一种基于NB-IoT的配网通讯系统的制作方法

一种基于nb
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iot的配网通讯系统
技术领域
1.本发明属于配网设备技术领域，具体涉及一种基于nb
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iot的配网通讯系统。


背景技术：

2.目前，配网设备智能化发展的主要方式是配电自动化，目前的配电自动化主要是对电气量的监测，对其他重要的运行信息，如电缆头温度、环网柜温湿度、局放等指标尚未纳入监测范围。更重要的是，配电自动化建设需对一次设备进行改造，单台设备投资大，配网设备规模庞大，要全部进行配电自动化改造是不现实的。基于物联网技术的配网设备智能巡检的核心思想是通过少量的投入对设备进行智能化改造，实现设备智能巡检，减少巡检的人工成本，缩短巡检工作的时间，大力提升巡检效率，这是配网智能化发展的一个创新。
3.针对配网系统的环网柜、配电柜、地下电缆接头、配变、断路器，杆塔、电缆井盖等各类电力设施的运行环境及温度、湿度，在运行中出现的水浸、烟雾、移位、入侵等状态，在运行中无法全面及时掌握，现有监测技术存在需安装专用仪表及监测终端及专用现场电源系统，投资大，安装困难，通讯组网困难或成本过高，通讯可靠性不好，施工改造困难，由于配网设备所处的环境较为偏远地区，将监测设备的数据上传至远程控制中心时，一般通过有线或无线的方式实现，采用有线时需要架设电缆线，比如光纤，施工改造困难；采用无线时，比如wifi，其功耗较大、信号不稳定等，难以构成经济的全网域的实时监测管理系统；由于有些偏远区域无法进行大面积的网络覆盖，使得通讯效率大大降低，导致工作人员不能够及时发现配网设备所存在的问题，同时也会给工人员带来了较多的工作量，甚至存在人身安全风险等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于nb
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iot的配网通讯系统，旨在解决现有技术中的有些偏远区域无法进行大面积的网络覆盖，使得通讯效率大大降低，导致工作人员不能够及时发现配网设备所存在的问题，同时也会给工人员带来了较多的工作量，甚至存在人身安全风险的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种基于nb
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iot的配网通讯系统，包括应用层、基础设施层、传输层和感知层；
7.所述应用层内设置有设备运行管理云平台，所述设备运行管理云平台用于实现实时监测、远程控制、智能维护；
8.所述基础设施层内设置有应用服务器集群、网关服务器集群和数据中心模块，所述应用服务器集群与设备运行管理云平台的输出端之间信号连接，所述应用服务器集群与网关服务器集群的输出端之间信号连接，所述应用服务器集群与数据中心模块的输出端之间信号连接，所述应用服务器集群和网关服务器集群用于提供虚拟化环境以及为公网带宽搭建软件运行平台，所述数据中心模块用以实现数据存储；
9.所述传输层内设置有rfid/nb通信模块、lora/nb通信模块、lora中继器、rf无线传输模块和无线485连接器，所述rfid/nb通信模块对接rf无线传输模块，并通过nb
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iot传输模块实现数据上报；所述lora/nb通信模块对接lora中继器，并通过nb
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iot传输模块实现数据上报；所述rf无线传输模块实现数据的中转以及传输，所述rf无线传输模块与无线485连接器和lora中继器的输出端之间分别信号连续，所述lora中继器对接rf无线传输模块以实现数据中转；所述无线485连接器连接感知层内的设备，将数据通过rf无线传输模块转换入网；
10.所述感知层内设置有传感器，所述传感器用于检测运行环境，并将数据传输通过无线485连接器传输至rf无线传输模块。
11.作为本发明一种优选的方案，还包括rfid自组网无线网络机构，所述rfid自组网无线网络机构与rfid/nb通信模块的输出端之间信号连接，所述rfid自组网无线网络机构采用如下的组网方式：
12.采用rf/nb通信终端对接rf无线传输模块以实现终端数据汇集，终端数据汇集后，由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群内。
13.作为本发明一种优选的方案，还包括lora自组网无线网络机构，所述lora自组网无线网络机构与lora/nb通信模块的输出端之间信号连接，所述lora自组网无线网络机构采用如下的组网方式：
14.采用lora中继器对接rf无线传输模块进行终端数据汇集，终端数据汇集后，通过lora传输模块转发数据到远端的lora/nb通信终端，最终由nb通信终端、nb
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iot传输模块接入运营商网络，将数据上报至网关服务器集群。
15.作为本发明一种优选的方案，所述传感器内设置有环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器，所述环境温湿度传感器实现室外光照度数据和温湿度数据的采集；所述位移传感器用于测量位置变化状态，并将数据采集；所述水浸传感器用于测量水浸程度并将数据采集。
16.作为本发明一种优选的方案，所述环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器安装在高层且日照充足的位置；所述环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器通过无线485连接器与lora中继器之间信号连接以实现网络通信。
17.作为本发明一种优选的方案，所述传感器内环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器均通过无线485连接器连接rf无线传输模块，所述传感器设有多组，并采用一对多的方式接入rfid自组网无线网络机构或lora自组网无线网络机构，实现近距离连接。
18.作为本发明一种优选的方案，所述rfid自组网无线网络机构采用工业无线自组网协议。
19.作为本发明一种优选的方案，所述设备运行管理云平台基于b/s架构并支持pc端和手机wap。
20.作为本发明一种优选的方案，包括底座，所述底座的上端开凿有多个均匀分布的安装槽，多个所述安装槽内均设置有服务器主体，多个所述服务器主体的相邻端之间均设置有降温机构；
21.每组所述降温机构均包括干冰存储箱、plc控制器、进料口、气泵、连接管、喷头和
电磁阀，所述连接管、喷头和电磁阀均设有两个，所述干冰存储箱固定于底座的上端，所述plc控制器固定安装于干冰存储箱的前端，两个所述连接管均固定于干冰存储箱的上端并与干冰存储箱的内部之间连通，两个所述喷头分别与两个连接管的另一端之间固定，所述气泵固定于两个连接管的圆周表面，且气泵的下端与干冰存储箱的上端之间固定，两个所述电磁阀分别固定于两个喷头的圆周表面，多个所述服务器主体内均安装有温度传感器，所述plc控制器与气泵、两个电磁阀以及多个温度传感器之间均信号连接，所述进料口固定安装于干冰存储箱的前端上部。
22.作为本发明一种优选的方案，两个所述喷头喷出的一端分别与其相邻的服务器主体之间相对应，多个所述服务器主体的左右两端均开设有多个均匀分布的散热孔。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.本方案中通过在现有的频段和基站资源中来部署nb
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iot网络，实现广覆盖和深度覆盖的目标，然后通过组件rfid自组网无线网络机构和lora自组网无线网络机构，在nb
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iot网络能够覆盖的区域，采用rf/nb通信终端直接对接rf无线传输模块，进行终端数据汇集后，由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，通过环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器采集环境温湿度、位移距离和水浸深度的数据，通过与无线485连接器连接后，将数据通过rf无线传输模块传输至rf通信终端，由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群内，然后将数据传输至应用服务器集群内，并将其发送至数据中心模块内并存储，或通过设备运行管理云平台将其发送至pc端和手机wap；在nb
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iot无法覆盖的区域时，采用lora中继器对接rf无线传输模块，通过环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器采集环境温湿度、位移距离和水浸深度的数据，通过与无线485连接器连接后，将数据通过rf无线传输模块传输至lora中继器，进行终端数据汇集后，lora中继器通过lora远程传输技术转发数据到远端的lora/nb通信模块，最后由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群内，然后将数据传输至应用服务器集群内，并将其发送至数据中心模块内并存储，或通过设备运行管理云平台将其发送至pc端和手机wap，本系统使得有些偏远区域无法进行大面积的网络覆盖，通过部署nb
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iot网络，使得通讯效率大大调高，监测数据能够实时上传，构成经济的全网域的实时监测管理系统，使得工作人员能够及时发现配网设备所存在的问题，减少了工作人员巡检的工作量，大大增加了工作人员的安全性。
附图说明
25.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
26.图1为本发明一种基于nb
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iot的配网通讯系统的功能框图；
27.图2为本发明一种基于nb
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iot的配网通讯系统的流程框图；
28.图3为本发明一种基于nb
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iot的配网通讯系统的rfid自组网无线网络机构处的流程框图；
29.图4为本发明一种基于nb
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iot的配网通讯系统的lora自组网无线网络机构处的流程框图；
30.图5为本发明一种基于nb
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iot的配网通讯系统中传感器处的功能框图；
31.图6为本发明一种基于nb
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iot的配网通讯设备的立体图。
32.图中：1、底座；2、安装槽；3、服务器主体；4、干冰存储箱；5、plc控制器；6、进料口；7、气泵；8、连接管；9、喷头；10、电磁阀。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例1
35.请参阅图1
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5，本发明提供以下技术方案：
36.一种基于nb
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iot的配网通讯系统，其特征在于：包括应用层、基础设施层、传输层和感知层；
37.应用层内设置有设备运行管理云平台，设备运行管理云平台用于实现实时监测、远程控制、智能维护；
38.本实施例中，设备运行管理云平台用于设备管理员和运维人员实时观察传感器传输的数据，基于b/s架构，且支持发送至pc端和手机wap，当发现问题时能够及时进行智能维或者发出报警，避免了工作人员需要去巡检的过程，大大增加了工作人员的安全性；
39.基础设施层内设置有应用服务器集群、网关服务器集群和数据中心模块，应用服务器集群与设备运行管理云平台的输出端之间信号连接，应用服务器集群与网关服务器集群的输出端之间信号连接，应用服务器集群与数据中心模块的输出端之间信号连接，应用服务器集群和网关服务器集群用于提供虚拟化环境以及为公网带宽搭建软件运行平台，数据中心模块用以实现数据存储；
40.本实施例中，基础设施层主要基于云服务器提供的虚拟化环境和公网带宽搭建软件运行平台，前期使用前置应用服务器集群 网关服务器集群相结合的模式，后期随着设备数量增多可实现按需扩容；
41.传输层内设置有rfid/nb通信模块、lora/nb通信模块、lora中继器、rf无线传输模块和无线485连接器，rfid/nb通信模块对接rf无线传输模块，并通过nb
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iot传输模块实现数据上报；lora/nb通信模块对接lora中继器，并通过nb
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iot传输模块实现数据上报；rf无线传输模块实现数据的中转以及传输，rf无线传输模块与无线485连接器和lora中继器的输出端之间分别信号连续，lora中继器对接rf无线传输模块以实现数据中转；无线485连接器连接感知层内的设备，将数据通过rf无线传输模块转换入网；
42.本实施例中，通过设有的多个rfid/nb通信模块和lora/nb通信模块，使得感知层将数据采集后，rf无线传输模块将数据传输至rfid/nb通信模块或者lora/nb通信模块内，然后通过nb
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iot传输模块将数据发送至网关服务器集群，在nb
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iot网络能够覆盖的区域，采用rf/nb通信终端直接对接rf无线传输模块，进行终端数据汇集后，由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，通过环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器采集环境温湿度、位移距离和水浸深度的数据，通过与无线485连接器连接后，将数据通过rf无线传输模块传输至rf通信终端，由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，从而
实现数据上报至网关服务器集群内，然后将数据传输至应用服务器集群内，并将其发送至数据中心模块内并存储，或通过设备运行管理云平台将其发送至pc端和手机wap；在nb
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iot无法覆盖的区域时，采用lora中继器对接rf无线传输模块，通过环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器采集环境温湿度、位移距离和水浸深度的数据，通过与无线485连接器连接后，将数据通过rf无线传输模块传输至lora中继器，进行终端数据汇集后，lora中继器通过lora远程传输技术转发数据到远端的lora/nb通信模块，最后由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群内，然后将数据传输至应用服务器集群内，并将其发送至数据中心模块内并存储，或通过设备运行管理云平台将其发送至pc端和手机wap；
43.感知层内设置有传感器，传感器用于检测运行环境，并将数据传输通过无线485连接器传输至rf无线传输模块，传感器内设置有环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器，环境温湿度传感器实现室外光照度数据和温湿度数据的采集；位移传感器用于测量位置变化状态，并将数据采集；水浸传感器用于测量水浸程度并将数据采集；
44.本实施例中，通过环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器分别将相对应的数据采集后，通过与无线485连接器的接口处电性连接，将数据传输至无线485连接器内，无线485连接器将数据传输至rf无线传输模块内，当rf无线传输模块位于nb
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iot网络能够覆盖的区域时，直接将数据传输rfid/nb通信模块；当rf无线传输模块位于nb
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iot网络无法覆盖的区域时，此时rf无线传输模块将数据传输至lora中继器，通过lora传输模块将数据传输至lora/nb通信模块内；最终均通过nb通信终端基于nb
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iot传输模块将数据传输至网关服务器集群，使得工作人员无需进行巡检，通过环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器能够查看实时监测数据，使得通讯效率更高。
45.优选的，在环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器安装时，选择安装在高楼层且日照充足的位置，并注意做好防水，防止水进入传感器内部损坏其中环境温湿度传感器和位移传感器。
46.具体的，还包括rfid自组网无线网络机构，rfid自组网无线网络机构与rfid/nb通信模块的输出端之间信号连接，rfid自组网无线网络机构用于nb
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iot已覆盖的区域，rfid自组网无线网络机构采用如下的组网方式：
47.采用rf/nb通信终端对接rf无线传输模块以实现终端数据汇集，终端数据汇集后，由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群内；
48.本实施例中，在正常情况下，nb
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iot网络可覆盖的区域，采用rf/nb通信终端直接对接rfid无线设备，进行终端数据汇集后，由nb通信终端基于nb
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iot技术接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群；
49.在特殊情况下，nb无法覆盖的区域，采用lora中继器对接rfid无线设备，rfid无线设备即rf无线传输模块，下文不再赘述；进行终端数据汇集后，通过lora远程传输技术转发数据到远端的lora/nb通信终端，最后由nb通信终端基于nb
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iot技术接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群。
50.具体的，还包括lora自组网无线网络机构，lora自组网无线网络机构与lora/nb通信模块的输出端之间信号连接，lora自组网无线网络机构用于nb
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iot无法覆盖的区域，采
用如下的组网方式：
51.采用lora中继器对接rf无线传输模块进行终端数据汇集，终端数据汇集后，通过lora传输模块转发数据到远端的lora/nb通信终端，最终由nb通信终端、nb
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iot传输模块接入运营商网络，将数据上报至网关服务器集群。
52.本实施例中，在nb
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iot网络无法覆盖的区域时，采用lora中继器对接rfid无线设备，进行终端数据汇集后，通过lora远程传输技术转发数据到远端的lora/nb通信终端，最后由nb通信终端基于nb
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iot技术接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群。
53.优选的，传感器内环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器均通过无线485连接器连接rf无线传输模块，传感器设有多组，并采用一对多的方式接入rfid自组网无线网络机构或lora自组网无线网络机构，实现近距离连接。
54.具体的，rfid自组网无线网络机构采用工业无线自组网协议，即一条通信路径中断，网络将自动切换到其他路径连接；
55.本实施例中，由于rfid自组网无线网络机构采用工业无线自组网协议，网络端点到端点可靠性基本达到100％，即便一条通信路径中断，网络将自动切换到其他路径连接；持久的低能耗，节约能源，低能硬件设计，超低功耗的内置微波发射元件，保证可靠的通信前提下，整机工作平均电流仅为10微安通信安全性。和wifi、蓝牙协议不同，rfid自组网通讯协议，采用独特的内部加密算法，保证不会被外界网络攻击。
56.优选的，由于应用服务器集群和网关服务器集群内一般由多个服务器组成，在长时间工作后容易产生较多热量，使得服务器靠在一起容易损坏，因此本发明中还包括底座1，底座1的上端开凿有多个均匀分布的安装槽2，多个安装槽2内均设置有服务器主体3，多个服务器主体3的相邻端之间均设置有降温机构；
57.每组降温机构均包括干冰存储箱4、plc控制器5、进料口6、气泵7、连接管8、喷头9和电磁阀10，连接管8、喷头9和电磁阀10均设有两个，干冰存储箱4固定于底座1的上端，plc控制器5固定安装于干冰存储箱4的前端，两个连接管8均固定于干冰存储箱4的上端并与干冰存储箱4的内部之间连通，两个喷头9分别与两个连接管8的另一端之间固定，气泵7固定于两个连接管8的圆周表面，且气泵7的下端与干冰存储箱4的上端之间固定，两个电磁阀10分别固定于两个喷头9的圆周表面，多个服务器主体3内均安装有温度传感器，plc控制器5与气泵7、两个电磁阀10以及多个温度传感器之间均信号连接，进料口6固定安装于干冰存储箱4的前端上部。
58.本实施例中，将服务器主体3放置于底座1上的安装槽2内，使得服务器主体3放置更稳定，不易倾倒，在服务器主体3长时间工作后，通过其内部设有的温度传感器，当服务器主体3温度达到温度传感器上预设高温刻度时，此时温度传感器将温度较高信号传输至plc控制器5，通过plc控制器5控制喷头9上的电磁阀10，使得喷头9打开，同时控制气泵7启动，最终使得喷头9能够将干冰存储箱4内的干冰喷出，并通过喷头9喷至的服务器主体3的表面，使得干冰能够对服务器主体3的周围进行快速降温，从而使得服务器主体3的温度进行降低，且效果明显，使得服务器主体3不易由于温度过高导致其内部零器件造成损坏，影响其监测系统的运行。
59.优选的，两个喷头9喷出的一端分别与其相邻的服务器主体3之间相对应，多个服务器主体3的左右两端均开设有多个均匀分布的散热孔。
60.本实施例中：通过设有的喷头9，使得服务器主体3在正常工作时能够进行热量能够通过喷头9散出。
61.本方案中通过在现有的频段和基站资源中来部署nb
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iot网络，实现广覆盖和深度覆盖的目标，然后通过组件rfid自组网无线网络机构和lora自组网无线网络机构，在nb
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iot网络能够覆盖的区域，采用rf/nb通信终端直接对接rf无线传输模块，进行终端数据汇集后，由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，通过环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器采集环境温湿度、位移距离和水浸深度的数据，通过与无线485连接器连接后，将数据通过rf无线传输模块传输至rf通信终端，由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群内，然后将数据传输至应用服务器集群内，并将其发送至数据中心模块内并存储，或通过设备运行管理云平台将其发送至pc端和手机wap；在nb
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iot无法覆盖的区域时，采用lora中继器对接rf无线传输模块，通过环境温湿度传感器、位移传感器和水浸传感器采集环境温湿度、位移距离和水浸深度的数据，通过与无线485连接器连接后，将数据通过rf无线传输模块传输至lora中继器，进行终端数据汇集后，lora中继器通过lora远程传输技术转发数据到远端的lora/nb通信模块，最后由nb通信终端基于nb
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iot传输模块接入运营商网络，从而实现数据上报至网关服务器集群内，然后将数据传输至应用服务器集群内，并将其发送至数据中心模块内并存储，或通过设备运行管理云平台将其发送至pc端和手机wap，本系统使得有些偏远区域无法进行大面积的网络覆盖，通过部署nb
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iot网络，使得通讯效率大大调高，监测数据能够实时上传，构成经济的全网域的实时监测管理系统，使得工作人员能够及时发现配网设备所存在的问题，减少了工作人员巡检的工作量，大大增加了工作人员的安全性。
62.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。