CN105741523A - 一种超窄带无线抄表方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超窄带无线抄表方法，包括以下步骤：进行组网；通过数据采集模块采集用户的用水信息等步骤；本发明的优点有：传输距离长，功耗低，成本低，数据传输不易受天气及建筑物障碍的影响，稳定。接口统一，利于领域内大规模拓展，频谱利用率高。

Description

一种超窄带无线抄表方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域。具体涉及一种超窄带无线抄表方法。

背景技术

近些年来，国家经济水平的良好发展，给社会生活带来了巨大的变化，城镇居民的住房条件等到了极大的改善。如今，住宅成套率和商品化日益庞大，各小区住宅数量不计其数，由此产生的居住周边配套设施服务也相应的有了极大的变化，比如人民生活基本物质保障如水、电、气等。

在这些服务领域，传统的入户抄表计量方式已经严重滞后于现代化的居民生活水平，而且传统方式也往往操作困难，不易统计到准确详实的消费数据。为了解决这种传统方式与现代生活脱节的现象，在水、电、气抄表领域产生了很多具有现代化科技含量的技术和方式。比如将入户抄表改为集中抄表，集中抄表大致可分为低压电力线载波通讯，RS485通讯集抄，短距离无线通信，ZigBee无线网络技术，430/470MHz开放频段无线通信等。

在这些方式方法中，ZigBee无线网络技术以其在成本控制、安装部署、容错性等方面的优势成为了佼佼者。中国专利(申请号：200910050893.X)的文献便公布了一种无线抄表方法，其中就用到了ZigBee无线网络技术。

但该技术的问题及缺陷在于，传输距离太短，一般在1千米以内，需要中继，无法适应日益扩张的城镇住房建设的步伐。完成一个区域的覆盖需要大量的中继，网络遍会复杂化，虽然设备成本可控，但日后维护成本高。另外，受环境影响大，房屋结构，建筑物的遮挡，雷暴雨天气的影响等等都会影响现有无线抄表通信的信号强弱及数据稳定性。为了获得稳定性，需要提高发射功率，如此又造成了高功耗。

目前，不同的部门都是采取的自己的专有网络，水、电、气互不兼容和相通，完全无法满足智能互联时代的城市化建设。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述不足提供一种超窄带无线抄表方法。

一种超窄带无线抄表方法，包括以下步骤：

001.进行组网；

002.通过数据采集模块采集用户的用水信息；

003.数据采集模块将采集到的用户用水信息发送至基站，基站将接收到的用户用水信息发送至操作管理中心；

004.在操作管理中心内预设用户用水信息的标准临界值；

005.操作管理中心将接收的用户用水信息与用户用水信息的标准临界值进行对比，判断用户用水信息是否达到标准临界值，如果用户用水信息达到标准临界值，则操作管理中心触发电磁水阀关闭，并及时发出告警信号。

所述001中的虚拟工作环境信息是下述各项中的至少一项：

用户分类；

生活用水和工业用水的需要量；

每个用户的用水量；

各类用水量的平均值。

所述数据采集模块和基站之间通过物联网进行通信，所述基站与操作管理中心通过互联网进行通信交互。

所述步骤001包括以下步骤：

011，确定各个数据采集模块的频点信息；

012，设置数据采集模块可以同时采集多个频点的信号；

013，主数据监测节点不断向从数据监测节点发送时间信息，从数据监测节点收到并完成时间同步之后，将时间信息下发给剩下的其中一个数据监测节点，以此类推，完成全网的时间同步；

014，搜索相邻数据监测节点，并记录相邻数据监测节点的频点信息，并将频点信息下发给相邻数据监测节点；

进一步，为测定某区域内各表读数，在指定区域内架设多个基站，基站与基站之间相距3-5公里，单个基站可带20-100万个终端。

进一步，在基站范围内，为区域内的建筑楼宇设定数据采集模块，数据采集模块发射数据包，利用空中接口传递给基站，基站通过互联网接口或USB接口将数据发送至操作管理中心，交由操作管理中心或第三方APP服务器进行逻辑处理。

所述基站采用SDR技术，配置来接收其他窄带协议，基于WEB的网管、防护级别IP67、低辐射、PoE供电、以太网和USB接口。

所述数据采集模块采用SDR技术，数据采集模块与基站通过超窄带无线小包传输，传输采用FDMA协议，传输由数据采集模块发起，使用无需授权的ISM频段，只需要小功率，即可实现远距离传输，支持支持20,000同时上行会话，数据采集模块之间零干扰。

所述数据采集模块为SiLabs、TI、Microchip、STM或Axsem模块，提供3,000KHz带宽的扫描和处理，可处理更多的上行数据流传输，所述上行数据流传输方法包括以下步骤：

091.通过ISM授权中心100分别向第一数据采集模块200、第一网管代理模块300、第二网管代理模块400以及网络管理模块500授权ISM频段；

092.第一数据采集模块200采集终端需要发送的数据，通过第一网管代理模块300和第二网管代理模块400将终端需要发送的数据传送至网络管理模块500；

093.网络管理模块500根据接收到的终端需要发送的数据选择一个子载波，检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送；

094.网络管理模块500使用子载波将信息发送至应用提供商；

其中，所述网络管理模块500包括认证授权模块501、消息处理模块502、信息系统模块503以及设备管理模块504：在所述步骤001中，信息系统模块503与ISM授权中心100进行组网；判断上述组网是否成功，如果是则转下一步，如果否则返回上一步继续组网的步骤；组网成功后，认证授权模块501通过消息处理模块502将需要的ISM频段传送至信息系统模块503，信息系统模块503将需要的ISM频段向ISM授权中心100发送授权请求，ISM授权中心100通过信息系统模块503和消息处理模块502向认证授权模块501授权，认证授权模块501将授权的整个频段分解为多个子载波并发送至消息处理模块502备用；

所述第一网管代理模块300和第二网管代理模块400结构相同，均包括射频前端341、消息管理模块342以及WAN接口343，所述第一数据采集模块200的信号输出端通过协议栈与射频前端341实现通信；在所述步骤092中，第一数据采集模块200将终端需要发送的数据分别发送至第一网管代理模块300和第二网管代理模块400中的消息管理模块342，所述消息管理模块342将终端需要发送的数据通过各自的WAN接口343及WAN网络发送汇总至消息处理模块502；

所述步骤093中，根据接收到的终端需要发送的数据在消息处理模块502中选择一个子载波，信息系统模块503检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，消息处理模块502就选择下一个子载波，如果没有，信息系统模块503就使用这个子载波向应用提供商进行信息发送。

所述ISM频段是780MHz免费频段。

本发明的优点有：传输距离长，功耗低，成本低，数据传输不易受天气及建筑物障碍的影响，稳定。接口统一，利于领域内大规模拓展，频谱利用率高。

附图说明

图1为本方法的流程示意图。

图2为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

一种超窄带无线抄表方法，包括以下步骤：

001.进行组网；

002.通过数据采集模块采集用户的用水信息；

003.数据采集模块将采集到的用户用水信息发送至基站，基站将接收到的用户用水信息发送至操作管理中心；

004.在操作管理中心内预设用户用水信息的标准临界值；

005.操作管理中心将接收的用户用水信息与用户用水信息的标准临界值进行对比，判断用户用水信息是否达到标准临界值，如果用户用水信息达到标准临界值，则操作管理中心触发电磁水阀关闭，并及时发出告警信号。

所述001中的虚拟工作环境信息是下述各项中的至少一项：

用户分类；

生活用水和工业用水的需要量；

每个用户的用水量；

各类用水量的平均值。

所述数据采集模块和基站之间通过物联网进行通信，所述基站与操作管理中心通过互联网进行通信交互。

所述步骤001包括以下步骤：

011，确定各个数据采集模块的频点信息；

012，设置数据采集模块可以同时采集多个频点的信号；

013，主数据监测节点不断向从数据监测节点发送时间信息，从数据监测节点收到并完成时间同步之后，将时间信息下发给剩下的其中一个数据监测节点，以此类推，完成全网的时间同步；

014，搜索相邻数据监测节点，并记录相邻数据监测节点的频点信息，并将频点信息下发给相邻数据监测节点；

所述数据采集模块为SiLabs、TI、Microchip、STM或Axsem模块，提供3,000KHz带宽的扫描和处理，可处理更多的上行数据流传输，所述上行数据流传输方法包括以下步骤：

091.通过ISM授权中心100分别向第一数据采集模块200、第一网管代理模块300、第二网管代理模块400以及网络管理模块500授权ISM频段；

092.第一数据采集模块200采集终端需要发送的数据，通过第一网管代理模块300和第二网管代理模块400将终端需要发送的数据传送至网络管理模块500；

093.网络管理模块500根据接收到的终端需要发送的数据选择一个子载波，检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送；

094.网络管理模块500使用子载波将信息发送至应用提供商；

其中，所述网络管理模块500包括认证授权模块501、消息处理模块502、信息系统模块503以及设备管理模块504：在所述步骤001中，信息系统模块503与ISM授权中心100进行组网；判断上述组网是否成功，如果是则转下一步，如果否则返回上一步继续组网的步骤；组网成功后，认证授权模块501通过消息处理模块502将需要的ISM频段传送至信息系统模块503，信息系统模块503将需要的ISM频段向ISM授权中心100发送授权请求，ISM授权中心100通过信息系统模块503和消息处理模块502向认证授权模块501授权，认证授权模块501将授权的整个频段分解为多个子载波并发送至消息处理模块502备用；

所述第一网管代理模块300和第二网管代理模块400结构相同，均包括射频前端341、消息管理模块342以及WAN接口343，所述第一数据采集模块200的信号输出端通过协议栈与射频前端341实现通信；在所述步骤092中，第一数据采集模块200将终端需要发送的数据分别发送至第一网管代理模块300和第二网管代理模块400中的消息管理模块342，所述消息管理模块342将终端需要发送的数据通过各自的WAN接口343及WAN网络发送汇总至消息处理模块502；

所述步骤093中，根据接收到的终端需要发送的数据在消息处理模块502中选择一个子载波，信息系统模块503检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，消息处理模块502就选择下一个子载波，如果没有，信息系统模块503就使用这个子载波向应用提供商进行信息发送。

为测定某区域内各表读数，在指定区域内架设基站，基站与基站之间相距3-5公里，单个基站可带20-100万个终端。在基站范围内，为区域内的建筑楼宇设定终端。终端发射数据包，利用空中接口传递给基站。基站通过互联网接口或USB接口将数据发送至数据服务中心，交由数据中心服务器或第三方APP服务器进行逻辑处理。所述基站采用SDR(软件定义无线)技术，可以非常容易配置来接收其他窄带协议，基于WEB的网管，防护级别IP67，低辐射，PoE供电，以太网和USB接口。所述终端采用SDR技术(软件定义无线)，与特定硬件无关。终端与基站通过超窄带无线小包传输，传输采用FDMA协议，传输由终端发起。使用无需授权的ISM频段，只需要小功率，即可实现远距离传输。支持支持20,000同时上行会话，终端之间零干扰。可以使用现有的芯片实现终端通信模块。比如SiLabs,TI,Microchip,STM,Axsem等。提供3,000KHz带宽的扫描和处理，因此，可以处理更多的上行会话。所述ISM频段是780MHz频段(779MHz-787MHz)是为物联网行业特意申请的一个国内免费使用频段。本发明传输距离长，功耗低，成本低，数据传输不易受天气及建筑物障碍的影响，稳定。接口统一，利于领域内大规模拓展，频谱利用率高。

Claims (10)

1.一种超窄带无线抄表方法，其特征在于包括以下步骤：

001.进行组网；

002.通过数据采集模块采集用户的用水信息；

003.数据采集模块将采集到的用户用水信息发送至基站，基站将接收到的用户用水信息发送至操作管理中心；

004.在操作管理中心内预设用户用水信息的标准临界值；

005.操作管理中心将接收的用户用水信息与用户用水信息的标准临界值进行对比，判断用户用水信息是否达到标准临界值，如果用户用水信息达到标准临界值，则操作管理中心触发电磁水阀关闭，并及时发出告警信号。

2.根据权利要求1所述的超窄带无线抄表方法，其特征在于所述001中的虚拟工作环境信息是下述各项中的至少一项：

用户分类；

生活用水和工业用水的需要量；

每个用户的用水量；

各类用水量的平均值。

3.根据权利要求2所述超窄带无线抄表方法，其特征在于所述数据采集模块和基站之间通过物联网进行通信，所述基站与操作管理中心通过互联网进行通信交互。

4.根据权利要求3所述超窄带无线抄表方法，其特征在于所述步骤001包括以下步骤：

011，确定各个数据采集模块的频点信息；

012，设置数据采集模块可以同时采集多个频点的信号；

013，主数据监测节点不断向从数据监测节点发送时间信息，从数据监测节点收到并完成时间同步之后，将时间信息下发给剩下的其中一个数据监测节点，以此类推，完成全网的时间同步；

014，搜索相邻数据监测节点，并记录相邻数据监测节点的频点信息，并将频点信息下发给相邻数据监测节点。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述超窄带无线抄表方法，其特征在于：为测定某区域内各表读数，在指定区域内架设多个基站，基站与基站之间相距3-5公里，单个基站可带20-100万个终端。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述超窄带无线抄表方法，其特征在于：在基站范围内，为区域内的建筑楼宇设定数据采集模块，数据采集模块发射数据包，利用空中接口传递给基站，基站通过互联网接口或USB接口将数据发送至操作管理中心，交由操作管理中心或第三方APP服务器进行逻辑处理。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述超窄带无线抄表方法，其特征在于所述基站采用SDR技术，配置来接收其他窄带协议，基于WEB的网管、防护级别IP67、低辐射、PoE供电、以太网和USB接口。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述超窄带无线抄表方法，其特征在于所述数据采集模块采用SDR技术，数据采集模块与基站通过超窄带无线小包传输，传输采用FDMA协议，传输由数据采集模块发起，使用无需授权的ISM频段，只需要小功率，即可实现远距离传输，支持支持20,000同时上行会话，数据采集模块之间零干扰。

9.根据权利要求1-4中任意一项所述超窄带无线抄表方法，其特征在于所述数据采集模块为SiLabs、TI、Microchip、STM或Axsem模块，提供3,000KHz带宽的扫描和处理，可处理更多的上行数据流传输，所述上行数据流传输方法包括以下步骤：

091.通过ISM授权中心(100)分别向第一数据采集模块(200)、第一网管代理模块(300)、第二网管代理模块(400)以及网络管理模块(500)授权ISM频段；

092.第一数据采集模块(200)采集终端需要发送的数据，通过第一网管代理模块(300)和第二网管代理模块(400)将终端需要发送的数据传送至网络管理模块(500)；

093.网络管理模块(500)根据接收到的终端需要发送的数据选择一个子载波，检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送；

094.网络管理模块(500)使用子载波将信息发送至应用提供商；

其中，所述网络管理模块(500)包括认证授权模块(501)、消息处理模块(502)、信息系统模块(503)以及设备管理模块(504)：在所述步骤001中，信息系统模块(503)与ISM授权中心(100)进行组网；判断上述组网是否成功，如果是则转下一步，如果否则返回上一步继续组网的步骤；组网成功后，认证授权模块(501)通过消息处理模块(502)将需要的ISM频段传送至信息系统模块(503)，信息系统模块(503)将需要的ISM频段向ISM授权中心(100)发送授权请求，ISM授权中心(100)通过信息系统模块(503)和消息处理模块(502)向认证授权模块(501)授权，认证授权模块(501)将授权的整个频段分解为多个子载波并发送至消息处理模块(502)备用；

所述第一网管代理模块(300)和第二网管代理模块(400)结构相同，均包括射频前端(341)、消息管理模块(342)以及WAN接口(343)，所述第一数据采集模块(200)的信号输出端通过协议栈与射频前端(341)实现通信；在所述步骤092中，第一数据采集模块(200)将终端需要发送的数据分别发送至第一网管代理模块(300)和第二网管代理模块(400)中的消息管理模块(342)，所述消息管理模块(342)将终端需要发送的数据通过各自的WAN接口(343)及WAN网络发送汇总至消息处理模块(502)；

所述步骤093中，根据接收到的终端需要发送的数据在消息处理模块(502)中选择一个子载波，信息系统模块(503)检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，消息处理模块(502)就选择下一个子载波，如果没有，信息系统模块(503)就使用这个子载波向应用提供商进行信息发送。

10.根据权利要求1-4中任意一项所述超窄带无线抄表方法，其特征在于所述ISM频段是780MHz免费频段。