口描述接口实体1实体2接口描述本接口是感知控制系统物联网网关与之间的数据交统将感知数据发送至物联网网关，物联网网关向数据，物联网网关与感知控制系统也可以相互传本接口是物联网网关与物联感知平台的数据交互接备的感知数据发送给物联感知平台，物联感知平台本接口是物联网应用与API网关的数据交互接口。物联网应用把业务服务数据请求信息发送给API网关。本接口是规则引擎与物联网应用的数据交互接口。本接口是通信模组与上位机的数据交互接口。上位9T/GDIOT003-20246城域物联感知标准体系结构城域窄带物联感知平台标准体系结构如图3所示。主要从架构、平台的技术要求与对外接口、物联网网关的技术要求与对外接口、通信模组的技术要求与对外接口等方面进行标准规范。图3城域物联感知平台标准体系规划6.1城域窄带物联感知云平台软件参考架构（T/GDIOT005-2022）标准给出城域物联网云平台软件参考架构，主要包括平台设计原则、软件功能参考架构、软件功能描述、扩容软件参考方案等。6.2城域窄带物联感知平台数据汇聚接入标准标准给出针对图1中接口2制定城域窄带物联感知平台数据汇聚接入标准，将异系统的异地、异构数据库中的城域窄带物联感知设备数据、设备状态数据、设备感知数据及事件数据进行汇聚整合，形成更全面的数据资源池来支撑城域物联感知数据的挖掘、分析及共享，以支撑面向多个领域的智能应用服务场景，挖掘感知数据的价值。6.3城域窄带物联感知平台安全中心技术要求标准给出城域物联网云平台的安全中心的技术要求，主要包括物理安全、访问权限控制、网络安全、业务安全、数据安全等。6.4城域窄带物联感知平台监控运维技术要求标准给出城域物联网云平台的监控运维中心的技术要求，主要包括对网关与终端设备的数据与运行状态进行监控、运行与维护等。T/GDIOT003-20246.5城域窄带物联感知平台数据管理标准标准给出针对图1中网络平台层数据管理定制城域窄带物联感知平台数据管理标准，给出了面向城域窄带物联网感知终端设备数据采集、存储、备份、恢复、治理和应用的各项技术要求，使其他系统或部门的异地、异构数据库的数据可以进行汇聚整合，形成更全面的数据库来支撑物联感知数据的挖掘、分析及共享，同时确保数据的完整性和在灾难情况下的可恢复性。6.6城域窄带物联感知平台数据共享标准标准给出针对图1接口3、4制定城域窄带物联感知平台数据共享标准，给出了城域窄带物联感知平台与城域窄带物联网应用之间通过规则引擎、API接口或直接通过物联网网络控制器完成数据交互的要求，规范了业务服务数据请求信息格式以及根据不同终端类型或应用定义相应的推送数据结构，实现对业务数据内容的共享配置和管理，实现数据的对外发布，可供其他系统进行调用及二次开发。6.7窄带低功耗物联网网关设备在470MHz-510MHz频段的射频指标与测试指南（T/GDIOT003-2022）标准给出物联网网关设备的射频指标与测试方法指南。6.8城域窄带物联网网关与城域窄带物联感知平台的接口标准给出物联网网关与城域窄带物联感知平台的数据交互接口。6.9城域窄带物联感知终端数据接入标准标准给出针对图2中接口5制定城域窄带物联感知终端数据接入标准，为应用的城域窄带物联感知终端数据接入提供统一的规范和指导，以确保不同厂商的物联感知设备能成功接入物联感知体系，并实现互操作性和可扩展性。6.10窄带通信模组技术要求标准给出感知控制系统中窄带通信模组的技术要求，主要包括系统设计、功能要求、无线指标与安全要求等。6.11窄带通信模组射频指标与测试指南标准给出感知控制系统中窄带通信模组的发送机的射频指标与测试方法指南。6.12窄带通信模组与上位机的接口标准给出感知控制系统中窄带通信模组与上位机的数据交互接口。7城域窄带物联感知应用感知业务应用可以根据其功能和应用场景的不同进行分类，每个分类可以有许多个细分场景，从城域治理角度出发以六大典型应用领域为例，分别为市政、环保、能源、社区、水务、园林。7.1智慧市政领域窄带物联感知体系在智慧市政领域的主要应用场景包括：路政管理、照明设施、环卫管理、市政井盖、景观管理等智慧市政设施监管场景等。市政领域应用场景与感知设备可参考附录表A.1。T/GDIOT003-20247.2智慧环保领域窄带物联感知体系在智慧环保领域的主要应用场景包含：空气质量感知、噪声扬声感知、水质感知、土壤环境感知等，为业务需求部门提供标准的监测数据和分析报告。环保领域应用场景与感知设备可参考附录表A.2。7.3智慧能源领域窄带物联感知体系在智慧能源领域的主要应用场景包含：供水、供电和供气系统状态感知等，比如对水电气等各类能耗供应数据的统计及分析，辅助实现监控分析、节能增效、以提高能源利用率。能源领域应用场景与感知设备可参考附录表A.3。7.4社区领域窄带物联感知体系在智慧社区领域的应用场景主要包含：远程抄表、二次供水监测、停车服务、智慧消防、路灯管理、高空坠物监测、环境管理等。社区领域应用场景与感知设备可参考附录表A.4。7.5水务领域窄带物联感知体系在智慧水务的主要应用场景包含：河道管理、供水管理、排水管理、防汛抗洪。其中河道管理的子场景包含：河道水位、河道流速、河道漂流物、河道安全、河道水务设施状态；供水管理的子场景包含供水状态、水压感知；排水管理的子场景包含易涝点监测、水质监测；防汛抗洪子场景包含河道状态、堤坝状态等。水务领域应用场景与感知设备可参考附录表A.5。7.6园林领域窄带物联感知体系在智慧园林领域的主要应用场景包括抢险救灾设施、智能灌溉设施、小气象站、景观管理等。园林领域应用场景与感知设备可参考附录表A.6。8物联感知终端管理城域窄带物联感知体系终端基础建设和管理应按统一标准，具体包括但不仅限于：物联感知终端的参数管理、安装调试、运维保障等环节。8.1终端标识终端标识数据主要包括元数据和日志数据等，元数据主要由设备ID、设备类型、安装位置、经纬度等数据组成，作为物联设备的标识。表2物联感知终端标识数据格式序号名称数据类型示例必要性1234T/GDIOT003-2024567898.2终端位置信息终端的位置信息应遵循室内室外统筹、经纬度和门牌号兼顾的原则。室内位置应包含区+街镇+社区(楼宇、单位)+居委+道路+弄号+小区+门栋号+楼层+室号+位置等具体参数，并具备相应的经纬度信息(宜采用WGS-84坐标系，精度至少保持小数点后6位）。表3室内安装示例**市+**区+**街道+**社区+**路**号+室外位置应在市、区、街镇、社区(楼宇、单位)基础上以居委、道路、河道、门牌等信息为参照，使用方位、距离等方式描述，并具备相应的经纬度信息，精度至少保持小数点后6位。表4室外安装示例T/GDIOT003-20248.3终端编码物联感知终端安装后，应按本导则要求，在服务平台生成终端编码，终端编码格式应至少包括：设备名称ID、设备型号、ESN码、设备类型、生产日期、生产批次、设备制造商、终端编码版本号、所属信息、自定义字段等，字节数宜不大于128位。终端编码应具有唯一性，宜采用二维码、NFC等方式。终端编码应符合国家有关法律法规及标准规范的要求，具有扩展性、规范性、开放性、兼容性和安全性，具体可参考表5。表5终端编码示例部分定义示例/说明字节数必要性@@+V1.0.1+abcdef12345Y-GD-H605+8637030318+WXYGNB950+2018-03-288生产日期;88字段分隔符“+”1T/GDIOT003-20248.4运行参数运行参数应包括阙值定义、日常运行数据(变化数据)、终端维护日志等物联感知终端阈值应按照不同的应用场景进行定义，建立规范的阈值标准体系。日常运行数据宜包括终端类型、终端位置、应用场景、工作时段、终端状态、监测值、传输时间、软件版本、电池电量等不同字段。终端维护日志宜包括日志时间、日志事件、维护人员、维护内容、维护结果等内容。8.5终端安装调试物联感知终端安装调试前应按场景建立相关的工程实施规范，确保安装牢固安全、美观。物联感知终端安装调试时，应在服务平台进行二次编码。二次编码内容包括：位置信息、终端编码、传输方式、版本号、集成商、投入使用时间、安装人员项目名称等信息。8.6终端运维保障物联感知终端的运维保障包括日常维护、定期维护和突发性维护。日常维护是指通过心跳包、自检指令、设备日志等方式对终端的电池电量、工作状态、传输质量等进行监控管理。定期维护是指定期对终端进行的巡检、预修、检测、清洁、电池更换等工作，包括终端的软件升级以适应新的安全威胁和功能需求(包括但不限于OTA等方式)。突发性维护是指终端发生非正常拆除、掉线、故障时进行的应急响应处置。物联感知终端的运维保障应建立准确、完备的终端维护日志，并具备统计查询、远程管理等功能。9物联网络设计要求针对城域窄带物联网的特点，设计时应满足以下要求：a)以窄带物联网作为城域窄带物联网网络的主要承载网络，应重点实现广度覆盖及局部深度覆盖，确保满足感知终端泛在接入和终端移动性等功能需求；b)无线网络应根据应用影响选择可行的无线通信技术，技术体制应具有延续性和扩展性，应优先选择标准技术，可综合业务带宽需求、终端分布密度、频率资源、设备功耗及设备经济性等因素选择相应通信技术；c)无线网络规划设计应明确承载业务类型、规模、目标覆盖区、容量及性能指标；d)需求预测应参考不同场景和类型的感知回传需求，根据业务类型、时延要求、终端数量、并发数量等数据，进行业务的分类、预测、统计；e)无线网络设计应满足智能感知体系的网络安全性、可靠性、实时性和承载能力的要求；f)为保证覆盖目标，在规划阶段，考虑无线网基站的数量冗余应适当预留，预留系数建议为g)业务容量需求应适度预留未来物联感知业务的发展，冗余系数可设置为20%~30%；h)无线网络覆盖系统应综合考虑室内外、地上地下等综合覆盖，应满足使用的各通信技术频段要求和指标要求，并保证各通信网络间互不干扰，具体指标需满足相应通信网络工程设计规范；i)网络设计中应根据覆盖要求，结合依据基站的高度、感知终端的位置、网络的类型及性能需求进行覆盖仿真和业务评估，确定基站选址、设计；T/GDIOT003-2024j)私有网络回传可根据场景特点、基础网络部署情况就近接入边缘计算节点，或通过公网无线回传至相应平台；k)应根据覆盖应与城市市政设施充分融合要求，合理选择无线基站安装位置、安装高度等，避免过度覆盖和电磁干扰。9.1网络空间规划原则城域窄带物联网基站网关规划应符合城市国土空间规划，在规划期内满足物联网网络业务发展需求，合理布局网络站址，实现城域窄带物联网应用场景全覆盖。城域窄带物联网基站作为城市公共基础设施，应纳入城市建设统一管理，应按《广东省建筑物移动通信基础设施技术规范》的要求为基站建设预留所需资源，其站址建设应与水、电、气等市政配套设施相关规划相协调，统一规划，统一建设，统一竣工验收。城域窄带物联网基站网关布局规划应从网络的广度与深度进行统筹规划。在网络广度方面，网络部署应与城市建设相匹配；在网络深度方面，基站布局规划应考虑城市环境对无线信号的阻挡，充分利用室外物联网基站，满足区域连续有效深度覆盖需求。9.2网络设施站点建设原则站址选择主要是为基站选择一个最佳安装位置，在选址时，既要考虑覆盖要求，也要考虑与其他如基站、电台等的干扰。选择的站址应满足下列原则的要求：a)站址拓扑结构尽量符合规划半径站间距要求，避免重叠覆盖或覆盖空洞；b)实际站址与规划站址的距离不应超过小区半径的四分之一，在高业务终端密度区，该距离应该更小；c)站点分布对应于业务终端分布。业务终端安装密度依照城市人口建筑区域分布情况一般分为密集市区分布、一般市区分布、重点发展区和郊区分布，根据无线链路预算，基站覆盖半径一般选定为400-500米、500-700米、700-1300米，网关覆盖半径一般选定为200-400米；d)基站天线挂高超出周围建筑平均高度。为降低信号在传播路径上的传输损耗，基站挂高一般要求比周围建筑物平均高度高。根据站址所在区域分类和相应的覆盖要求，基站挂高超出周围建筑物高度的建议值如表6所示：表6基站天线挂高>10e)避免基站附近有高大建筑阻挡情况；f)基站附近有高大建筑物阻挡，会造成信号反射，对其他站点产生比较大的干扰，较高的站点还会造成反方向的孤岛效应，而主覆盖区域由于阻挡导致信号较弱；g)避免周边存在470-510MHz大功率干扰设备的位置；h)470-510MHz大功率干扰设备周边底噪较高，且频率相近的微波设备会产生互调干扰，造成业务质量差的问题；T/GDIOT003-2024i)为了避免水面反射造成的越区覆盖及树林中密集的树叶造成的多径衰落，站点建设应尽量远离湖泊、河流、树林等场景，或将站点基站设置为背对湖泊、河流、树林等场景；j)结合地形、建筑分布、站高、终端分布情况，