CN109347989B - 基于NB-IoT物联网的表计设计方法、装置及系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于NB‑IoT物联网的表计设计方法、装置及系统设计方法，涉及物联网数据传输技术领域。该表计设计方法包括：表计通过离散算法确定上报周期以及上报周期起始时间；表计在所述上报周期起始时间到达时开始向表计数据传输系统上报数据，表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护，自动启用延时策略延长所述上报周期，采用重发机制对上报数据重新上报；表计接收并基于表计数据传输系统根据上报失败信息下发的上报周期起始时间修改指令修改所述上报周期起始时间。该方法通过根据上报具体情况数据重发、修改上报周期起始时间或延长上报周期，提高了上报成功率，从而降低了表计因重发进行数据上报的功耗。

Description

基于NB-IoT物联网的表计设计方法、装置及系统设计方法

技术领域

本发明涉及物联网数据传输技术领域，具体而言，涉及基于NB-IoT物联网的表计设计方法、装置及系统设计方法。

背景技术

NB-IoT全称窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)，是低功耗广域网(LPWAN)的一种，可通过对现有蜂窝网络站点资源和设备的复用、融合、升级实现快速部署，具有覆盖广、连接多、成本低、功耗低、架构优等特点。目前基于NB-IOT物联网智能水、气表，根据NB-IOT技术特点，采用PSM模式进行数据上报，PSM(Power Saving Mode)是一种功率节省模式，终端进入PSM状态会关闭收发信号机，不监听无线侧寻呼，与网络无任何消息交互(网络状态保持)，处于最省电状态，最大程度降低功耗。

由于NB-IOT的频点带宽和空口资源都是有限的，在同一时刻多个表计向主站上报数据时，受限于空口资源限制，将出现大量表计上报数据不成功，上报不成功的表计只好重新上报数据，这样导致数据上报成功率降低，并且将增加多次重新上报数据带来的通信功耗。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供基于NB-IoT物联网的表计设计方法、装置及系统设计方法，以解决上述现有技术存在的通信功耗高、上报成功率低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于NB-IoT物联网的表计设计方法，所述方法包括：表计通过离散算法确定上报周期以及上报周期起始时间；所述表计在所述上报周期起始时间到达时开始向表计数据传输系统上报数据，若上报数据成功，则判断是否存在表示上报数据失败的上报失败信息，当存在所述上报失败信息时记录并上报所述上报失败信息；所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护；所述表计存在上报失败信息时，自动启用延时策略延长所述上报周期，采用重发机制对上报数据重新上报；所述表计接收所述表计数据传输系统根据所述上报失败信息下发的上报周期起始时间修改指令，根据所述上报周期起始时间修改指令修改所述上报周期起始时间。

综合第一方面，所述表计确定上报周期起始时间，包括：所述表计在所述上报周期内采用起始时间生成公式

随机产生一个时间值作为所述上报周期起始时间，其中，t_i为第i表计的上报周期起始时间，SNi为第i表计的通信地址，C为离散度系数，(SNmodR)表示取SN除以C后的余数，

表示表计的NB-IoT模块的网络延迟时间D为种子生成一个0到

之间的随机数。

综合第一方面，所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，包括：在所述上报周期内上报数据失败时，所述表计判断NB-IoT模块的附着网络状态；在所述NB-IoT模块为已附着网络状态时，所述表计重新上报数据；在所述NB-IoT模块为未附着网络状态时，所述表计进行网络维护，所述表计在所述NB-IoT模块转换为已附着网络状态时重新上报数据，在所述NB-IoT模块仍为未附着网络状态时在所述上报周期内不再上报数据。

综合第一方面，所述对网络进行维护，包括：所述表计控制所述NB-IoT模块在掉电后上电，关闭射频功能、清除小区频点，然后开启小区重选和射频功能，通过所述NB-IoT模块搜索网络，在所述网络注册成功后关闭射频功能和小区重选，再开启射频功能、通过所述NB-IoT模块搜索网络以附着网络。

综合第一方面，所述自动启用延时策略延长所述上报周期，包括：所述NB-IoT模块的信号强度小于预设信号阈值或所述数据已重新上报次数大于预设次数阈值时，所述表计确定在所述上报周期内上报数据失败，所述表计自动进入所述延时策略判断是否已经连续M个周期上报数据失败，若是，延长所述上报周期。

综合第一方面，在所述表计在上报周期起始时间到达时开始向表计数据传输系统上报数据之前，所述方法还包括：所述表计确定接收到上报功能开启指令，进入数据上报模式。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计方法，所述设计方法包括：表计数据传输系统接收表计的上报数据和上报失败信息；所述表计数据传输系统基于所述上报数据和所述上报失败信息生成上报周期起始时间修改指令；所述表计数据传输系统向所述表计发送所述上报周期起始时间修改指令。

综合第二方面，所述上报失败信息包括所述表计的上报失败时间，所述表计数据传输系统基于所述上报数据和所述上报失败信息生成上报周期起始时间修改指令，包括：所述表计数据传输系统获取所述表计的上报周期；所述表计数据传输系统将所述表计的所述上报周期划分为N个时段，N为大于等于2的整数；所述表计数据传输系统基于所述上报失败时间，确定所述N个时段中第一时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述第一时段内的第一上报成功率；所述表计数据传输系统基于所述上报失败时间，确定所述N个时段内其他时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述其他时段内的其他上报成功率，确定所述其他上报成功率中的最大上报成功率；所述表计数据传输系统确定所述第一上报成功率低于预设阈值且小于所述最大上报成功率时，生成用于将所述上报周期起始时间修改至所述最大上报成功率对应的时段内的所述上报周期起始时间修改指令。

综合第二方面，所述计算获得所述第一时段内的第一上报成功率，包括：所述表计数据传输系统根据上报信息的表计的身份确定所述N个时段中第一时段内的上报成功信息和上报失败信息的可信度；所述表计数据传输系统根据所述上报成功信息和所述上报失败信息的上报发生时间确定所述上报成功信息和所述上报失败信息的参考价值；所述表计数据传输系统统计所述第一时段内的所述上报成功信息和所述上报失败信息的数量，确定所述第一时段内的上报成功次数特征值和上报失败次数特征值；所述表计数据传输系统基于所述上报成功次数特征值和所述上报失败次数特征值获得所述第一时段内的第一上报成功率。

第三方面，本发明实施例提供了一种基于NB-IoT物联网的表计设计装置，所述装置包括：数据上报周期确定模块，用于控制表计通过离散算法确定数据上报周期以及上报周期起始时间；数据上报模块，用于控制所述表计在所述上报周期起始时间到达时开始向表计数据传输系统上报数据，若上报数据成功，则判断是否存在表示上报数据失败的上报失败信息，当存在所述上报失败信息时记录并上报所述上报失败信息；网络维护模块，用于控制所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护；重发机制模块，用于控制所述表计存在上报失败信息时，自动启用延时策略延长所述上报周期，采用重发机制对上报数据重新上报；参数设置模块，用于控制所述表计接收所述表计数据传输系统根据所述上报失败信息下发的上报周期起始时间修改指令，根据所述上报周期起始时间修改指令修改所述上报周期起始时间。

本发明提供的有益效果是：

本发明提供了一种基于NB-IoT物联网的表计设计方法、装置及系统设计方法，该表计设计方法通过设置表计的固定上报周期起始时间来保证表计数据上报的稳定性，同时在上报失败时自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护，避免因持续进行无效上传而提高功耗；通过表计在每个上报周期的上报过程中记录的上报失败信息判断是否需要修改上报周期起始时间，从而避免同一时间段内网络连接基站和表计数据传输系统接收到过多的表计上报信息，避免出现上报数据无法处理的情况，通过设计表计数据上报策略、重发策略以及主站离散策略算法有效避免空口资源限制，提高了表计数据上报成功率，同时降低了表计通信功耗。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的一种基于NB-IoT物联网的表计设计方法的流程示意图；

图2为本发明第一实施例提供的一种自动启用附着网络状态判断策略的步骤的流程图；

图3为本发明第一实施例提供的一种基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计方法的流程示意图；

图4为本发明第一实施例提供的一种上报周期起始时间修改指令生成步骤的流程示意图；

图5为本发明第二实施例提供的一种基于NB-IoT物联网的表计设计装置100的模块示意图；

图6为本发明第二实施例提供的一种基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计装置200的模块示意图。

图标：100-基于NB-IoT物联网的表计设计装置；110-数据上报周期确定模块；120-数据上报模块；130-网络维护模块；140-重发机制模块；150-参数设置模块；200-基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计装置；210-上报数据接收模块；220-修改指令生成模块；230-修改指令发送模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面对本发明实施例中的部分技术背景进行说明，本发明实施例中的网络连接模块和网络连接基站可以是匹配连接的NB-IoT模块和NB-IoT基站，则NB-IoT解决方案中有PSM/eDRX/DRX三种工作模式，其中PSM模式功耗最低，本实施例提供的方法适用对象为运行在PSM模式下的NB-IoT物联网表。PSM模式下物联网表长期处于PSM状态，此状态下基站无法与表取得联系，所以，本方法通过表定期主动上报的方式实现管理平台对表数据的采集，同时表计在配置好NB-IoT模块的相关参数(包括将NB-IoT模块的网络附着方式设置为自动)后，NB-IoT模块会自动进行附着网络操作，此后，在周期性TAU和主动上报时NB-IoT模块会自动检测与基站的网络连接状态，如果发现连接已断开则自动重新发起附着网络操作，当NB-IoT模块被重启时也会重新发起附着网络操作。同时，表计的主控模块查询NB-IoT模块的网络状态时，得到的是NB-IoT模块上一次与基站交互时的网络状态，该状态在NB-IoT模块发生网络附着、周期性TAU、数据上报三种行为时更新。

第一实施例

经本申请人研究发现，基于NB-IoT技术的物联网表采用低功耗设计时一般工作于PSM模式，该模式下管理平台对于表计的数据采集依靠表计的周期性主动上报，现有技术中数据上报没有采用错峰方法，没有给出针对存在持续无效上报、功耗较高的问题的解决方法，表计在网络正常时发送数据，但是未给出数据发送失败的处理方法，且在每次网络异常时启动入网流程，入网失败则继续进行入网操作，该方法在网络正常但数据发送失败的情况下，未进行数据重发，无法保障物联网表的数据传输成功率，且在网络异常时频繁进行入网操作，增加了电量消耗，使得表计功耗不够低。为了解决上述问题，本发明第一实施例提供了一种基于NB-IoT物联网的表计设计方法。

请参考图1，图1为本发明第一实施例提供的一种基于NB-IoT物联网的表计设计方法的流程示意图。应当理解的是，该方法的执行主体为通过网络连接基站与各个表计的网络连接模块连接的表计数据传输系统，则该方法的步骤可以如下所示：

步骤S10：表计通过离散算法确定上报周期以及上报周期起始时间。

步骤S20：所述表计在所述上报周期起始时间到达时开始向表计数据传输系统上报数据，若上报数据成功，则判断是否存在表示上报数据失败的上报失败信息，当存在所述上报失败信息时记录并上报所述上报失败信息。

步骤S30：所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护。

步骤S40：所述表计存在上报失败信息时，自动启用延时策略延长所述上报周期，采用重发机制对上报数据重新上报。

步骤S50：所述表计接收所述表计数据传输系统根据所述上报失败信息下发的上报周期起始时间修改指令，根据所述上报周期起始时间修改指令修改所述上报周期起始时间。

上述实施例提供的基于NB-IoT物联网的表计设计方法通过设置表计的固定上报周期起始时间来保证表计数据上报的稳定性，同时在上报失败时自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护，避免因持续进行无效上传而提高功耗；通过表计在每个上报周期的上报过程中记录的上报失败信息判断是否需要修改上报周期起始时间，从而避免同一时间段内网络连接基站和表计数据传输系统接收到过多的表计上报信息，避免出现上报数据无法处理的情况，减少每个表计的无效上传次数，进一步降低了表计的功耗。

对于步骤S20，可选地，表计在收到表计数据传输系统发送的开启上报功能的指令后才开启数据上报功能，该指令可通过具有NFC功能的设备(如智能手机)直接下发，也可以在表计数据传输系统的管理平台侧通过NB-IoT网络下发。

可选地，上报周期的时间可以根据表计的网络连接模块和网络连接基站的承载能力以及其他情况进行具体调整，以上报周期设定为24小时为例，即86400秒，某表计在0-86400秒内采用某种随机方法生成的时间值为26538秒，即7小时22分钟18秒，则该表计的上报周期起始时间为每天的7点22分18秒，每当到达此时间时，该表开始上报数据。

进一步地，表计第一次连接到表计数据传输系统即首次附着网络后在设定的上报周期范围内确定上报周期起始时间，该上报周期起始时间可以是随机产生的。

可选地，上报周期起始时间的随机产生公式为：

其中，t_i为第i只表的上报周期起始时间，SN_i为第i只表计的通信地址，C为离散度系数，即将上报周期分割成C个时段，(SN mod R)表示取SN除以C后的余数，

表示以表计的NB-IoT模块的网络延迟时间D为种子生成一个0到

之间的随机数。

对于步骤S20，可选地，表计可以在上报数据失败时生成上报失败信息，判断所述表计上报数据是否失败的标准为：表计的主控模块将数据发送给NB-IoT模块，指示其进行上报，一段时间内表计未收到来自表计数据传输系统的应答，则判定上报失败，而表计数据传输系统在所述表计在上报周期内未接收到所述表计的上报数据则判定上报失败。

应当理解的是，为了在表计无法与NB-IoT基站建立连接时停止表计的数据重发动作以减少电量浪费，本实施例还可以在上报失败时启用附着网络状态判断策略对网络进行维护，以减少功耗，则步骤S30的“所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略”包括如图2所示的具体流：

步骤S31：所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略。

步骤S32：在所述NB-IoT模块为已附着网络状态时，所述表计重新上报数据。

步骤S33：在所述NB-IoT模块为未附着网络状态时，所述表计进行网络维护，所述表计在所述NB-IoT模块转换为已附着网络状态时重新上报数据，在所述NB-IoT模块仍为未附着网络状态时在所述上报周期内不再上报数据。

可选地，表计还可以在信号强度高于预设强度阈值且重发次数未达上限时重新上报数据。表计如果重发失败则根据信号强度和重发次数决定是否重发，具体地，当信号强度高于预设强度阈值且重发次数未达上限时重发，相邻两次重发之间随机间隔一端时间；进一步地，在重发成功时，表计将向表计数据传输系统发送此前的上报失败信息。

进一步地，信号强度的判断步骤为：当信号强度低于一定的预设强度阈值(如-108dBm，信号强度低于-108dBm，NB-IoT模块将自动增大发射功率，此时如果进行频繁发射将导致电量消耗过快)时，认为信号强度差；重发间隔时间的随机生成公式为：

其中，(1)式中的Δt_i表示第i次重发与上一次数据上报之间的间隔时间，rand()表示随机函数，t_min为随机数的下限值，t_max为随机数的上限值，SN为随机种子，来自于表计通信地址；(3)式里的t_i表示从第i-1次数据重发结束时刻到本上报周期结束时刻之间的时间长度，当i＝1时表示从本周期内首次数据上报结束时刻到本上报周期结束时刻之间的时间长度，M表示数据重发次数上限值，i表示此次是第几次数据重发，T₁表示上行通信延迟时间，T₂表示上行通信最大超时时间，T₃表示下行通信延迟时间，(M-i)(T₁+T2+T3表示如果第i次数据重发失败，接下来进行M-i次数据重发的最小耗时。

针对步骤S30，在判定NB-IoT模块重启后仍处于未附着网络状态或者进行数据重发失败后结束数据重发时认定表计在该上报周期的数据上报失败后，本实施中表计还可以进行上报周期的延长，即：所述NB-IoT模块的信号强度小于预设信号阈值或所述数据已重新上报次数大于预设次数阈值时，所述表计确定在所述上报周期内上报数据失败，所述表计自动进入所述延时策略判断是否已经连续M个周期上报数据失败，若是，延长所述上报周期

可选地，上报周期的延长方式可以如下例所示：表计的初始上报周期为1天，即每天进行一次数据上报，连续3个周期上报失败则将上报周期改为3天，即每3天进行一次数据上报，仍然连续3个周期上报失败则将上报周期改为7天。其中，进行一次数据上报指的是对上报时刻表计存储的指定数据进行上报，包括仅进行首次数据上报以及首次上报失败后进行的数据重发。

可选地，步骤S30中“对网络进行维护”可以具体为：所述表计控制所述NB-IoT模块在掉电后上电，关闭射频功能、清除小区频点，然后开启小区重选和射频功能，通过所述NB-IoT模块搜索网络，在所述网络注册成功后关闭射频功能和小区重选，再开启射频功能、通过所述NB-IoT模块搜索网络以附着网络。

本实施例通过上述数据重发的相关步骤使得重发时间尽量相互错开，提高了重发的成功率，同时，通过限制重发上限次数，避免电量的过多消耗，且NB-IoT模块在信号质量差的情况下上报失败时，表计的主控模块将不会指示NB-IoT模块进行数据重发，从而避免了电量消耗过快。

作为一种可选的实施方式，本实施例中表计在向表计数据传输系统上报数据之前，还可以确认接收到上报功能开启指令，才进入数据上报模式。该上报功能开启指令的发送可以包括表计按键方式，近端通信方式如红外(掌机)、NFC(手机)、M-BUS、RS485等通信方式开启。

为了配合本实施例提供的应用于表计的设计方法，本发明第一实施例还提供了一种应用于表计数据传输系统的设计方法。

请参考图3，图3为本发明第一实施例提供的一种基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计方法的流程示意图，该基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计方法包括：

步骤S60：表计数据传输系统接收表计的上报数据和上报失败信息。

步骤S70：所述表计数据传输系统基于所述上报数据和所述上报失败信息生成上报周期起始时间修改指令。

步骤S80：所述表计数据传输系统向所述表计发送所述上报周期起始时间修改指令。

对于步骤S70，如图4所示，表计数据传输系统生成上报周期起始时间修改指令的步骤，可以具体包括如下子步骤：

步骤S71：所述表计数据传输系统获取所述表计的上报周期。

可选地，上报失败信息可以包括网络附着失败时间、首次数据上报失败时间、重发失败时间、重发次数以及对应的上报周期长度。该上报失败信息的可信度的判断公式为：

其中，x为上报信息按时间排序后的序号。

步骤S72：所述表计数据传输系统将所述表计的所述上报周期划分为N个时段，N为大于等于2的整数。

应当注意的是，N应当小于上报周期总秒数与上报最大超时时间总秒数的商，所述上报最大超时时间即为上述上行通信最大超时时间。

步骤S73：所述表计数据传输系统基于所述上报失败时间，确定所述N个时段中第一时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述第一时段内的第一上报成功率。

步骤S74：确定所述第一上报成功率低于预设阈值且小于所述最大上报成功率时，确定需要将所述上报周期起始时间修改至所述最大上报成功率对应的时段内。

可选地，第一上报成功率的预设阈值可以根据具体需求进行调整，本例如80％、90％或其他数值。

步骤S75：所述表计数据传输系统基于所述上报失败时间，确定所述N个时段内其他时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述其他时段内的其他上报成功率，确定所述其他上报成功率中的最大上报成功率。

步骤S76：所述表计数据传输系统确定所述第一上报成功率低于预设阈值且小于所述最大上报成功率时，生成用于将所述上报周期起始时间修改至所述最大上报成功率对应的时段内的所述上报周期起始时间修改指令。

针对步骤S73,在本实施例中，第一上报成功率的计算步骤可以包括：

步骤S73.1：所述表计数据传输系统根据上报信息的表计的身份确定所述N个时段中第一时段内的上报成功信息和上报失败信息的可信度。

步骤S73.2：所述表计数据传输系统根据所述上报成功信息和所述上报失败信息的上报发生时间确定所述上报成功信息和所述上报失败信息的参考价值。

可选地，参考价值Vx的判断公式为：

其中，x为上报信息按时间排序后的序号，n为最近收到的上报信息的序号，t_x为序号为i的上报信息对应的失败事件发生时的时间，t_n为最近收到的上报信息对应的事件发生时的时间，+1是为了不让最先接收到的上报信息的可信度为0，V_x越大表示该上报信息发生的时间越近，其参考价值越大。

步骤S73.3：所述表计数据传输系统统计所述第一时段内的所述上报成功信息和所述上报失败信息的数量，确定所述第一时段内的上报成功次数特征值和上报失败次数特征值。

可选地，上报信息的数量统计步骤具体可以为：统计在时段i内上报成功事件的数量，记为n，记这些上报成功事件的序号为j、j+1、j+2、…、j+n，引入参考价值和可信度之后，i时段内的上报成功次数特征值为：

统计在时段i内的上报失败事件数量，记为m，记这些上报失败事件的序号为k、k+1、k+2、…、k+m，引入参考价值和可信度之后，i时段内的上报失败次数特征值为：

步骤S73.4：所述表计数据传输系统基于所述上报成功次数特征值和所述上报失败次数特征值获得所述第一时段内的第一上报成功率。

可选地，上报成功率的计算公式为：

其中，ι为进行成功率统计所需的最小样本数。

进一步地，最大上报成功率则为max_i＝2→N(p_i)，其中，i＝2→N表示i依次取2到N之间(含)的整数，max表示取集合里的最大值，(pi)表示由pi构成的集合。

第二实施例

为了配合本发明第一实施例提供的应用于表计的基于NB-IoT物联网的表计设计方法，本发明第二实施例提供了一种基于NB-IoT物联网的表计设计装置100。

请参考图5，图5为本发明第二实施例提供的一种基于NB-IoT物联网的表计设计装置100的模块示意图，基于NB-IoT物联网的表计设计装置100应用于表计。

基于NB-IoT物联网的表计设计装置100包括数据上报周期确定模块110、数据上报模块120、网络维护模块130、重发机制模块140和参数设置模块150。

周期确定模块110，用于控制表计通过离散算法确定上报周期以及上报周期起始时间。

数据上报模块120，用于控制所述表计在所述上报周期起始时间到达时开始向表计数据传输系统上报数据，若上报数据成功，则判断是否存在表示上报数据失败的上报失败信息，当存在所述上报失败信息时记录并上报所述上报失败信息。

网络维护模块130，用于控制所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护。

重发机制模块140，用于控制所述表计存在上报失败信息时，自动启用延时策略延长所述上报周期，采用重发机制对上报数据重新上报。

参数设置模块150，用于控制所述表计接收所述表计数据传输系统根据所述上报失败信息下发的上报周期起始时间修改指令，根据所述上报周期起始时间修改指令修改所述上报周期起始时间。

为了配合本发明第一实施例提供的应用于表计数据传输系统的基于NB-IoT物联网的表计设计方法，本发明第二实施例提供了一种基于NB-IoT物联网的表计设计装置200。

请参考图6，图6为本发明第二实施例提供的一种基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计装置200的模块示意图，基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计装置200应用于表计数据传输系统。

基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计装置200包括上报数据接收模块210、修改指令生成模块220、修改指令发送模块230。

上报数据接收模块210，用于控制表计数据传输系统接收表计的上报数据和上报失败信息；

修改指令生成模块220，用于控制所述表计数据传输系统基于所述上报数据和所述上报失败信息生成上报周期起始时间修改指令；

修改指令发送模块230，用于控制所述表计数据传输系统向所述表计发送所述上报周期起始时间修改指令。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。

综上所述，本发明实施例提供了基于NB-IoT物联网的表计设计方法、装置及系统设计方法，该表计设计方法通过设置表计的固定上报周期起始时间来保证表计数据上报的稳定性，同时在上报失败时自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护，避免因持续进行无效上传而提高功耗；通过表计在每个上报周期的上报过程中记录的上报失败信息判断是否需要修改上报周期起始时间，从而避免同一时间段内网络连接基站和表计数据传输系统接收到过多的表计上报信息，避免出现上报数据无法处理的情况，通过设计表计数据上报策略、重发策略以及主站离散策略算法有效避免空口资源限制，提高了表计数据上报成功率，同时降低了表计通信功耗。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种基于NB-IoT物联网的表计设计方法，其特征在于，所述方法包括：

表计通过离散算法确定上报周期以及上报周期起始时间；

所述表计在所述上报周期起始时间到达时开始向表计数据传输系统上报数据，若上报数据成功，则判断是否存在表示上报数据失败的上报失败信息，当存在所述上报失败信息时记录并上报所述上报失败信息；

所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护；

所述表计存在上报失败信息时，自动启用延时策略延长所述上报周期，采用重发机制对上报数据重新上报；

所述表计接收所述表计数据传输系统根据所述上报失败信息下发的上报周期起始时间修改指令，根据所述上报周期起始时间修改指令修改所述上报周期起始时间；

所述上报失败信息包括所述表计的上报失败时间；所述上报周期起始时间修改指令的生成方式为：所述表计数据传输系统获取所述表计的上报周期；将所述表计的所述上报周期划分为N个时段，N为大于等于2的整数；基于所述上报失败时间，确定所述N个时段中第一时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述第一时段内的第一上报成功率；基于所述上报失败时间，确定所述N个时段内其他时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述其他时段内的其他上报成功率，确定所述其他上报成功率中的最大上报成功率；所述表计数据传输系统确定所述第一上报成功率低于预设阈值且小于所述最大上报成功率时，生成用于将所述上报周期起始时间修改至所述最大上报成功率对应的时段内的所述上报周期起始时间修改指令。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述表计确定上报周期起始时间，包括：

所述表计在所述上报周期内采用起始时间生成公式

随机产生一个时间值作为所述上报周期起始时间，其中，t_i为第i表计的上报周期起始时间，SN_i为第i表计的通信地址，C为离散度系数，(SNmod R)表示取SN除以C后的余数，

表示表计的NB-IoT模块的网络延迟时间D为种子生成一个0到

之间的随机数。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，包括：

在所述上报周期内上报数据失败时，所述表计判断NB-IoT模块的附着网络状态；

在所述NB-IoT模块为已附着网络状态时，所述表计按照重发机制重新上报数据；

在所述NB-IoT模块为未附着网络状态时，所述表计进行网络维护，所述表计在所述NB-IoT模块转换为已附着网络状态时重新上报数据，在所述NB-IoT模块仍为未附着网络状态时在所述上报周期内不再上报数据。

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述表计在信号强度高于预设强度阈值且重发次数未达上限时重新上报数据；

在重发失败时，所述表计根据所述信号强度和所述重发次数确定是否重发；在所述信号强度高于所述预设强度阈值且重发次数未达上限时重发，相邻两次重发之间随机间隔一段时间；

在重发成功时，所述表计将向所述表计数据传输系统发送上报失败信息。

5.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述重发机制包括：随机生成重发间隔时间；所述重发间隔时间的生成公式为：

其中，Δt_i表示第i次重发与上一次数据上报之间的间隔时间，rand()表示随机函数，t_min为随机数的下限值，t_max为随机数的上限值，SN为随机种子，来自于所述表计通信地址；t_i表示从第i-1次数据重发结束时刻到本上报周期结束时刻之间的时间长度，当i＝1时表示从本周期内首次数据上报结束时刻到本上报周期结束时刻之间的时间长度，M表示数据重发次数上限值，i表示此次是第几次数据重发，T₁表示上行通信延迟时间，T₂表示上行通信最大超时时间，T₃表示下行通信延迟时间，(M-i)(T₁+T₂+T₃)表示如果第i次数据重发失败，接下来进行(M-i)次数据重发的最小耗时。

6.一种基于NB-IoT物联网的表计数据传输系统设计方法，其特征在于，所述方法包括：

表计数据传输系统接收表计的上报数据和上报失败信息；

所述表计数据传输系统基于所述上报数据和所述上报失败信息生成上报周期起始时间修改指令；

所述表计数据传输系统向所述表计发送所述上报周期起始时间修改指令；

所述上报失败信息包括所述表计的上报失败时间，所述表计数据传输系统基于所述上报数据和所述上报失败信息生成上报周期起始时间修改指令，包括：

所述表计数据传输系统获取所述表计的上报周期；

所述表计数据传输系统将所述表计的所述上报周期划分为N个时段，N为大于等于2的整数；

所述表计数据传输系统基于所述上报失败时间，确定所述N个时段中第一时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述第一时段内的第一上报成功率；

所述表计数据传输系统基于所述上报失败时间，确定所述N个时段内其他时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述其他时段内的其他上报成功率，确定所述其他上报成功率中的最大上报成功率；

所述表计数据传输系统确定所述第一上报成功率低于预设阈值且小于所述最大上报成功率时，生成用于将所述上报周期起始时间修改至所述最大上报成功率对应的时段内的所述上报周期起始时间修改指令。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算获得所述第一时段内的第一上报成功率，包括：

所述表计数据传输系统根据上报信息的表计的身份确定所述N个时段中第一时段内的上报成功信息和上报失败信息的可信度；

所述表计数据传输系统根据所述上报成功信息和所述上报失败信息的上报发生时间确定所述上报成功信息和所述上报失败信息的参考价值；

所述表计数据传输系统统计所述第一时段内的所述上报成功信息和所述上报失败信息的数量，确定所述第一时段内的上报成功次数特征值和上报失败次数特征值；

所述表计数据传输系统基于所述上报成功次数特征值和所述上报失败次数特征值获得所述第一时段内的第一上报成功率。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述参考价值Vx的判断公式为：

其中，x为上报信息按时间排序后的序号，n为最近收到的所述上报信息的所述序号，t_x为所述序号为i的所述上报信息对应的失败事件发生时的时间，t_n为最近收到的所述上报信息对应的事件发生时的时间。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述上报信息的数量统计步骤为：统计在时段i内上报成功事件的数量，记为n，将所述上报成功事件的序号记为j、j+1、j+2、…、j+n，i时段内的上报成功次数特征值为：

统计在时段i内的上报失败事件数量，记为m，上报失败事件的序号记为k、k+1、k+2、…、k+m，i时段内的上报失败次数特征值为：

R_x为上报失败信息的可信度；

所述上报成功率的计算公式为：

其中，l为进行成功率统计所需的最小样本数；

最大上报成功率为max_i＝2→N(p_i)，其中，i＝2→N表示i依次取2到N之间(含)的整数，max表示取集合里的最大值，(pi)表示由pi构成的集合。

10.一种基于NB-IoT物联网的表计设计装置，其特征在于，所述装置包括：

数据上报周期确定模块，用于控制表计确定上报周期以及上报周期起始时间；

数据上报模块，用于控制所述表计在所述上报周期起始时间到达时开始向表计数据传输系统上报数据，若上报数据成功，则判断是否存在表示上报数据失败的上报失败信息，当存在所述上报失败信息时记录并上报所述上报失败信息；

网络维护模块，用于控制所述表计存在上报失败信息时，自动启用附着网络状态判断策略，对网络进行维护；

重发机制模块，用于控制所述表计存在上报失败信息时，自动启用延时策略延长所述上报周期，采用重发机制对上报数据重新上报；

参数设置模块，用于控制所述表计接收所述表计数据传输系统根据所述上报失败信息下发的上报周期起始时间修改指令，根据所述上报周期起始时间修改指令修改所述上报周期起始时间；

所述上报失败信息包括所述表计的上报失败时间；所述上报周期起始时间修改指令的生成方式为：所述表计数据传输系统获取所述表计的上报周期；将所述表计的所述上报周期划分为N个时段，N为大于等于2的整数；基于所述上报失败时间，确定所述N个时段中第一时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述第一时段内的第一上报成功率；基于所述上报失败时间，确定所述N个时段内其他时段内的上报成功信息和上报失败信息，计算获得所述其他时段内的其他上报成功率，确定所述其他上报成功率中的最大上报成功率；所述表计数据传输系统确定所述第一上报成功率低于预设阈值且小于所述最大上报成功率时，生成用于将所述上报周期起始时间修改至所述最大上报成功率对应的时段内的所述上报周期起始时间修改指令。

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