CN109448250A - 一种数据上报时间动态选择方法及窄带物联网智能燃气表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据上报时间动态选择方法及窄带物联网智能燃气表，包括S1：控制单元读取预设上报时间T，在到达上报时间时进行数据上报；若上报失败则执行步骤S2；S2：控制单元读取预设的上报间隔基准时间t及调整区段t₀，在(t‑t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’并开始计时，当计时时间到达t’时进行下一次数据上报，所述t＞t₀；S3：控制单元进行判断：若上报成功则执行步骤S4，若上报失败则返回执行S2；S4：记录上报成功的时间并将其设置为预设上报时间T。本发明不添加额外设备，实现数据上报时间分布的动态平衡，成本低廉，操作简单，可靠性高。

Description

一种数据上报时间动态选择方法及窄带物联网智能燃气表

技术领域

本发明属于智能燃气表技术领域，具体涉及一种数据上报时间动态选择方法及窄带物联网智能燃气表。

背景技术

随着智能燃气表的迅速发展，传统的通信方式如GPRS等已经早就不能满足时代的需要，窄带物联网(NB-IoT)在智能仪表领域的发展和普及越来越快。窄带物联网由于具有覆盖广、连接数量大、功耗低、成本低廉等多方面的优点，现在已经成为新一代智能燃气表的首选技术。然而尽管窄带物联网与现有技术相比有着诸多的优势，在某些方面还是会遇到问题，比如由于对于集中度高的智能燃气表来说，由于基站直接连接的智能燃气表数量巨大，当智能燃气表需要上报数据时，由于多是预设的上报时间，很容易形成大量智能燃气表同时上报数据的情况，造成基站信道拥堵。现有技术对比并没有很好的解决方法。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种不添加额外设备、实现数据上报时间分布的动态平衡、成本低廉、操作简单、可靠性高的数据上报时间动态选择方法及窄带物联网智能燃气表。

一种数据上报时间动态选择方法，包括如下步骤：

S1：控制单元读取预设上报时间T，在到达上报时间时进行数据上报；若上报成功则结束本方法，若上报失败则执行步骤S2；

S2：控制单元读取预设的上报间隔基准时间t及调整区段t₀，在(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’并开始计时，当计时时间到达t’时进行下一次数据上报，所述t＞t₀；

S3：控制单元进行判断：若上报成功则执行步骤S4，若上报失败则返回执行S2；

S4：记录上报成功的时间并将其设置为预设上报时间T，本方法结束。

进一步地，所述步骤S1中的上报失败是指重复上报x次都没有成功，所述x取2～5中任一值。

进一步地，在上报失败后执行步骤S2之前记录上报失败次数，若上报失败次数达到预设次数，则控制单元向基站和/或现场发送报警信号，本方法结束。

一种窄带物联网智能燃气表，包括：

控制单元，用于从存储模块读取预设上报时间T并在接收到时钟模块的到时信号后将数据发送至NB-IoT通信模块；在上报失败后从存储模块读取上报间隔基准时间t和调整区段t₀，并从(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’，触发时钟模块计时；在接收到t’计时结束的信号后将数据发送至NB-IoT通信模块；在数据上报成功时将上报成功的时间作为预设上报时间T写入存储模块；

存储模块，用于保存预设上报时间T、上报间隔基准时间t和调整区段t₀；

时钟模块，用于在到达预设上报时间T时向控制单元发出到时信号；用于根据间隔时间t’计时并在计时结束时向控制单元发出计时结束信号；

NB-IoT通信模块，用于与基站进行通信，将上报数据发送到基站；

所述控制单元分别与电源模块、时钟模块、NB-IoT通信模块、存储模块连接。

一种窄带物联网智能燃气表，包括：

控制单元，用于从存储模块读取预设上报时间T并在接收到时钟模块的到时信号后将数据发送至NB-IoT通信模块；在上报失败后从存储模块读取上报间隔基准时间t和调整区段t₀，并从(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’，触发时钟模块计时；在接收到t’计时结束的信号后将数据发送至NB-IoT通信模块；在数据上报成功时将上报成功的时间作为预设上报时间T写入存储模块；用于在上报失败达到预设次数时触发报警器；

存储模块，用于保存预设上报时间T、上报间隔基准时间t和调整区段t₀；

时钟模块，用于在到达预设上报时间T时向控制单元发出到时信号；用于根据间隔时间t’计时并在计时结束时向控制单元发出计时结束信号；

NB-IoT通信模块，用于与基站进行通信，将上报数据发送到基站；

报警器，用于发出报警信号；

所述控制单元分别与电源模块、时钟模块、NB-IoT通信模块、存储模块、报警器连接。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、通过在智能燃气表上采用随机间隔时间上传来实现数据上报，一方面可以避开上报高峰期，可以非常有效地解决信道拥堵的情况，在燃气表数量多时可以有效的提高燃气表上报成功率；另一方面仅凭智能燃气表，不添加其他设备就实现了自动将数据上报的时间错开并均匀分布，从而达到宏观上的数据上报时间分布的动态平衡的效果；

2、通过设置重复上报多次不成功才算一次上报失败，有效地避免了因为其他意外原因(而非信道拥堵)造成的上报失败，确保每次重新确定上报时间都是因为信道拥堵所至，可以更好地达到基站信道资源的负载均衡；

3、通过设置上报失败的预设次数，当多次上报失败过多达到预设次数时，可判断有可能是燃气表发生了故障，此时向基站和现场发出报警信号就可以让维护人员及时前来对燃气表进行检修，还能避免因无休止地进行数据上报操作而白白耗费电量。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明智能燃气表的结构示意图。

其中，1控制单元，2存储模块，3时钟模块，4NB-IoT通信模块，5电源模块，6报警器。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1：

一种数据上报时间动态选择方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：控制单元读取预设上报时间T，在到达上报时间时进行数据上报；若上报成功则结束本方法，若上报失败则执行步骤S2；

S2：控制单元读取预设的上报间隔基准时间t及调整区段t₀，在(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’并开始计时，当计时时间到达t’时进行下一次数据上报，所述t＞t₀；

S3：控制单元进行判断：若上报成功则执行步骤S4，若上报失败则返回执行S2；

S4：记录上报成功的时间并将其设置为预设上报时间T，本方法结束。

由于基于窄带物联网的智能燃气表数量非常庞大且通常安装较为集中，基站一般会与附近小区的大量智能燃气表建立连接，而智能燃气表的数据上报时间往往采用预设，很容易出现在一个时间段有很多燃气表同时进行数据上报，这样就会使基站的信道资源发生拥堵，导致数据上报成功率显著降低，此时就算反复重新上报也不一定就能成功，无法保证智能燃气表与基站的正常数据交互。

鉴于此，本方法通过在终端的燃气表上采用随机间隔时间上传来实现数据上报，一方面可以避开上报高峰期，可以非常有效地解决信道拥堵的情况，在燃气表数量多时可以有效的提高燃气表上报成功率；另一方面，与基站连接的智能燃气表只要采用本方法进行上传(不一定是全部，有大部分采用本方法也可以)，从基站侧来看，仅凭所述智能燃气表就可以实现自动将数据上报的时间错开并均匀分布，从而实现宏观上的数据上报时间分布的动态平衡，有效解决了集中上报导致信道拥堵的问题。不管是增加还是减少智能燃气表的数量都不需要进行额外的操作，也不影响本方法的技术效果。

另外，由于基于窄带物联网的智能燃气表通常是直接与基站连接，而不能获取周边其他智能燃气表的信息(目前的NB-IoT技术不支持组播)，所以现有技术中为了解决集中上报导致信道拥堵的问题，通常是采用额外设置一个中间设备分别与所有智能燃气表连接通信，并通过将智能燃气表分组并按批次依次进行数据上报。然而这样一来又因为添加了额外的通信设备而增加了实施的成本，且有新的燃气表与所述设备建立连接后还需要重新分组，过程较为复杂繁琐。比起通过设置额外的设备来将智能燃气表分组后再分批次进行上传，本申请的方案实现了在智能燃气表端进行动态的数据上报时间分配，不需要添加额外的硬件，成本低廉，操作简单，可靠性高。

作为方案的进一步优化，所述步骤S1中的上报失败可以是重复上报x次都没有成功。因为单次数据上报失败有可能不是因为信道拥堵而是其他原因，为了稳妥起见可以多尝试几次来确保是因为信道的原因导致的上报失败。特别地，所述x可以取2～5；所述x可以是大于1的自然数，但是从本方法的目的考虑不宜取太大的数。所述上报间隔基准时间t和调整区段t₀可以预设也可以通过网络进行修改；特别地，所述上报间隔基准时间t可以选择20min～120min，所述调整区段t₀可以选择10min～60min。为了保证时间有效，t要大于t₀；作为优选，t₀可以在t/2左右取值。

作为方案的进一步优化，若上报失败达到预设次数n，则控制单元1向基站发送报警信号，其中n为正整数。一般来说，数据成功上传时上传失败的次数不超过2次，也就是说通常延时两次，总共三次上报就差不多可以保证上传成功了，除非运气太差。如果智能燃气表经过了多次(比如n≥5)延时数据上报的尝试后依旧失败，就有可能是智能燃气表设备本身发生的故障，此时向基站发送报警信号以提示维护人员及时上门检修燃气表。考虑到网络很有可能不通，此时智能燃气表还可以同时触发报警器报警以提醒用户本燃气表可能发生故障需要进行检查维护。

实施例2：

一种窄带物联网智能燃气表，如图2所示，包括：

控制单元1，用于从存储模块2读取预设上报时间T并在接收到时钟模块3的到时信号后将数据发送至NB-IoT通信模块4；在上报失败后从存储模块2读取上报间隔基准时间t和调整区段t₀，并从(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’，触发时钟模块3计时；用于在接收到t’计时结束的信号后将数据发送至NB-IoT通信模块4；用于在数据上报成功时将上报成功的时间作为预设上报时间T写入存储模块2；

存储模块2，用于保存预设上报时间T、上报间隔基准时间t和调整区段t₀；

时钟模块3，用于在到达预设上报时间T时向控制单元1发出到时信号；用于根据间隔时间t’计时并在计时结束时向控制单元1发出计时结束信号；

NB-IoT通信模块4，用于与基站进行通信，将上报数据发送到基站；

所述控制单元1分别与电源模块5、时钟模块3、NB-IoT通信模块4、存储模块2连接。

所述控制单元可以是MCU，具体可包括STM32微处理器；所述时钟模块可采用低功耗的PCF8563时钟芯片；所述存储模块可采用AT24C32存储芯片；所述NB-IoT通信模块可采用ME3612模组；所述电源模块可采用MD5333为MCU提供3.3V的直流稳压电源。

本文中的数据是指智能燃气表的上报数据，上报数据属于现有技术，此处不详述。本实施例能够通过在智能燃气表上采用随机间隔时间上传来实现数据上报，一方面可以避开上报高峰期，可以非常有效地解决信道拥堵的情况，在燃气表数量多时可以有效的提高燃气表上报成功率。

实施例3：

一种窄带物联网智能燃气表，如图2所示，包括：

控制单元1，用于从存储模块2读取预设上报时间T并在接收到时钟模块3的到时信号后将数据发送至NB-IoT通信模块4；在上报失败后从存储模块2读取上报间隔基准时间t和调整区段t₀，并从(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’，触发时钟模块3计时；在接收到t’计时结束的信号后将数据发送至NB-IoT通信模块4；在数据上报成功时将上报成功的时间作为预设上报时间T写入存储模块2；用于在上报失败达到预设次数时触发报警器6；

存储模块2，用于保存预设上报时间T、上报间隔基准时间t和调整区段t₀；

时钟模块3，用于在到达预设上报时间T时向控制单元1发出到时信号；用于根据间隔时间t’计时并在计时结束时向控制单元1发出计时结束信号；

NB-IoT通信模块4，用于与基站进行通信，将上报数据发送到基站；

报警器6，用于发出报警信号；

所述控制单元1分别与电源模块5、时钟模块3、NB-IoT通信模块4、存储模块2、报警器6连接。

除此之外，本窄带物联网智能燃气表还可以包括电源检测芯片、燃气控制阀、干簧管采样传感器、显示装置、磁干扰报警装置、开盖报警装置等等。所述电源检测芯片可选择HT7033进行3.3V掉电检测；所述燃气控制阀可选择DR8837芯片控制阀门；所述显示装置可采用LCD显示屏。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种数据上报时间动态选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：控制单元读取预设上报时间T，在到达上报时间时进行数据上报；若上报成功则结束本方法，若上报失败则执行步骤S2；

S2：控制单元读取预设的上报间隔基准时间t及调整区段t₀，在(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’并开始计时，当计时时间到达t’时进行下一次数据上报，所述t＞t₀；

S3：控制单元进行判断：若上报成功则执行步骤S4，若上报失败则返回执行S2；

S4：记录上报成功的时间并将其设置为预设上报时间T，本方法结束。

2.根据权利要求1所述的一种数据上报时间动态选择方法，其特征在于：

所述步骤S1中的上报失败是指重复上报x次都没有成功，所述x取2～5中任一值。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种数据上报时间动态选择方法，其特征在于：

在上报失败后执行步骤S2之前记录上报失败次数，若上报失败次数达到预设次数，则控制单元向基站和/或现场发送报警信号，本方法结束。

4.一种窄带物联网智能燃气表，其特征在于，包括：

控制单元，用于从存储模块读取预设上报时间T并在接收到时钟模块的到时信号后将数据发送至NB-IoT通信模块；在上报失败后从存储模块读取上报间隔基准时间t和调整区段t₀，并从(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’，触发时钟模块计时；在接收到t’计时结束的信号后将数据发送至NB-IoT通信模块；在数据上报成功时将上报成功的时间作为预设上报时间T写入存储模块；

存储模块，用于保存预设上报时间T、上报间隔基准时间t和调整区段t₀；

时钟模块，用于在到达预设上报时间T时向控制单元发出到时信号；用于根据间隔时间t’计时并在计时结束时向控制单元发出计时结束信号；

NB-IoT通信模块，用于与基站进行通信，将上报数据发送到基站；

所述控制单元分别与电源模块、时钟模块、NB-IoT通信模块、存储模块连接。

5.一种窄带物联网智能燃气表，其特征在于，包括：

控制单元，用于从存储模块读取预设上报时间T并在接收到时钟模块的到时信号后将数据发送至NB-IoT通信模块；在上报失败后从存储模块读取上报间隔基准时间t和调整区段t₀，并从(t-t₀，t+t₀)的区间内随机选择一个间隔时间t’，触发时钟模块计时；在接收到t’计时结束的信号后将数据发送至NB-IoT通信模块；在数据上报成功时将上报成功的时间作为预设上报时间T写入存储模块；用于在上报失败达到预设次数时触发报警器；

存储模块，用于保存预设上报时间T、上报间隔基准时间t和调整区段t₀；

时钟模块，用于在到达预设上报时间T时向控制单元发出到时信号；用于根据间隔时间t’计时并在计时结束时向控制单元发出计时结束信号；

NB-IoT通信模块，用于与基站进行通信，将上报数据发送到基站；

报警器，用于发出报警信号；

所述控制单元分别与电源模块、时钟模块、NB-IoT通信模块、存储模块、报警器连接。