CN108471625A - 物联网无线通信质量自动监测方法和实现该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物联网无线通信质量自动监测方法和实现该方法的设备，属于物联网技术领域，包括步骤：终端测量模块上报通信参数；通信质量自动检测模块基于通信参数计算，依据设置的阈值确定能否保证通信质量；所述通信质量自动检测模块在执行所述计算结果对比后，若认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量，则报警，提示用户改善通信条件，以保证业务运行的质量。本发明通过对通信参数实时监测，并根据业务服务质量的需求调整通信服务质量的指标，使得物联网网络和设备能够基于通信服务质量的指标判断业务质量能否得到满足，在业务质量不能得到满足的情况下快速报警，并提供相关问题定位信息，以便尽快解决通信问题，保证业务服务质量。

Description

物联网无线通信质量自动监测方法和实现该方法的设备

技术领域

本发明涉及一种物联网无线通信质量自动监测方法和实现该方法的设备，属于物联网技术领域。

背景技术

移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。物联网把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后通过计算机等设备，能够对网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，更好地服务客户的需求。

NB-IoT(Narrow Band Internet ofThings,窄带物联网)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM(GlobalSystem for Mobile Communication，全球移动通信系统)网络、UMTS(Universal MobileTelecommunications System，通用移动通信系统)网络或LTE(Long Term Evolution，长期演进)网络，以降低部署成本、实现平滑升级。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，且具备低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势。

正因为NB-IoT具备支撑海量连接的能力，在一个扇区内能够实现上万个连接，所以对NB-IoT设备的自动化管理，尤其是NB-IoT通信的自动检测及报警，以排除通信隐患保证通信质量，也成为应用的关键，能够有效降低维护成本，并能及时发现问题，避免灾害的发生。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种物联网无线通信质量自动监测方法和实现该方法的设备。

为了实现上述目的，本发明采用的物联网无线通信质量自动监测方法，包括步骤：

终端测量模块上报通信参数；

通信质量自动检测模块基于所述通信参数计算，依据设置的阈值确定能否保证通信质量；

所述通信质量自动检测模块若认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量，则报警，提示用户改善通信条件。

作为改进，当所述通信质量自动检测模块不能确定通信质量能否保证业务质量时：

所述通信质量自动检测模块重新配置所述终端测量模块上报通信参数的频率；

所述通信质量自动检测模块根据所述重新配置上报的通信参数确定能否保证通信质量；

所述通信质量自动检测模块若认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量，则报警，提示用户改善通信条件。

作为改进，所述通信质量自动检测模块依据设置的阈值确定能否保证通信质量，所述阈值的确定方法包括步骤：

确定所述需要保证业务质量所需的通信质量的指标；

确定达到所述需要保证业务质量所需的通信质量的指标所需要的通信参数的阈值。

作为改进，所述的确定所述阈值的方法中，所述需要保证业务质量所需的通信质量的指标，包含传输速率的指标，或传输时延的指标，或传输速率和传输时延的指标的组合。

作为改进，所述的确定所述阈值的方法中，确定达到所述需要保证业务质量所需的通信质量的指标所需要的通信参数的阈值的方法，可采用标准测试方法，或是理论计算方法，或根据经验公式方法计算。

作为改进，所述通信质量自动检测模块，包括：

通信条件计算比较模块，基于获取的通信参数执行计算，并与所述设置的阈值进行比较，或统计所述通信参数计算的结果超过所述阈值的概率，以此确定能否保证通信质量；

自检报警模块，在所述通信条件计算比较模块确定不能保证通信质量时，发出警报，要求改善通信条件，并帮助给出问题定位信息。

另外，本发明还提供了一种实现物联网无线通信质量自动监测方法的设备，包括：

所述终端测量模块，通过测量得到所述通信参数；

所述通信质量自动检测模块，从所述终端测量模块获取所述通信参数，基于所述通信参数计算，依据所述的阈值确定能否保证通信质量，在确定不能保证通信质量时直接发出报警信号。

与现有技术相比，本发明通过对通信参数实时监测，并根据业务服务质量的需求调整通信服务质量的指标，使得物联网网络和设备能够基于所述通信服务质量的指标判断业务质量能否得到满足，在业务质量不能得到满足的情况下快速报警，并提供相关问题定位信息，以便尽快解决通信问题，保证业务服务质量。

附图说明

图1为本发明实施例的NB-IoT通信质量自动监测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的NB-IoT通信质量监测自动校准方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的NB-IoT通信质量自动监测模块的示意图；

图4为本发明实施例提供的NB-IoT通信质量自动监测在终端设备应用的系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种NB-IoT通信质量自动监测方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤S101，NB-IoT终端向基站上报通信参数，其中，所述通信参数包括RSSI(Received Signal Strength Indicato，接收信号的强度指示)，RSRP(Reference SignalReceiving Power，参考信号接收功率)，RSRQ(Reference Signal ReceivedQuality，参考信号接收质量)，SNR(Signal toNoise Ratio，信噪比)，throughput(吞吐量)，BLER(BlockErrorRate，误块率)，接收/发送字节数等信息。基站获取这些通信参数后将数据转发至指定的服务器或其它计算机设备，用于存储并执行在线或离线处理。

基于NB-IoT模组BC-95的终端可以通过命令AT+CSQ，获得RSSI信息，通过AT+NUESTATS可以获得信号功率等信息。其它型号的NB-IoT模组也支持类似的AT命令，从而获得所述的通信参数。终端可以将这些信息组成数据包或消息包，通过NB-IoT或其它无线通信协议发送给基站，由基站进行接收并转发。

步骤S102，接收所述通信参数的通信质量自动检测模块基于所述通信参数执行计算，并与事先设置好的阈值进行比较，以确定当前无线通信条件能否保证业务所需的通信质量。

所述通信质量自动检测模块可以部署在所述指定的服务器或其它计算机设备中，也可以部署在云计算机中并从所述指定的服务器或其它计算机设备中获取所述通信参数。所述业务所需的通信质量，包括传输速率，传输时延等。在恶劣天气条件下执行水位报警的业务中，需要对水位信息随时上传并记录，这就需要保证相应的数据传输速率必须大于某个确定的数值V₀，如果数据传输速率不能保证高于V₀从而导致关键数据被漏传，则很有可能导致严重事故；此外，针对紧急情况，如车辆轮胎胎压出现异常情况，则传感器数据上报需要保证在规定的时延t₀内完成，否则就可能因为未能及时报警而导致车祸事故的发生。

所述保证业务所需的通信质量，可以是传输速率的保证，针对传输速率的判断可以计算一段时间内的RSRP平均值m₀，然后与标准测试时保证所需传输速率V₀所对应的RSRP平均值m_v进行比较，如果m₀<m_v，则认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量。也可以计算一段时间内的SNR平均值snr₀，并与标准测试时所确定的必须达到的SNR阈值snr_v对比，如果snr₀<snr_v，则认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量。

所述保证业务所需的通信质量，可以是传输时延的保证，通过长时间的标准测试，确定要满足相应传输时延要求所必须满足的SNR条件，如SNR阈值snr_dly，也可以是多个阈值，然后计算一段时间内的SNR测量值的平均值snr₀，比较snr₀与snr_dly，如果snr₀<snr_dly，则判断当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量。

所述保证业务所需的通信质量，可以同时包含传输速率的保证和传输时延的保证。

步骤S103，所述通信质量自动检测模块在执行所述计算结果对比后，若认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量，则报警，提示用户改善通信条件，以保证业务运行的质量。

所述通信质量自动检测模块部署在云端时，可以将被认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量的所有终端的地理位置汇总起来，所述终端位置可以通过终端的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信息上报获取，也可以通过查询事先存储在所述云端的各个终端的固定位置获取。通过与运营商协商，可以改善正在为所述地理位置的终端提供服务的基站的发射功率等方法，从而改善终端的无线通信条件，进而保证所述业务所需的通信质量。当发生恶劣天气状况时，对特定传感器，如水位监测传感器器的数据上报要求也会有所提高，此时可以根据新的业务要求，临时更新通信质量需要达到的阈值条件，并判断此时无线通信条件是否能保证所述更新后的通信质量要求，并与运营商协商，临时增大相应服务基站的发射功率。

上述方法针对上行无线通信或下行无线通信都可以适用，针对WLAN(WirelessLocalArea Networks，无线局域网)等其它无线通信情况同样适用。

可见，根据本发明实施例提供的一种NB-IoT通信质量自动监测方法，可以在无线通信条件不能保证业务所需的通信质量时，及时完成自动检测并发出报警，进而辅助找到改善无线通信条件的有效措施，从而保证通信的通畅和业务服务的质量。

请参阅图2，为本发明实施例提供的另一种NB-IoT通信质量自动监测方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤S201与图1所示实施例的步骤S101相同，在此不再赘述。

步骤S202，接收所述通信参数的通信质量自动检测模块基于所述通信参数执行计算，并与事先设置好的阈值进行比较，以确定当前无线通信条件能否保证业务所需的通信质量。

所述通信质量自动检测模块可以部署在所述指定的服务器或其它计算机设备中，也可以部署在云计算机中并从所述指定的服务器或其它计算机设备中获取所述通信参数。所述业务所需的通信质量，包括传输速率，传输时延等。

步骤S203，所述通信质量自动检测模块不能确定通信质量能否保证业务质量。

在水位监测的业务中，由于平时发生水灾的可能性很小，水位发生较大变化的可能性几乎没有，因此平时水位数据上报的频率可以设置为很低，例如一周上报一次，通信参数上报的频率也设置得比较低，这样可以在保证达到监测要求的同时，有效降低终端设备的耗电量。通信参数上报频率低，会造成计算结果的统计性能不够稳定，通信质量自动检测模块可以通过对通信参数数据的统计性能进行分析，确定此时结果是否不足以判断通信质量能否有保证。

另外，当发生恶劣天气情况时，水位数据上报频率提高，可能一小时上报一次，甚至一分钟就需要上报一次。此时由于之前测量通信参数的频率较低，同样不能准确判断无线通信条件能否保证业务所需的通信质量，因此需要重新配置终端上报通信参数的频率，例如每10秒钟就需要上报一次。

步骤S204，所述通信质量自动检测模块根据新获取的通信参数确定能否保证通信质量。由于数据上传频率加大，数据增多，不仅数据的统计特性得到保障，同时，数据统计参数随时间变化的趋势也能更为准确地识别出来。基于新的更多数据的处理结果，通信质量自动检测模块可以更为准确地判断通信质量是否能够得到保障。

步骤S205与图1所示实施例的步骤S103相同，在此不再赘述。

请参阅图3，为本发明实施例提供的一种通信质量自动检测模块的示意图，通信质量自动检测模块301包括：通信条件计算比较模块302，自检报警模块303。

所述通信条件计算比较模块302可以将获取的通信参数，如RSRP，直接与事先设置的阈值进行比较，判断能否保证通信质量；也可以对多次获取的RSRP数值取平均，如RSRP₀＝(RSRP_t-1+RSRP_t-2+...+RSRP_t-N)/N，其中RSRP_t-i,i＝1,…,N代表当前时刻t之前获得的第i个通信参数，并以RSRP₀与事先设置的阈值比较，判断能否保证通信质量。所述事先设置的阈值，可以通过香农公式的理论计算方法获得，也可以通过工程实践的经验公式计算，或者通过标准测试方法根据大量测试数据确定相应的数值。通信条件计算比较模块还可以通过存储此前的(RSRP_n,t_n)数据对，其中RSRP_n为时间n时刻获取的RSRP参数数值，t_n为时间n时刻计算得到的数据上报时延(该时延可以通过在上报数据中增加时间戳，然后在接收端用接收时刻减去时间戳的方法获取)，通过所存储的数据对的大数据，统计出当通信参数的大小等于所述通信参数数值RSRP时，其数据上报时延高于事先设置的允许时延阈值的概率，即CDF(cumulative distribution function，累积分布函数)。如果该概率值高于通信质量允许值，如1％，则判定为通信质量不满足保证业务质量的要求。

所述自检报警模块303在获得所述通信条件计算比较模块的通信质量不满足保证业务质量的要求的信息时，会发出警报，并根据事先存储的信息给出问题定位信息，例如根据大部分通信质量不满足要求的终端的地理位置，给出需要改进发射功率的基站的信息。

请参阅图4，为本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图，该终端设备401包括：

通信质量自动检测模块404，利用代码实现在MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)flash(闪存)403中，从终端测量模块NB-IoT模组402获取通信参数，并最终通过NB-IoT终端401发送给基站405。通信质量自动检测模块404基于所述通信参数，采用本发明如图1所示的实施例的方法，可以直接发出报警信号，在终端401的显示设备或报警设备上直接报警，或者上传到基站405，并转发给相应设备触发报警。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以用硬件实现，或固件实现，或它们的组合方式来实现。当使用软件实现时，可以将上述功能存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。以此为例但不限于：计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、电可擦可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外。任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定义中。

总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (7)

1.物联网无线通信质量自动监测方法，其特征在于，包括步骤：

终端测量模块上报通信参数；

通信质量自动检测模块基于所述通信参数计算，依据设置的阈值确定能否保证通信质量；

所述通信质量自动检测模块若认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量，则报警，提示用户改善通信条件。

2.根据权利要求1所述的物联网无线通信质量自动监测方法，其特征在于，当所述通信质量自动检测模块不能确定通信质量能否保证业务质量时：

所述通信质量自动检测模块重新配置所述终端测量模块上报通信参数的频率；

所述通信质量自动检测模块根据所述重新配置上报的通信参数确定能否保证通信质量；

所述通信质量自动检测模块若认为当前无线通信条件不能保证业务所需的通信质量，则报警，提示用户改善通信条件。

3.根据权利要求1所述的物联网无线通信质量自动监测方法，其特征在于，所述通信质量自动检测模块依据设置的阈值确定能否保证通信质量，所述阈值的确定方法包括步骤：

确定所述需要保证业务质量所需的通信质量的指标；

确定达到所述需要保证业务质量所需的通信质量的指标所需要的通信参数的阈值。

4.根据权利要求3所述的物联网无线通信质量自动监测方法，其特征在于，所述的确定所述阈值的方法中，所述需要保证业务质量所需的通信质量的指标，包含传输速率的指标，或传输时延的指标，或传输速率和传输时延的指标的组合。

5.根据权利要求3或4所述的物联网无线通信质量自动监测方法，其特征在于，所述的确定所述阈值的方法中，确定达到所述需要保证业务质量所需的通信质量的指标所需要的通信参数的阈值的方法，可采用标准测试方法，或是理论计算方法，或根据经验公式方法计算。

6.根据权利要求1所述的物联网无线通信质量自动监测方法，其特征在于，所述通信质量自动检测模块，包括：

通信条件计算比较模块，基于获取的通信参数执行计算，并与所述设置的阈值进行比较，或统计所述通信参数计算的结果超过所述阈值的概率，以此确定能否保证通信质量；

自检报警模块，在所述通信条件计算比较模块确定不能保证通信质量时，发出警报，要求改善通信条件，并帮助给出问题定位信息。

7.一种实现物联网无线通信质量自动监测方法的设备，其特征在于，包括：

所述终端测量模块，通过测量得到所述通信参数；

所述通信质量自动检测模块，从所述终端测量模块获取所述通信参数，基于所述通信参数计算，依据所述的阈值确定能否保证通信质量，在确定不能保证通信质量时直接发出报警信号。