一、概述

在畜牧业有一句行话：有奶没奶在于配，奶多奶少在于喂。要实现奶牛及时的配种，及时准确地检测出奶牛发情期至关重要。而传统奶牛发情监测效率低下，原因有很多种，如：65%左右的奶牛会在晚上9点到第二天凌晨4点发情； 奶牛发情表现规律不容易被发现； 配种时间不固定不易掌握； 高产奶牛发情持续时间短不易发现等。因此，奶牛的发情检出率低会大大降低牛场产奶量，必须要做到奶牛一发情，老板就知情。

目前，业内奶牛发情监测系统大多基于近距离通信。此类系统需要在牧场架设基站，覆盖差，价格高，不能及时准确地上报奶牛发情数据。 因此，急需支持大连接、广覆盖、低功耗、性能稳定，性价比高的网络，从而实现现代化的奶牛发情监测。NB-IoT技术很好地满足了这一需求。

二、系统特点

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NBIOT具有以下优势：

1.海量连接：每区可达10万连接；NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，这也就意味着，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。

2.超低功耗：电池寿命长达十年；

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，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是基本的需求。在电池技术无法取得突破的前提下，只能通过降低设备功耗以延长电池供电时间。通信设备消耗的能量往往与数据量或速率相关，即单位时间内发出数据包的大小决定了功耗的大小。数据量小，设备的调制解调器和功放就可以调到非常小的水平。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，可以保障电池5年以上的使用寿命。

3．深度覆盖：能实现比GSM高20db的覆盖增益；

NB-IoT比LTE提升20dB增益，相当于发射功率提升了100倍，即覆盖能力提升了100倍，就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。

4．安全性：继承4G网络安力，支持双向鉴权以及空口严格加密，确保用户数据的安全性。

5．稳定可靠：能提供电信级的可靠 性接入，有效支撑 IoT 应用和智慧城市解决方案。

NB-IoT直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级，但是使用单独的180KHz频段，不占用现有网络的语音和数据带宽，保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。以智能抄表应用为例，与采用有线PLC抄表数据回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保证数据成功回收率达高，可靠性大大提高。

6. 低成本

低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势。速率低就不需要大缓存，所以可以缓存小、DSP配置低;低功耗，意味着RF设计要求低，小PA就能实现;因为低带宽，就不要复杂的均衡算法。这些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相关，尺寸越小，成本越低，模块的成本也随之变低。

可用于奶牛佩戴的集成了NB-IoT终端的奶牛管理系统具有以下特点：

NB-IoT技术可支持5年终端电池功耗、覆盖可达5公里、支持大容量终端同时上报数据，并且可在室外严酷环境下工作，很好的满足了客户需求，统一了此前存在的各种近距离通信技术。

基于NB-IoT芯片开发的奶牛专用信息采集终端，即戴即用，奶农无需自建网络，加速了牛联网的推广。

由于采用了基于NB-IoT的牛联网项目，奶牛发情检测成功率大大提高，增加了奶牛场收入。

三、系统组成

本系统主要有监控管理软件、奶牛佩戴的NB-IoT项圈构成。

1、NB-IoT项圈

每一头奶牛佩戴一个NB-IoT项圈，这个项圈集成了NB-IoT无线通讯模组，实现奶牛相关数据检测，主要完成数据的采集和处理、控制输出和进行数据通信、报警、接收远程命令、开关等功能。

2、数据监控中心

监控中心由监控主机、人机接口、相关外设及与无线数据通信网接口等部分组成。对各远端监控点采用轮询或并行询问方式，完成监测、控制、采集、预警等多重任务。

监控系统软件是集奶牛的监控、数据采集、数据处理与一体，并通过群控或组控实现对不同的监控终端进行控制的系统软件。具有数据存储、数据采集、报警处理、报表打印、图形人机界面、系统安全性控制、自动巡测终端、报警及多种时间表等众多功能。

四、可靠性

本系统需要较高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。

数据中心通过公网使用https接入物联网平台，从认证到数据传送整个过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。

五、总结

采用了基于NB-IoT的奶牛管理系统，预计可以将奶牛发情检测成功率从75%提高到95%。按每头牛每天单产30公斤，每公斤3.6元，情期21天计算，少漏配一个情期，每头牛可增加收入2268元。