一、概述

在畜牧業有一句行話：有奶沒奶在于配，奶多奶少在于喂。要實現奶牛及時的配種，及時準確地檢測出奶牛發情期至關重要。而傳統奶牛發情監測效率低下，原因有很多種，如：65%左右的奶牛會在晚上9點到第二天凌晨4點發情； 奶牛發情表現規律不容易被發現； 配種時間不固定不易掌握； 高產奶牛發情持續時間短不易發現等。因此，奶牛的發情檢出率低會大大降低牛場產奶量，必須要做到奶牛一發情，老板就知情。

目前，業內奶牛發情監測系統大多基于近距離通信。此類系統需要在牧場架設基站，覆蓋差，價格高，不能及時準確地上報奶牛發情數據。 因此，急需支持大連接、廣覆蓋、低功耗、性能穩定，性價比高的網絡，從而實現現代化的奶牛發情監測。NB-IoT技術很好地滿足了這一需求。

二、系統特點

NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網(LPWA)。NBIOT具有以下優勢：

1.海量連接：每區可達10萬連接；NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無線技術提供50~100倍的接入數。

2.超低功耗：電池壽命長達十年；

低功耗特性是物聯網應用一項重要指標，特別對于一些不能經常更換電池的設備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區中的各類傳感監測設備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是基本的需求。在電池技術無法取得突破的前提下，只能通過降低設備功耗以延長電池供電時間。通信設備消耗的能量往往與數據量或速率相關，即單位時間內發出數據包的大小決定了功耗的大小。數據量小，設備的調制解調器和功放就可以調到非常小的水平。NB-IoT聚焦小數據量、 小速率應用，因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小，可以保障電池5年以上的使用壽命。

3．深度覆蓋：能實現比GSM高20db的覆蓋增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當于發射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。

4．安全性：繼承4G網絡安全能力，支持雙向鑒權以及空口嚴格加密，確保用戶數據的安全性。

5．穩定可靠：能提供電信級的可靠 性接入，有效支撐 IoT 應用和智慧城市解決方案。

NB-IoT直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，即可與現有網絡基站復用以降低部署成本、實現平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不占用現有網絡的語音和數據帶寬，保證傳統業務和未來物聯網業務可同時穩定、可靠的進行。以智能抄表應用為例，與采用有線PLC抄表數據回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保證數據成功回收率達高，可靠性大大提高。

6. 低成本

低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優勢。速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低;低功耗，意味著RF設計要求低，小PA就能實現;因為低帶寬，就不要復雜的均衡算法。這些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相關，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

可用于奶牛佩戴的集成了NB-IoT終端的奶牛管理系統具有以下特點：

?NB-IoT技術可支持5年終端電池功耗、覆蓋可達5公里、支持大容量終端同時上報數據，并且可在室外嚴酷環境下工作，很好的滿足了客戶需求，統一了此前存在的各種近距離通信技術。

?基于NB-IoT芯片開發的奶牛專用信息采集終端，即戴即用，奶農無需自建網絡，加速了牛聯網的推廣。

?由于采用了基于NB-IoT的牛聯網項目，奶牛發情檢測成功率大大提高，增加了奶牛場收入。

三、系統組成

本系統主要有監控管理軟件、奶牛佩戴的NB-IoT項圈構成。

1、NB-IoT項圈

每一頭奶牛佩戴一個NB-IoT項圈，這個項圈集成了NB-IoT無線通訊模組，實現奶牛相關數據檢測，主要完成數據的采集和處理、控制輸出和進行數據通信、報警、接收遠程命令、開關等功能。

2、數據監控中心

監控中心由監控主機、人機接口、相關外設及與無線數據通信網接口等部分組成。對各遠端監控點采用輪詢或并行詢問方式，完成監測、控制、采集、預警等多重任務。

監控系統軟件是集奶牛的監控、數據采集、數據處理與一體，并通過群控或組控實現對不同的監控終端進行控制的系統軟件。具有數據存儲、數據采集、報警處理、報表打印、圖形人機界面、系統安全性控制、自動巡測終端、報警及多種時間表等眾多功能。

四、可靠性

本系統需要較高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心通過公網使用https接入物聯網平臺，從認證到數據傳送整個過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

五、總結

采用了基于NB-IoT的奶牛管理系統，預計可以將奶牛發情檢測成功率從75%提高到95%。按每頭牛每天單產30公斤，每公斤3.6元，情期21天計算，少漏配一個情期，每頭牛可增加收入2268元。