CN106878929B - NB-IoT设备的通信切换方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种NB‑IoT设备的通信切换方法和系统，所述方法包括以下步骤：NB‑IoT设备检测到NB‑IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过GPRS网络向系统服务器发送位置信息；位置服务器接收系统服务器转发的位置信息，根据位置信息判断NB‑IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB‑IoT基站，当NB‑IoT设备所在位置的预设范围内有NB‑IoT基站时，向系统服务器发送通知信息；系统服务器接收到通知信息时，向NB‑IoT设备发出NB‑IoT启动指令；NB‑IoT设备接收到NB‑IoT启动指令时，启动NB‑IoT搜网注册流程以切换回NB‑IoT网络。从而实现了NB‑IoT网络与GPRS网络的无缝切换，几乎可以对NB‑IoT设备实现全域网络覆盖，既保持了NB‑IoT设备的低功耗优势，又确保NB‑IoT设备能够一直在线，提高了NB‑IoT的稳定性和可靠性。

Description

NB-IoT设备的通信切换方法和系统
技术领域
本发明涉及窄带物联网技术领域，特别是涉及到一种NB-IoT设备的通信切换方法和系统。
背景技术
NB-IoT即基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band-Internet of Things)的简称，是一种物联网技术，为万物互联网络的一个重要分支，具有低成本、低功耗、广覆盖等特点，定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场，拥有广阔的应用前景。NB-IoT是物联网(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)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。
在物联网的众多应用中，通常要求NB-IoT设备(即基于NB-IOT的物联网终端)一直处于在线状态，然而，当前的NB-IOT网络的覆盖范围仍然有限，当NB-IoT设备在NB-IOT网络的覆盖范围之外时，NB-IoT设备则处于掉线状态，不能传输数据，影响NB-IoT的稳定性和可靠性，从而使得用户无法了解现场状况，影响用户体验。
因此，如何确保NB-IoT设备一直处于在线状态，提高NB-IoT的稳定性和可靠性，是当前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种NB-IoT设备的通信切换方法和系统，旨在提高NB-IoT的稳定性和可靠性。
为达以上目的，本发明提出一种NB-IoT设备的通信切换方法，所述方法包括以下步骤：
NB-IoT设备检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过所述GPRS网络向系统服务器发送位置信息；
位置服务器接收所述系统服务器转发的所述位置信息，根据所述位置信息判断所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，当所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，向所述系统服务器发送通知信息；
所述系统服务器接收到所述通知信息时，向所述NB-IoT设备发出NB-IoT启动指令；
所述NB-IoT设备接收到所述NB-IoT启动指令时，启动NB-IoT搜网注册流程以切换回所述NB-IoT网络。
可选地，所述根据所述位置信息判断所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站的步骤包括：
根据所述位置信息确定所述NB-IoT设备的位置坐标；
根据所述位置坐标查出离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站；
计算所述NB-IoT设备与所述NB-IoT基站之间的距离；
当所述NB-IoT基站中存在与所述NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，判定所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站。
可选地，所述根据所述位置坐标查出离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站的步骤包括：
根据所述位置坐标获取所述NB-IoT设备所在的行政区域；
根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找所述行政区域内是否存在NB-IoT基站，一旦查找到一行政区域内存在所述NB-IoT基站时，则将所述NB-IoT基站作为离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站。
可选地，所述根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找所述行政区域内是否存在NB-IoT基站的步骤包括：
在预设级别的行政区域内，根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找所述行政区域内是否存在NB-IoT基站。
可选地，所述预设级别的行政区域为市级行政区域。
可选地，所述位置信息为定位信息或GPRS的LBS信息。
可选地，所述根据所述位置信息确定所述NB-IoT设备的位置坐标的步骤包括：
当所述位置信息为定位信息时，解析所述定位信息，获取所述NB-IoT设备的位置坐标；
当所述位置信息为GPRS的LBS信息时，根据GPRS的三点定位法，计算出所述NB-IoT设备的位置坐标。
可选地，所述启动NB-IoT搜网注册流程以切换回所述NB-IoT网络的步骤包括：
关闭GPRS模块，并开启NB-IoT模块，进行NB-IoT搜网注册；
当NB-IoT搜网注册成功时，接入所述NB-IoT网络；
当NB-IoT搜网注册失败时，启动GPRS搜网注册流程以重新接入所述GPRS网络。
可选地，所述启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络的步骤包括：
关闭NB-IoT模块，并开启GPRS模块，进行GPRS搜网注册；
当GPRS搜网注册成功时，接入所述GPRS网络。
本发明实施例还提出一种NB-IoT设备的通信切换方法，应用于NB-IoT设备，所述方法包括以下步骤：
当检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过所述GPRS网络向系统服务器发送位置信息；
接收所述系统服务器发送的NB-IoT启动指令，根据所述NB-IoT启动指令启动NB-IoT搜网注册流程以切换回所述NB-IoT网络。
本发明实施例同时提出一种NB-IoT设备的通信切换系统，所述系统包括NB-IoT设备、系统服务器和位置服务器，其中：
所述NB-IoT设备，用于当检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过所述GPRS网络向系统服务器发送位置信息；当接收到所述系统服务器发送的NB-IoT启动指令时，启动NB-IoT搜网注册流程以切换回所述NB-IoT网络；
所述系统服务器，用于向所述位置服务器转发NB-IoT设备发送的位置信息；当接收到所述位置服务器发送的通知信息时，向所述NB-IoT设备发出NB-IoT启动指令；
所述位置服务器，用于接收所述系统服务器转发的所述位置信息，根据所述位置信息判断所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，当所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，向所述系统服务器发送通知信息。
可选地，所述位置服务器包括分析判断模块，所述分析判断模块包括：
位置确定单元，用于根据所述位置信息确定所述NB-IoT设备的位置坐标；
基站查询单元，用于根据所述位置坐标查出离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站；
距离计算单元，用于计算所述NB-IoT设备与所述NB-IoT基站之间的距离；
判别单元，用于当所述NB-IoT基站中存在与所述NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，判定所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站。
可选地，所述基站查询单元用于：
根据所述位置坐标获取所述NB-IoT设备所在的行政区域；根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找所述行政区域内是否存在NB-IoT基站，一旦查找到一行政区域内存在所述NB-IoT基站时，则将所述NB-IoT基站作为离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站。
可选地，所述基站查询单元用于：在预设级别的行政区域内，根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找所述行政区域内是否存在NB-IoT基站。
可选地，所述位置确定模块用于：
当所述位置信息为定位信息时，解析所述定位信息，获取所述NB-IoT设备的位置坐标；
当所述位置信息为GPRS的LBS信息时，根据GPRS的三点定位法，计算出所述NB-IoT设备的位置坐标。
可选地，所述NB-IoT设备包括GPRS模块、NB-IoT模块和控制模块，所述控制模块用于：
当接收到所述NB-IoT启动指令时，关闭所述GPRS模块，并开启所述NB-IoT模块，进行NB-IoT搜网注册；当NB-IoT搜网注册成功时，接入所述NB-IoT网络；当NB-IoT搜网注册失败时，启动GPRS搜网注册流程以重新接入所述GPRS网络。
可选地，所述NB-IoT设备包括GPRS模块、NB-IoT模块和控制模块，所述控制模块用于：
当检测到NB-IoT网络掉线时，关闭所述NB-IoT模块，并开启所述GPRS模块，进行GPRS搜网注册；当GPRS搜网注册成功时，接入所述GPRS网络。
本发明实施例所提供的一种NB-IoT设备的通信切换方法及系统，通过为NB-IoT设备增加GPRS模块来支持GPRS网络的接入，实现NB-IoT网络到GPRS网络的切换，再通过NB-IoT设备向服务器发送位置信息，以使服务器基于NB-IoT设备的位置信息来判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，实现GPRS网络到NB-IoT网络的切换，从而无需移动运营商网络侧的支持，就实现了NB-IoT网络与GPRS网络的无缝切换，几乎可以对NB-IoT设备实现全域网络覆盖，既保持了NB-IoT设备的低功耗优势，又确保NB-IoT设备能够一直在线，提高了NB-IoT的稳定性和可靠性，极大的扩展了应用范围，提升了用户体验。
附图说明
图1是本发明第一实施例的NB-IoT设备的通信切换方法的流程图；
图2是本发明实施例中NB-IoT设备的电路连接示意图；
图3是本发明实施例中位置服务器根据位置信息判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站的步骤的流程图；
图4是本发明实施例中位置服务器计算NB-IoT设备与NB-IoT基站之间的距离的示意图；
图5是本发明第二实施例的NB-IoT设备的通信切换方法的流程图；
图6是本发明第三实施例的NB-IoT设备的通信切换系统的模块示意图；
图7是图6中的NB-IoT设备的模块示意图；
图8是图6中的位置服务器的模块示意图；
图9是图8中的分析判断模块的模块示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
参照图1，提出本发明第一实施例的NB-IoT设备的通信切换方法，所述方法包括以下步骤：
S11、NB-IoT设备检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过GPRS网络向系统服务器发送位置信息。
本发明实施例中，对NB-IoT设备进行了改进。如图2所示，NB-IoT设备不仅包括NB-IoT模块和发射射频的功率放大器(Power Amplifier，PA)，还增加了通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service，GPRS)模块、匹配电路、射频开关和控制模块。
NB-IOT与GPRS的频段的带宽几乎一样，因此发送信号时可以复用射频PA；并进行NB-IOT与GPRS的飞行模式定义，飞行模式是指NB-IOT与GPRS的射频部分停止工作，处于掉线(掉网)状态；控制模块用于控制射频开关可切换的连接GPRS模块或NB-IoT模块，以使GPRS和NB-IoT进入联网模式或飞行模式，从而使得NB-IoT设备接入GPRS网络或者NB-IoT网络，通过GPRS网络或NB-IoT网络接收和发送信号。鉴于NB-IoT的低功耗特性，NB-IoT设备可以优先使用NB-IoT网络。
本步骤S11中，当检测到NB-IoT网络掉线时，控制模块则控制射频开关切换到GPRS模块，并关闭NB-IoT模块，使得NB-IOT处于飞行模式，开启GPRS模块，进行GPRS搜网注册，当GPRS搜网注册成功时，接入GPRS网络，使NB-IOT设备一直处于在线状态。
针对移动运营商网络(如GPRS网络)对终端IP地址不固定的特点，NB-IoT设备与系统服务器采取长连接方式实现低时延实时传送。为了保证数据通道的畅通，长连接采用了定时向系统服务器发送空闲数据包的方案来维护二者之前建立起来的长连接通路，该空闲数据包又称为心跳包。
本实施例中，当接入GPRS网络后，NB-IoT设备通过GPRS网络定时向系统服务器发送位置信息，所述位置信息可以是定位信息，如全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)信息、北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)信息、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)信息等，也可以是GPRS的基于位置服务(Location BasedService，LBS)信息。系统服务器接收到位置信息后，将该位置信息转发给位置服务器。
S12、位置服务器接收系统服务器转发的位置信息，根据位置信息判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站。当NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，进入步骤S13；当NB-IoT设备所在位置的预设范围内没有NB-IoT基站时，位置服务器不予响应，并继续接收下一条位置信息进行判断。
本实施例中，位置服务器根据位置信息判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站的具体流程优选如图3所示，包括以下步骤：
S121、根据位置信息确定NB-IoT设备的位置坐标。
本步骤S121中，当位置信息为定位信息时，位置服务器解析该定位信息，直接获取NB-IoT设备的位置坐标。当位置信息为GPRS的LBS信息时，位置服务器根据GPRS的三点定位法，计算出NB-IoT设备的位置坐标。其中，GPRS的三点定位法为现有技术中比较成熟的计算方法，在此不赘述。
S122、根据位置坐标查出离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站。
本步骤S122中，位置服务器根据位置坐标获取NB-IoT设备所在的行政区域；根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找行政区域内是否存在NB-IoT基站，一旦查找到一行政区域内存在NB-IoT基站时，则停止继续查找，并将查找到的NB-IoT基站作为离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站。所述行政区域级别由小到大的顺序如县级、区级、市级、省级等。
例如，位置服务器首先查找NB-IoT设备所在的县级行政区域内是否有NB-IoT基站；当县级行政区域内有NB-IoT基站时，则停止继续查找，并将县级行政区域内的NB-IoT基站作为离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站；当县级行政区域内没有NB-IoT基站时，则继续查找区级行政区域内是否有NB-IoT基站，依此类推。
进一步地，为了节省服务器查询运算时间，优选只在预设级别的行政区域内进行查找，如只在市级行政区域内进行查找，一般不跨越市，对一些跨市的区域，可以特殊设置。
例如，当县级和区级行政区域内都没有NB-IoT基站时，位置服务器继续查找市级行政区域内是否存在NB-IoT基站；当市级行政区域内有NB-IoT基站时，则停止继续查找，并将市级行政区域内的NB-IoT基站作为离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站；当市级行政区域内没有NB-IoT基站时，仍然停止继续查找，并直接判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内没有NB-IoT基站。
S123、计算NB-IoT设备与查出的NB-IoT基站之间的距离。
本步骤S123中，位置服务器查出离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站后，获取该NB-IoT基站的位置坐标，并根据NB-IoT基站的位置坐标和NB-IoT设备当前的位置坐标计算二者之间的距离。
如图4所示，假设D为NB-IoT设备，位置坐标为(x，y，z)，A、B、C为三个离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站，位置坐标分别为(x0，y0，z0)、(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)，位置服务器根据以下公式计算出NB-IoT设备D分别与NB-IoT基站A、B、C之间的距离d0、d1、d2：
d02＝(x0-x)2+(y0-y)2+(z0-z)2；
d12＝(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2；
d22＝(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2。
S124、判断查出的NB-IoT基站中是否存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站。当存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，进入步骤S125；当不存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，进入步骤S126。
所述阈值可以根据需要设定，可选地，可以根据NB-IoT基站的最大覆盖范围来设定阈值。例如，将第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)规定的10km作为阈值，判断NB-IoT基站中是否存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于10km的NB-IoT基站，如分别判断前述d0、d1、d2是否小于或等于10km。
S125、判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站。
当查出的基站中存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，如前述d0、d1、d2中任意一个小于10km时，位置服务器则判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站。
S126、判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内没有NB-IoT基站。
当查出的基站中不存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，如前述d0、d1、d2均大于10km时，位置服务器则判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内没有NB-IoT基站。此外，当位置服务器只在预设级别的行政区域内查找NB-IoT基站时，如果没有查找到NB-IoT基站，也判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内没有NB-IoT基站。
本领域技术人员可以理解，除了采用上述方式判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站外，还可以采用现有技术中的其它方式进行判别，在此不一一列举赘述。
S13、位置服务器向系统服务器发送通知信息。
本步骤S13中，当NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，位置服务器则向系统服务器发送通知信息。所述通知信息可以是告知系统服务器NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站的信息，也可以是NB-IoT启动命令。
S14、系统服务器接收到通知信息时，向NB-IoT设备发出NB-IoT启动指令。
本步骤S14中，系统服务器接收位置服务器发送的通知信息，根据通知信息通过GPRS网络向NB-IoT设备发出NB-IoT启动指令。
S15、NB-IoT设备接收到NB-IoT启动指令时，启动NB-IoT搜网注册流程以切换回NB-IoT网络。
本步骤S15中，NB-IoT设备接收系统服务器发送的NB-IoT启动指令，根据NB-IoT启动指令，控制模块控制射频开关切换到NB-IoT模块，并关闭GPRS模块，使得GPRS处于飞行模式，开启NB-IoT模块，进行NB-IoT搜网注册，当NB-IoT搜网注册成功时，接入NB-IoT网络。当NB-IoT搜网注册失败时，则启动GPRS搜网注册流程以重新接入GPRS网络，即：控制模块再控制射频开关切换到GPRS模块，并关闭NB-IoT模块，使得NB-IOT处于飞行模式，开启GPRS模块，进行GPRS搜网注册，当GPRS搜网注册成功时，接入GPRS网络，使NB-IOT设备一直处于在线状态。
本发明实施例的NB-IoT设备的通信切换方法，通过为NB-IoT设备增加GPRS模块来支持GPRS网络的接入，实现NB-IoT网络到GPRS网络的切换，再通过NB-IoT设备向服务器发送位置信息，以使服务器基于NB-IoT设备的位置信息来判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，实现GPRS网络到NB-IoT网络的切换，从而无需移动运营商网络侧的支持，就实现了NB-IoT网络与GPRS网络的无缝切换，几乎可以对NB-IoT设备实现全域网络覆盖，既保持了NB-IoT设备的低功耗优势，又确保NB-IoT设备能够一直在线，提高了NB-IoT的稳定性和可靠性，极大的扩展了应用范围，提升了用户体验。
实施例二
参照图5，提出本发明第二实施例的NB-IoT设备的通信切换方法，所述方法应用于NB-IoT设备，包括以下步骤：
S21、当检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过GPRS网络向系统服务器发送位置信息。
本发明实施例中，对NB-IoT设备进行了改进。如图2所示，NB-IoT设备不仅包括NB-IoT模块和发射射频的功率放大器(Power Amplifier，PA)，还增加了GPRS模块、匹配电路、射频开关和控制模块。NB-IOT与GPRS的频段的带宽几乎一样，因此发送信号时可以复用射频PA；并进行NB-IOT与GPRS的飞行模式定义，飞行模式是指NB-IOT与GPRS的射频部分停止工作，处于掉线(掉网)状态；控制模块用于控制射频开关可切换的连接GPRS模块或NB-IoT模块，以使GPRS和NB-IoT进入联网模式或飞行模式，从而使得NB-IoT设备接入GPRS网络或者NB-IoT网络，通过GPRS网络或NB-IoT网络接收和发送信号。鉴于NB-IoT的低功耗特性，NB-IoT设备可以优先使用NB-IoT网络。
本步骤S21中，当检测到NB-IoT网络掉线时，控制模块则控制射频开关切换到GPRS模块，并关闭NB-IoT模块，使得NB-IOT处于飞行模式，开启GPRS模块，进行GPRS搜网注册，当GPRS搜网注册成功时，接入GPRS网络，使NB-IOT设备一直处于在线状态。
针对移动运营商网络(如GPRS网络)对终端IP地址不固定的特点，NB-IoT设备与系统服务器采取长连接方式实现低时延实时传送。为了保证数据通道的畅通，长连接采用了定时向系统服务器发送空闲数据包的方案来维护二者之前建立起来的长连接通路，该空闲数据包又称为心跳包。
本实施例中，当接入GPRS网络后，NB-IoT设备通过GPRS网络定时向系统服务器发送位置信息，以使系统服务器接收到位置信息后，将该位置信息转发给位置服务器，通过位置服务器根据位置信息判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，进而确定是否切换回IB-IoT网络。
所述位置信息可以是定位信息，如GPS信息、BDS信息、GLONASS信息等，也可以是GPRS的LBS信息。
S22、接收系统服务器发送的NB-IoT启动指令，根据NB-IoT启动指令启动NB-IoT搜网注册流程以切换回NB-IoT网络。
当NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，向系统服务器发送通知信息，系统服务器接收到通知信息后，则向NB-IoT设备发出NB-IoT启动指令。NB-IoT设备接收到NB-IoT启动指令后，控制模块控制射频开关切换到NB-IoT模块，并关闭GPRS模块，使得GPRS处于飞行模式，开启NB-IoT模块，进行NB-IoT搜网注册，当NB-IoT搜网注册成功时，接入NB-IoT网络。当NB-IoT搜网注册失败时，则启动GPRS搜网注册流程以重新接入GPRS网络，即：控制模块再控制射频开关切换到GPRS模块，并关闭NB-IoT模块，使得NB-IOT处于飞行模式，开启GPRS模块，进行GPRS搜网注册，当GPRS搜网注册成功时，接入GPRS网络，使NB-IOT设备一直处于在线状态。
本发明实施例的NB-IoT设备的通信切换方法，通过为NB-IoT设备增加GPRS模块来支持GPRS网络的接入，实现NB-IoT网络到GPRS网络的切换，再通过NB-IoT设备向服务器发送位置信息，以使服务器基于NB-IoT设备的位置信息来判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，实现GPRS网络到NB-IoT网络的切换，从而无需移动运营商网络侧的支持，就实现了NB-IoT网络与GPRS网络的无缝切换，几乎可以对NB-IoT设备实现全域网络覆盖，既保持了NB-IoT设备的低功耗优势，又确保NB-IoT设备能够一直在线，提高了NB-IoT的稳定性和可靠性，极大的扩展了应用范围，提升了用户体验。
实施例三
参照图6，提出本发明第三实施例的NB-IoT设备的通信切换系统，所述系统包括NB-IoT设备、系统服务器和位置服务器，其中：
NB-IoT设备：用于当检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过GPRS网络向系统服务器发送位置信息；当接收到系统服务器发送的NB-IoT启动指令时，启动NB-IoT搜网注册流程以切换回NB-IoT网络。所述位置信息可以是定位信息，如GPS信息、BDS信息、GLONASS信息等，也可以是GPRS的LBS信息。
如图7所示，NB-IoT设备包括GPRS模块、NB-IoT模块和控制模块，所述控制模块用于：
当检测到NB-IoT网络掉线时，关闭NB-IoT模块，使得NB-IoT处于飞行模式，并开启GPRS模块，进行GPRS搜网注册，当GPRS搜网注册成功时，接入GPRS网络，并通过GPRS网络向系统服务器发送位置信息；
当接收到NB-IoT启动指令时，关闭GPRS模块，使得GPRS处于飞行模式，并开启NB-IoT模块，进行NB-IoT搜网注册，当NB-IoT搜网注册成功时，接入NB-IoT网络，当NB-IoT搜网注册失败时，再启动GPRS搜网注册流程以重新接入GPRS网络。
系统服务器：用于接收NB-IoT设备发送的位置信息，并转发给位置服务器；当接收到位置服务器发送的通知信息时，向NB-IoT设备发出NB-IoT启动指令。
位置服务器：用于接收系统服务器转发的位置信息，根据位置信息判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，当NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，向系统服务器发送通知信息。
如图8所示，位置服务器包括接收模块、分析判断模块和通知模块，接收模块用于接收系统服务器转发的位置信息，分析判断模块根据位置信息判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，通知模块用于当NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，向系统服务器发送通知信息，所述通知信息可以是告知系统服务器NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站的信息，也可以是NB-IoT启动命令。
如图9所示，分析判断模块包括位置确定单元、基站查询单元、距离计算单元和判别单元，其中：
位置确定单元：用于根据位置信息确定NB-IoT设备的位置坐标。
当位置信息为定位信息时，位置确定单元解析该定位信息，直接获取NB-IoT设备的位置坐标。当位置信息为GPRS的LBS信息时，位置确定单元根据GPRS的三点定位法，计算出NB-IoT设备的位置坐标。其中，GPRS的三点定位法为现有技术中比较成熟的计算方法，在此不赘述。
基站查询单元：用于根据位置坐标查出离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站。
基站查询单元根据位置坐标获取NB-IoT设备所在的行政区域；根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找行政区域内是否存在NB-IoT基站，一旦查找到一行政区域内存在NB-IoT基站时，则停止继续查找，并将查找到的NB-IoT基站作为离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站。所述行政区域级别由小到大的顺序如县级、区级、市级、省级等。
例如，基站查询单元首先查找NB-IoT设备所在的县级行政区域内是否有NB-IoT基站；当县级行政区域内有NB-IoT基站时，则停止继续查找，并将县级行政区域内的NB-IoT基站作为离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站；当县级行政区域内没有NB-IoT基站时，则继续查找区级行政区域内是否有NB-IoT基站，依此类推。
进一步地，为了节省服务器查询运算时间，优选只在预设级别的行政区域内进行查找，如只在市级行政区域内进行查找，一般不跨越市，对一些跨市的区域，可以特殊设置。
例如，当县级和区级行政区域内都没有NB-IoT基站时，基站查询单元继续查找市级行政区域内是否存在NB-IoT基站；当市级行政区域内有NB-IoT基站时，则停止继续查找，并将市级行政区域内的NB-IoT基站作为离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站；当市级行政区域内没有NB-IoT基站时，仍然停止继续查找，并且将查找结果直接通知判别单元或通过距离计算单元通知判别单元，判别单元则可以直接判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内没有NB-IoT基站。
距离计算单元：用于计算NB-IoT设备与NB-IoT基站之间的距离。
距离计算单元查出的NB-IoT基站的位置坐标，并根据NB-IoT基站的位置坐标和NB-IoT设备当前的位置坐标计算二者之间的距离。
如图4所示，假设D为NB-IoT设备，位置坐标为(x，y，z)，A、B、C为三个离NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站，位置坐标分别为(x0，y0，z0)、(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)，距离计算单元根据以下公式计算出NB-IoT设备D分别与NB-IoT基站A、B、C之间的距离d0、d1、d2：
d02＝(x0-x)2+(y0-y)2+(z0-z)2；
d12＝(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2；
d22＝(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2。
判别单元：用于当NB-IoT基站中存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站。
判别单元判断查出的NB-IoT基站中是否存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站。所述阈值可以根据需要设定，可选地，可以根据NB-IoT基站的最大覆盖范围来设定阈值。例如，将3GPP规定的10km作为阈值，判别单元判断NB-IoT基站中是否存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于10km的NB-IoT基站，如分别判断前述d0、d1、d2是否小于或等于10km。
当查出的基站中存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，如前述d0、d1、d2中任意一个小于10km时，判别单元则判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站。
当查出的基站中不存在与NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，如前述d0、d1、d2均大于10km时，判别单元则判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内没有NB-IoT基站。此外，当基站查询单元只在预设级别的行政区域内查找NB-IoT基站时，如果没有查找到NB-IoT基站，判别单元也判定NB-IoT设备所在位置的预设范围内没有NB-IoT基站。
本领域技术人员可以理解，除了采用上述方式判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站外，位置服务器还可以采用现有技术中的其它方式进行判别，在此不一一列举赘述。
本发明实施例的NB-IoT设备的通信切换系统，通过为NB-IoT设备增加GPRS模块来支持GPRS网络的接入，实现NB-IoT网络到GPRS网络的切换，再通过NB-IoT设备向服务器发送位置信息，以使服务器基于NB-IoT设备的位置信息来判断NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，实现GPRS网络到NB-IoT网络的切换，从而无需移动运营商网络侧的支持，就实现了NB-IoT网络与GPRS网络的无缝切换，几乎可以对NB-IoT设备实现全域网络覆盖，既保持了NB-IoT设备的低功耗优势，又确保NB-IoT设备能够一直在线，提高了NB-IoT的稳定性和可靠性，极大的扩展了应用范围，提升了用户体验。
需要说明的是：上述实施例提供的NB-IoT设备的通信切换系统与NB-IoT设备的通信切换方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，且方法实施例中的技术特征在系统实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本申请中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存储器)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种NB-IoT设备的通信切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
NB-IoT设备检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过所述GPRS网络向系统服务器发送位置信息，所述NB-IoT设备与所述系统服务器采取长连接方式以实现低时延实时传送；
位置服务器接收所述系统服务器转发的所述位置信息，根据所述位置信息判断所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，当所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，向所述系统服务器发送通知信息；
所述系统服务器接收到所述通知信息时，向所述NB-IoT设备发出NB-IoT启动指令；
所述NB-IoT设备接收到所述NB-IoT启动指令时，启动NB-IoT搜网注册流程以切换回所述NB-IoT网络。
2.根据权利要求1所述的NB-IoT设备的通信切换方法，其特征在于，所述根据所述位置信息判断所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站的步骤包括：
根据所述位置信息确定所述NB-IoT设备的位置坐标；
根据所述位置坐标查出离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站；
计算所述NB-IoT设备与所述NB-IoT基站之间的距离；
当所述NB-IoT基站中存在与所述NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，判定所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站。
3.根据权利要求2所述的NB-IoT设备的通信切换方法，其特征在于，所述根据所述位置坐标查出离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站的步骤包括：
根据所述位置坐标获取所述NB-IoT设备所在的行政区域；
根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找所述行政区域内是否存在NB-IoT基站，一旦查找到一行政区域内存在所述NB-IoT基站时，则将所述NB-IoT基站作为离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站。
4.根据权利要求3所述的NB-IoT设备的通信切换方法，其特征在于，所述根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找所述行政区域内是否存在NB-IoT基站的步骤包括：
在预设级别的行政区域内，根据行政区域级别由小到大的顺序逐级查找所述行政区域内是否存在NB-IoT基站。
5.一种NB-IoT设备的通信切换方法，应用于NB-IoT设备，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
当检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过所述GPRS网络向系统服务器发送位置信息，所述NB-IoT设备与所述系统服务器采取长连接方式以实现低时延实时传送；
接收所述系统服务器发送的NB-IoT启动指令，根据所述NB-IoT启动指令启动NB-IoT搜网注册流程以切换回所述NB-IoT网络。
6.根据权利要求5所述的NB-IoT设备的通信切换方法，其特征在于，所述位置信息为定位信息或GPRS的LBS信息。
7.根据权利要求5所述的NB-IoT设备的通信切换方法，其特征在于，所述启动NB-IoT搜网注册流程以切换回所述NB-IoT网络的步骤包括：
关闭GPRS模块，并开启NB-IoT模块，进行NB-IoT搜网注册；
当NB-IoT搜网注册成功时，接入所述NB-IoT网络；
当NB-IoT搜网注册失败时，启动GPRS搜网注册流程以重新接入所述GPRS网络。
8.根据权利要求5所述的NB-IoT设备的通信切换方法，其特征在于，所述启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络的步骤包括：
关闭NB-IoT模块，并开启GPRS模块，进行GPRS搜网注册；
当GPRS搜网注册成功时，接入所述GPRS网络。
9.一种NB-IoT设备的通信切换系统，其特征在于，包括NB-IoT设备、系统服务器和位置服务器，其中：
所述NB-IoT设备，用于当检测到NB-IoT网络掉线时，启动GPRS搜网注册流程以接入GPRS网络，并通过所述GPRS网络向系统服务器发送位置信息，所述NB-IoT设备与所述系统服务器采取长连接方式以实现低时延实时传送；当接收到所述系统服务器发送的NB-IoT启动指令时，启动NB-IoT搜网注册流程以切换回所述NB-IoT网络；
所述系统服务器，用于向所述位置服务器转发NB-IoT设备发送的位置信息；当接收到所述位置服务器发送的通知信息时，向所述NB-IoT设备发出NB-IoT启动指令；
所述位置服务器，用于接收所述系统服务器转发的所述位置信息，根据所述位置信息判断所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内是否有NB-IoT基站，当所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站时，向所述系统服务器发送通知信息。
10.根据权利要求9所述的NB-IoT设备的通信切换系统，其特征在于，所述位置服务器包括分析判断模块，所述分析判断模块包括：
位置确定单元，用于根据所述位置信息确定所述NB-IoT设备的位置坐标；
基站查询单元，用于根据所述位置坐标查出离所述NB-IoT设备最近的区域的NB-IoT基站；
距离计算单元，用于计算所述NB-IoT设备与所述NB-IoT基站之间的距离；
判别单元，用于当所述NB-IoT基站中存在与所述NB-IoT设备之间的距离小于或等于阈值的NB-IoT基站时，判定所述NB-IoT设备所在位置的预设范围内有NB-IoT基站。
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