CN106413061B - 基于蜂窝的窄带物联网的通信系统 - Google Patents

基于蜂窝的窄带物联网的通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了多种基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，其中一种，包括：用户终端和数据接收设备；所述用户终端包括基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片和数据缓存模块；所述数据接收设备，用于在信号覆盖范围内持续向外发送数据读取请求；所述用户终端，用于当所述用户终端位于所述信号覆盖范围内接收到所述数据读取请求时，从数据缓存模块中提取通信数据发送给所述数据接收设备；其中，所述通信数据是由所述用户终端的基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片从睡眠模切换为通信模式时对所述数据缓存模块进行更新的数据。采用本发明实施例，确保通信的数据可达。

Description

基于蜂窝的窄带物联网的通信系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及基于蜂窝的窄带物联网的通信系统。
背景技术
物联网是指，通过部署具有一定感知、计算、执行和通信能力的各种设备，获取物理世界的信息，通过网络实现信息传输、协同和处理，从而实现人与物、物与物的互联的网络。简而言之，物联网就是要实现人与物、物与物的互联互通。其应用包括智能电网、智能农业、智能交通以及环境检测等各个方面。物联网的发展，被誉为是继计算机和互联网之后的信息产业的第三次浪潮，被寄予厚望，受到研究机构和产业界的极大追捧和重视，同时，相关的标准组织，也开始了物联网相关技术的标准化工作。
NB-IOT(Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网)技术，作为物联网应的一种通信技术，是一种新兴的广域网网络传输技术，与传统的无线广域网网络传输技术(2G/3G/4G)相比，具有深覆盖，用户终端低功耗/长待机(NB-IoT芯片的待机时间可长达10年)，可大规模连接，硬件超低成本等优势。但是NB-IOT的低功耗和低成本的内在设计是基于使用PSM(Power Saving Mode，节电模式)和eDRX(Enhanced DiscontinuousReception，增强非连接接收)等技术基础上实现的，具有深睡眠，长睡眠的属性，使得信令不是随时可达并且通信延时较长，使用NB-IOT技术通信的设备，包括内部内置有NB-IOT芯片的发射设备和接收设备，当发射设备移动经过需要进行通信的接收设备(监测点/数据采集点)时，会存在发射设备的NB-IOT芯片处于长睡眠当中，无法能完成正常通信的情况出现。
发明内容
本发明实施例从多个方面提出基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，确保通信的数据可达。
在第一方面，本发明实施例提供一种基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，包括：用户终端和数据接收设备；所述用户终端包括基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片和数据缓存模块；
所述数据接收设备，用于在信号覆盖范围内持续向外发送数据读取请求；
所述用户终端，用于当所述用户终端位于所述信号覆盖范围内接收到所述数据读取请求时，从数据缓存模块中提取通信数据发送给所述数据接收设备；其中，所述通信数据是由所述用户终端的基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片从睡眠模式切换为通信模式时对所述数据缓存模块进行更新的数据。
进一步地，所述用户终端还包括无线唤醒电路和通信前端，其中，
所述无线唤醒电路，用于当所述用户终端位于所述信号覆盖范围内，持续接收所述数据读取请求，触发生成唤醒信号并将所述唤醒信号传送给所述通信前端；
所这通信前端，用于在接收所述唤醒信号时从睡眠模式切换成通信模式，从所述数据缓存模块中提取通信数据发送给所述数据接收设备。
再进一步地，所述通信前端与外界的通信方式为无线通信方式，所述无线通信处理方式包括有源或无源射频标签、无线脉冲或红外线；
更进一步地，所述通信系统还包括云计算服务器；
所述第一芯片，还用于在从睡眠模式切换为通信模式时，将所述数据传送给所述云计算服务器。
在第二方面，本发明实施例提供一种基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，包括：用户终端和数据接收设备；所述用户终端包括基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片和无线唤醒电路；
所述数据接收设备，用于在信号覆盖范围内持续向外发送数据读取请求；
所述无线唤醒电路，用于当所述用户终端位于所述信号覆盖范围内时，接收所述数据读取请求时触发生成唤醒信号，并将所述唤醒信号传送给所述第一芯片；
所述第一芯片，用于在接收到所述唤醒信号时，从睡眠模式切换成通信模式，根据所述数据读取请求提取数据传送给所述数据接收设备。
进一步地，所述数据接收设备包括基于蜂窝的窄带物联网的第二芯片；所述第二芯片处于通信模式的状态。
再进一步地，所述通信系统还包括云计算服务器；
所述第一芯片，还用于在从睡眠模式切换为通信模式时，将所述通信数据传送给所述云计算服务器。
在第三方面，本发明提供的一种基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，包括：用户终端、数据接收设备和云计算服务器；所述用户终端包括定时唤醒模块和基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片；
所述用户终端的定时唤醒模块，用于当累计所述第一芯片处于睡眠模式的时长大于睡眠时长时，控制所述第一芯片从睡眠模式切换为通信模式，当累计所述第一芯片处于通信模式的时长大于活跃时长，且所述用户终端与外部正在通信时，待双方完成整个完整通信过程才控制所述第一芯片从通信模式切换为睡眠模式；当累计所述第一芯片处于通信模式的时长大于活跃时长，且所述用户终端并非与外部正在通信时，控制所述第一芯片从通信模式切换为睡眠模式；
所述用户终端的第一芯片，用于在切换为通信模式时，发送所述通信数据给所述数据接收设备、发送所述用户终端所在的位置给所述云计算服务器，以及根据接收到的所述云计算服务器发送的睡眠时长和活跃时长对所述定时唤醒模块所记录的睡眠时长和活跃时长进行更新；
所述数据接收设备，用于接收所述用户终端发送的通信数据进行处理；
所述云计算服务器，用于根据接收到所述用户终端所在的位置和接收到所述用户终端所在的位置的时间，以及历史接收到所述用户终端所在的位置和历史接收到所述用户终端所在的位置的时间，计算所述用户终端需要更新的睡眠时长和活跃时长，并将计算出的睡眠时长和活跃时长发送给所述用户终端。
进一步地，所述用户终端的第一芯片，还用于在切换为通信模式时，发送所述通信数据给所述云计算服务器。
本发明实施例提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，对用户终端内置的基于蜂窝的窄带物联网的芯片提供唤醒机制，在需要与数据接收设备传送数据时，控制基于蜂窝的窄带物联网的芯片从睡眠模式转换成通信模式进行工作，从而确保通信的数据随时可达；另外，用户终端完成通信后，控制基于蜂窝的窄带物联网的芯片从通信模式转换成睡眠模式，保持其具有低功耗的特性。
附图说明
图1是本发明提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统的另一个实施例的结构示意；
图3是本发明提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统的又一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
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作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。
实施例一
参见图1，是本发明提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统的一个实施例的结构示意图。
在第一方面，本发明实施例提供一种基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，包括：用户终端10和数据接收设备20；所述用户终端10包括基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片11(NB-IOT芯片)和数据缓存模块12；
所述数据接收设备20，用于在信号覆盖范围内持续向外发送数据读取请求；
所述用户终端10，用于当所述用户终端10位于所述信号覆盖范围内接收到所述数据读取请求时，从数据缓存模块12中提取通信数据发送给所述数据接收设备；其中，所述通信数据是由所述用户终端10的基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片11从睡眠模式切换为通信模式时对所述数据缓存模块12进行更新的数据。
需要说明的是，所述第一芯片会定时从睡眠模式切换为通信模式对所述数据缓存模块的通信数据进行更新，并在更新完毕后，从当前的通信模式切换成睡眠模式。所述用户终端落在所述数据接收设备的信号覆盖范围内才能接收数据读取请求，优选地，所述数据读取请求为无线电信号。该无线电信号可以但不限于为无线脉冲信号、红外信号或射频信号。即用户终端与数据接收设备的通信距离相对较短，例如500米以内。
进一步地，所述用户终端10还包括无线唤醒电路13和通信前端14，其中，
所述无线唤醒电路13，用于当所述用户终端位于所述信号覆盖范围内，持续接收所述数据读取请求，触发生成唤醒信号并将所述唤醒信号传送给所述通信前端；
所述通信前端14，用于在接收所述唤醒信号时从睡眠模式切换成通信模式，从所述数据缓存模块12中提取通信数据发送给所述数据接收设备20。
进一步地，所述通信前端14，与所述数据接收设备20用无线通线方式进行数据通信，该无线通信方式包括但不限于为无线脉冲、红外或射频RFID，优选射频RFID通信，更进一步地，射频RFID又包含无源RIFD和有源RFID，其中无源RFID的属性为无需外接电源但通信距离极短(一般小于50厘米)，有源RFID的属性为通信距离较大但要外接电源，本设计优选通过无源RFID唤醒激发有源RFID，可以实现取两者优点，仅在无源RFID收到通信请求时积累到能量才唤醒有源RFID开启消耗有源电源，实现较长距离通信。
需要说明的是，无线唤醒模块在持续接收无线电信号(数据读取请求)，积累到一定的能量后，会产生直流或脉冲电压进而触发生成唤醒信号(可为中断或复位信号)，进而唤醒激活通信前端，，触发通信前端进入通信模式，从数据缓存模块中提取通信数据，与数据接收设备进行通信；并且在完成通信后，该通信前端再次进行睡眠模式。
更进一步地，所述通信系统还包括云计算服务器30；
所述第一芯片11，还用于在从睡眠模式切换为通信模式时，将所述通信数据传送给云计算服务器30；需要说明的是，第一芯片11与云计算服务器还可进行特定业务的数据通信,所述特定业务数据包括但不限于所述通信数据。
本发明实施例提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，通过设置一个数据缓存模块，基于蜂窝的窄带物联网的芯片在处于通信模式时预先对所述数据缓存模块的通信数据进行更新，使得在用户终端能接收到数据读取请求时，直接从数据缓存模块提取通信数据给数据接收设备，避免基于蜂窝的窄带物联网的芯片处于睡眠模式时无法将通信数据传送给数据接收设备，从而确保通信的数据随时可达。
实施例二
参见图2，是本发明提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统的另一个实施例的结构示意。该通信系统，包括：用户终端10和数据接收设备20；所述用户终端10包括基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片11和无线唤醒电路13；
所述数据接收设备20，用于在信号覆盖范围内持续向外发送数据读取请求；
所述无线唤醒电路13，用于当所述用户终端10位于所述信号覆盖范围内时，接收所述数据读取请求时触发生成唤醒信号，并将所述唤醒信号传送给所述第一芯片11；
所述第一芯片11，用于在接收到所述唤醒信号时，从睡眠模式切换成通信模式，根据所述数据读取请求提取数据传送给所述数据接收设备20。
需要说明的是，本实施例的数据读取请求优选为无线电信号。该无线电信号可以但不限于为无线脉冲信号、红外信号或射频信号。即用户终端10与数据接收设备20的通信距离相对较短，例如500米以内。由于本实施例是直接唤醒基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片11进行通信，这样能够与数据接收设备20进行复杂的动态通信交互。
进一步地，所述数据接收设备20包括基于蜂窝的窄带物联网的第二芯片21；所述第二芯片21处于通信模式的状态。
需要说明的是，由于直接唤醒基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片11进行通信，那么为了方便进行复杂的动态通信交互，所述数据接收设备20也需要设置有基于蜂窝的窄带物联网的第二芯片21，该第二芯片21不要求节能，可持续处于通信模式。
再进一步地，所述通信系统还包括云计算服务器30；
所述第一芯片11，还用于在从睡眠模式切换为通信模式时，将所述通信数据传送给云计算服务器30；需要说明的是，第一芯片11与云计算服务器还可进行特定业务的数据通信,所述特定业务数据包括但不限于所述通信数据。
本发明实施例提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，通过为用户终端提供无线唤醒电路，在接收到数据读取请求时，直接唤醒基于蜂窝的窄带物联网的芯片与数据接收模块进行通信，从而确保通信的数据随时可达；另外，用户终端完成通信后，控制基于蜂窝的窄带物联网的芯片从通信模式转换成睡眠模式，保持其具有低功耗的特性。
实施例三
参见图3，是本发明提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统的又一个实施例的结构示意图。该通信系统，包括：用户终端10、数据接收设备20和云计算服务器30；所述用户终端10包括定时唤醒模块15和基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片11；
所述用户终端10的定时唤醒模块15，用于当累计所述第一芯片11处于睡眠模式的时长大于设置睡眠时长时，控制所述第一芯片11从睡眠模式切换为通信模式，当累计所述第一芯片11处于通信模式的时长大于活跃时长，且所述用户终端10与外部正在通信时，待双方完成整个完整通信过程才控制所述第一芯片11从通信模式切换为睡眠模式；当累计所述第一芯片11处于通信模式的时长大于活跃时长，且所述用户终端10并非与外部正在通信时，控制所述第一芯片11从通信模式切换为睡眠模式；此控制信号可为中断或复位信号。
需要说明的是，定时唤醒模块15的工作需要外部设置的2个参数，睡眠时长和活跃时长，而这2个参数是可以由云计算服务器30根据用户终端10、数据接收设备20通信双方的所述业务逻辑参数的变化根据约定规则算法计算所得，所述业务逻辑参数包括但不限于位置，距离，移动速度。
所述用户终端10的第一芯片11，用于在切换为通信模式时，发送所述通信数据给所述数据接收设备20、发送所述用户终端10当前状态的所述业务逻辑参数给所述云计算服务器30，以及根据接收到的所述云计算服务器30发送的睡眠时长和活跃时长对所述定时唤醒模块所记录的睡眠时长和活跃时长进行更新；
所述数据接收设备20，用于接收所述用户终端10发送的通信数据进行处理；
所述云计算服务器30，用于根据接收到所述用户终端10的所述业务逻辑参数，以及历史接收到所述用户终端10的所述业务逻辑参数，计算所述用户终端10需要更新的睡眠时长和活跃时长，并将计算出的睡眠时长和活跃时长发送给所述用户终端10。
进一步地，所述用户终端10的第一芯片11，还用在切换为通信模式时，发送所述通信数据给所述云计算服务器30。
需要说明的是，本实施例是应用于用户终端10会移动工作，与相应的数据接收设备20进行通信，并且所在位置不保证必然落在所述数据接收设备20的短距离信号覆盖范围内。
实施例四
参见图3，是本发明提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统的又一个实施例的结构示意图。该通信系统，包括：用户终端10、数据接收设备20和云计算服务器30；所述用户终端10包括定时唤醒模块15和基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片11；
所述用户终端10的定时唤醒模块15，用于当累计所述第一芯片11处于睡眠模式的时长大于设置睡眠时长时，控制所述第一芯片11从睡眠模式切换为通信模式；当累计所述第一芯片11处于通信模式的时长大于活跃时长，且所述用户终端10与外部正在通信时，待双方完成整个完整通信过程才控制所述第一芯片11从通信模式切换为睡眠模式；当累计所述第一芯片11处于通信模式的时长大于活跃时长，且所述用户终端10并非与外部正在通信时，控制所述第一芯片11从通信模式切换为睡眠模式；此控制信号可为中断或复位信号。
所述用户终端10的第一芯片11，用于在切换为通信模式时，发送所述通信数据给所述数据接收设备20、发送所述用户终端10所在的位置给所述云计算服务器30，以及根据接收到的所述云计算服务器30发送的睡眠时长和活跃时长对所述定时唤醒模块所记录的睡眠时长和活跃时长进行更新；
所述数据接收设备20，用于接收所述用户终端10发送的通信数据进行处理；
所述云计算服务器30，用于根据接收到所述用户终端10所在的位置和接收到所述用户终端10所在的位置的时间，以及历史接收到所述用户终端10所在的位置和历史接收到所述用户终端10所在的位置的时间，计算所述用户终端10需要更新的睡眠时长和活跃时长，并将计算出的睡眠时长和活跃时长发送给所述用户终端10。
进一步地，所述用户终端10的第一芯片11，还用在切换为通信模式时，发送所述通信数据给所述云计算服务器30。
需要说明的是，本实施例是应用于用户终端10会移动工作，并且移动经过的两个位置都分别落在不同的数据接收设备20的信号覆盖范围内，分别与相应的数据接收设备20进行通信。
另外，用户终端10还可以发送所述用户终端10所在的位置给所述数据接收设备20，然后数据接收设备20根据接收到所述用户终端10所在的位置和接收到所述用户终端10所在的位置的时间，以及历史接收到所述用户终端10所在的位置和历史接收到所述用户终端10所在的位置的时间，计算所述用户终端10需要更新的睡眠时长和活跃时长，然后由数据接收设备20将计算出的睡眠时长和活跃时长发送给所述用户终端10，或者数据接收设备20将计算出的睡眠时长和活跃时长发送给云计算服务器30进行保存，并转发给用户终端10。
本发明实施例提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，通过根据用户终端移动经过数据接收设备的位置和时间，计算出用户终端的基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片所需要间隔的睡眠时长和活跃时长，定时控制第一芯片工作，可以确保第一芯片在需要与数据接收设备传送数据时是处于通信模式，能够与数据接收设备进行通信，避免信令不可达的情况出现。
本发明实施例提供的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，通过根据用户终端与数据接收设备双方的业务逻辑参数，计算出用户终端的基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片所需要间隔的睡眠时长和活跃时长，定时控制第一芯片工作，可以确保第一芯片在需要与数据接收设备传送数据时是处于通信模式，能够与数据接收设备进行通信，避免信令不可达的情况出现。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，其特征在于，包括：用户终端、数据接收设备和云计算服务器；所述用户终端包括定时唤醒模块和基于蜂窝的窄带物联网的第一芯片；
所述用户终端的定时唤醒模块，用于当累计所述第一芯片处于睡眠模式的时长大于睡眠时长时，控制所述第一芯片从睡眠模式切换为通信模式，当累计所述第一芯片处于通信模式的时长大于活跃时长，且所述用户终端与外部正在通信时，待双方完成整个完整通信过程才控制所述第一芯片从通信模式切换为睡眠模式；当累计所述第一芯片处于通信模式的时长大于活跃时长，且所述用户终端并非与外部正在通信时，控制所述第一芯片从通信模式切换为睡眠模式；
所述用户终端的第一芯片，用于在切换为通信模式时，发送所述通信数据给所述数据接收设备、发送所述用户终端所在的位置给所述云计算服务器，以及根据接收到的所述云计算服务器发送的睡眠时长和活跃时长对所述定时唤醒模块所记录的睡眠时长和活跃时长进行更新；
所述数据接收设备，用于接收所述用户终端发送的通信数据进行处理；
所述云计算服务器，用于根据接收到所述用户终端所在的位置和接收到所述用户终端所在的位置的时间，以及历史接收到所述用户终端所在的位置和历史接收到所述用户终端所在的位置的时间，计算所述用户终端需要更新的睡眠时长和活跃时长，并将计算出的睡眠时长和活跃时长发送给所述用户终端。
2.如权利要求1所述的基于蜂窝的窄带物联网的通信系统，其特征在于，所述用户终端的第一芯片，还用于在切换为通信模式时，发送所述通信数据给所述云计算服务器。
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