氦氪科技 IoTOS 快速接入 NB-IoT 设备系列 1

从这一期开始我们将通过 3 篇文章介绍 IoTOS 集成 NB-IoT 类设备的能力及方法。

概述

设备联网是物联网应用的基础环节，设备联网的方式繁杂多样，总体上分为有线方式和无线方式。

常见的有线方式包括：

• RJ45
• RS232
• RS485
• ……

常见的无线方式包括：

• Wi-Fi
• 2/3/4/5G
• NB-IoT
• LoRa
• ……

无线方式和有线方式各有优劣，也各有适用场景。但随着网络基础设施建设的快速发展和应用场景的丰富，无线方式越来越被企业所重视和青睐。近几年国家在大力推广 NB-IoT，上下游产业链日渐成形。在我们接触的项目中，尤其是智慧园区、智慧城市类项目中，基本都会涉及到 NB-IoT 类设备。

从这一期开始我们将通过 3 篇文章介绍 IoTOS 集成 NB-IoT 类设备的能力及方法。

NB-IoT 介绍

NB-IoT 是什么？

NB-IoT，是一种利用移动基站进行通信的窄带低功耗广域网络技术，它使用了授权的频段，可直接部署于现有的移动通信网络上，需要运营商提供服务和支持。

NB-IoT 技术可以理解为是 LTE 技术的“简化版”，NB-IoT 网络是基于现有 LTE 网络进行改造得来的。

LTE 网络为“人”服务，为手机服务，为消费互联网服务；而 NB-IoT 网络为“物”服务，为物联网终端服务，为产业互联网服务。

NB-IoT使用 License 频段，可直接部署于 GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络，与现有网络共存，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT 特点

低功耗

低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合。NB-IoT 聚焦小数据量、小速率应用，因此 NB-IoT 设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

广覆盖

NB-IoT 室内覆盖能力强，比 LTE 提升 20dB 增益，相当于提升了 100 倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

大连接

在同一基站的情况下，NB-IoT 可以比现有无线技术提供 50~100 倍的接入数。一个扇区能够支持 10 万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。在一个不太大的空间，放置更多设备而互相又不会有干扰，NB-IoT 足以轻松满足未来智慧家庭和智慧城市中大量设备联网需求。

低成本

低成本包括两个层面：

• 运营商层面 — NB-IoT 是基于 LTE 网络的技术，所以在现网 LTE 网络的基础上进行改造，就可以很快组网，很快扩大覆盖。目前各大运营商仍在大力推动 LTE 网络建设，也有利于 NB-IoT 的覆盖改善。
• 企业层面 — 在企业设备应用层面主要关注 NB-IoT 模组的成本，NB-IoT 模组价格已经与 2G 模组相当，随着芯片出货量的增加以及生态的成熟，NB-IoT 模组售价有望继续降低。

NB-IoT 使用场景

NB-IoT 的应用场景与它的特点紧密相关，NB-IoT 针对的是低功耗的、广域范围的、传输数据量小且数据更新频率不高的物联网设备。

具体使用场景，例如：

• 水电气表的远程抄表
• 智慧消防中智能烟感
• 智慧城市中的窨井盖、垃圾桶、路灯、停车等
• 智能家居中的智能门锁
• 共享经济中的共享单车
• 智慧物流中的集装箱
• 智慧环保中的各种传感器
• ……

NB-IoT 应用中常用的交互协议

NB-IoT 类设备与应用对接常用 3 种方式及交互协议，包括：

1. 设备先连接到运营商平台，再使用 HTTP(s) 交互协议转发给应用后端
2. 设备直接连接应用后端，使用 CoAP(s) 交互协议
3. 设备直接连接应用后端，使用 LwM2M(s) 交互协议

CoAP、LwM2M、HTTP 在协议栈中所处位置如下图所示，均处于应用层。

本文将先针对第一种情况进行说明，后续两篇将针对情况 2 和 3 说明。

IoTOS 接入 NB-IoT 设备

正如前文所说，第一种情况的设备总体接入架构如下图：

总体流程

下文将以使用中国电信网络的 NB-IoT 烟感为例说明 NB-IoT 独立设备接入 IoTOS 的流程。

1. 在 IoTOS 上创建烟感产品
2. 在中国电信天翼物联网平台配置应用订阅
3. 在 IoTOS 上添加运营商信息
4. 在 IoTOS 上导入或自定义烟感物模型
5. 在 IoTOS 上导入设备认证信息
6. 在 IoTOS 上编写数据解析插件
7. 在 IoTOS 上进行虚拟调试及真实设备联调

（1）在 IoTOS 上创建烟感产品

登录 IoTOS 后点击产品中心菜单下的产品开发页面，输入产品信息，如下图：

点击 创建 按钮，完成产品基本信息创建。

注意：
1. 本文因针对第一种情况进行说明，因此交互协议必须选择“运营商转发”。
2. 如果数据格式选择 “KLink” ，则参数和命令必须和电信平台定义的 Profile 完全对应，原理上等价于将电信平台的物模型迁移到 IoTOS 上；如果数据格式选择“自定义”，IoTOS 将开启“数据解析”功能，此时则参数和命令可导入 IoTOS 内置烟感物模型或完全自定义，用户编写数据解析插件可完成两个平台物模型的转换

创建完的产品信息，如下图：

（2）在中国电信天翼物联网平台配置应用订阅

登录运营商平台，进入 应用 - 订阅调试 页面，根据应用数据需要创建应用订阅。
IoTOS 支持三种类型的信息推送：

• 添加新设备
• 设备信息变化
• 设备数据变化

订阅地址设置结果，如下图：

订阅地址格式: http://{运营商推送数据接收地址}/api/v1/telecom/{推送类型}/{pk}
其中推送类型为:
    添加新设备 - deviceAdded
    设备信息变化 - deviceInfoChanged
    设备数据变化 - deviceDataChanged

订阅地址数据来源：
登录 IoTOS 平台，进入 产品中心 - 产品开发 页面，选择产品进入 产品概览 页面，如下图：

（3）在 IoTOS 上添加运营商信息

登录 IoTOS 平台，进入 产品中心 - 产品开发 页面，选择产品进入 产品概览 页面，点击 编辑运营商配置信息，进行运营商信息配置，如下图：

数据来源：
登录运营商平台，进入 应用 - 对接信息 页面，获取 应用ID、运营商平台IP、运营商平台端口 信息，如下图：

登录运营商平台，进入 产品 - 产品开发 页面，获取 运营商产品ID、运营商产品厂家ID、运营商产品厂家名称、运营商设备类型、运营商产品型号、运营商通信协议 信息，如下图：

（4）在 IoTOS 上导入或自定义烟感物模型

在产品开发页面，点击 功能定义，点击 导入标准功能定义 按钮，IoTOS 预先定义了丰富的物模型方便用户定义产品功能，如下图：

如果预定义物模型功能不能满足产品需求，可以通过修改、删除和新增自定义相关功能，如下图：

（5）在 IoTOS 上导入设备认证信息

IoTOS 平台已经集成电信平台和移动平台的设备数据导入功能，设备添加到 IoTOS 平台会自动同步到电信和移动平台。

登录 IoTOS 平台，进入 产品中心 - 设备管理 页面，点击 创建设备 按钮，如下图：

设备在 IoTOS 平台添加完成后，登录运营商平台，进入 产品 - 设备管理 页面，设备已自动添加到设备列表中，如下图：

由于运营商平台限制，暂时不支持批量导入和自动生成。

（6）在 IoTOS 上编写数据解析插件

针对数据传输格式为自定义格式的产品，数据解析插件主要作用将上行的原数据转换成物联网平台定义的标准格式（KLink JSON），同时将下行的标准格式（KLink JSON）数据解析为设备自定义数据格式。

登录 IoTOS 平台后，进入 产品开发 页面，选择要添加数据解析脚本的产品，点击 数据解析 标签。如下图，提供了编辑脚本的输入框，以及模拟数据输入框。

（7）在 IoTOS 上进行虚拟调试及真实设备联调

产品、设备都创建好后，可通过平台提供的模拟工具进行设备调试，测试上下行通信数据，确定产品、协议、解析脚本功能是否正确完整。

登录 IoTOS 平台后，进入 产品开发 页面，选择要进行调试的产品，点击 在线调试 标签。如下图：

虚拟设备调试步骤：

1. 点击“下载设备模拟器”，下载设备模拟器;
2. 根据产品交互协议，在模拟器中选择要模拟的设备类型；
3. 根据模拟器操作说明，填写好设备信息，连接服务；
4. 在“在线调试”页面，选择虚拟设备；
5. 在应用模拟器中选择要下发的命令，填写参数值；
6. 点击“立即发送”，进行下行通信测试；
7. 在消息跟踪中查看下行数据是否正确；
8. 在设备模拟器的上报数据区域，添加上报数据，并点击发送，进行上行通信测试；
9. 在消息跟踪中查看上下行数据是否正确。

真实设备调试步骤：

1. 在“在线调试”页面，选择在线的真实设备;
2. 在应用模拟器中选择要下发的命令，填写参数值；
3. 点击“立即发送”，进行下行通信测试；
4. 在消息跟踪中查看下行数据是否正确；
5. 操作设备使设备上报数据，进行上行通信测试；
6. 在消息跟踪中查看上下行数据是否正确。

电信平台和 IoTOS 数据交互

设备数据交互有两个方向：   
数据上报：对于设备数据上报在电信运营商平台设置应用订阅后，运营商平台可以推送设备数据到 IoTOS平台
数据下发：设备控制命令下发在 IoTOS 平台配置运营商信息后，命令数据可以下发到电信运营商平台

总结

至此，NB-IoT 设备通过电信平台接入到氦氪 IoTOS 平台的工作已经完成。

运营商平台的优劣：

优势：   
    • NB-IoT 海量接入、高并发、低功耗价值实现，支持规模化运营   
    • 多设备集成、统一开发接口，软硬解耦开放生态   
    • 平台为核心端管云协同，安全，数据隐私策略客户自由定义   
    • 减小生产流程改造，即插即用的设备安装，端到端协同运维   
    • 一站式提供商业级物联网使能组件，开箱即用   
劣势：   
    各运营商平台相对独立，由于各个地区的NB网络发展不均衡，客户不可避免会有接入多个运营商网络的需求。设备接入后的运营管理需要在多个平台进行，而且各个平台的功能也有一定的差异性，提高了客户运营管理的难度和复杂性。同时对于跨区域项目做设备集成统一管控的难度和成本也急剧增加。

对于运营商平台的劣势可以通过 IoTOS 平台得到弥补，IoTOS 平台能对接各运营商的设备以及其他平台的设备，达到数据统一、标准规范、系统集成、便捷管理的目的。降低客户运营成本，提高运营效率。

同时 IoTOS 平台也支持 NB-IoT 设备的直接接入，后面两期将为大家介绍 NB-IoT 设备直接通过 CoAP 和 LwM2M 协议对接到平台，提高客户对设备的自主可控，以及更方便的满足各种个性化功能需求。

附录

中国电信天翼物联网平台友情链接

• 测试开发者平台 — 用于调试设备及编写profile/编解码插件等
• 测试 sp 平台 — 主要用于管理设备、查看设备运行状态
• 商用 sp 平台 — 产品正式商用时，需要将设备信息从测试 sp 平台转移到商用 sp 平台上来，否则可能会有如设备数量接入限制等若干问题
• 电信平台开发文档

IoTOS 操作流程图

IoTOS 平台文档

https://hy.hekr.me/iot-docs-test/web/index.html