CN110753378A - 一种基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于NB‑IoT和北斗的双通道通信方法，该方法通过周期性检测NB‑IoT网络的信号质量情况，在NB‑IoT网络的信号质量合格时选择NB‑IoT模块通信，否则选择北斗模块通信，实现以NB‑IoT通信为主，在NB‑IoT无法通信的少数情况下以北斗技术辅助通信的通信方式，充分利用NB‑IoT技术低功耗、广覆盖、低成本的特点和北斗通信技术覆盖范围广、可靠性高的特点，通过合理选择通信方式达到通信终端主要采用NB‑IoT通信，在少数情况下采用北斗技术通信，实现了通信终端功耗大幅降低的同时保持高可靠性的技术效果。

Description

一种基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法。

背景技术

目前野外通信设备采用的通信方式单一，主要有以下三类：一是基于传统GSM(Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统)、LTE(Long TermEvolution，长期演进)等公共移动陆地通信网络(Public Land Mobile Network，PLMN)的通信技术；二是基于卫星通信系统的北斗卫星通信技术；三是基于传统模拟通信技术的对讲机通信。

野外通信设备主要采用基于传统GSM、LTE等公共移动陆地通信网络的通信技术的手机设备，是因为它功能多样、应用场景广泛，但是在野外救援场景中，手机功耗过高，严重消耗了资源，且野外信号质量差，通信不可靠。基于卫星通信技术的卫星电话有保密性高，安全可靠等优点，但是费用过高，只有少数人可以负担消费。基于传统模拟通信技术的对讲机通信，在不需要任何网络支持的情况下，就可以通话，没有话费产生，但是通信范围有限，无法与外界通信。在现有的野外通信设备中，也出现了采用我国自主研发的北斗卫星通信技术进行定位与通信的专业野外通信设备，北斗技术应用于海上救援场景的设备较普遍，虽然可靠性高，但是存在功耗高的问题。

发明内容

为解决野外救援通信设备采用单一通信技术而存在的功耗高或通信不稳定的问题，本发明提供一种NB-IoT(Narrow Band Internet ofThings，窄带物联网)和北斗的双通道通信方法，实现以NB-IoT通信为主，在NB-IoT模块无法通信的少数情况下以北斗技术辅助通信的通信方式，充分利用NB-IoT技术低功耗和北斗通信技术高可靠性的特点，保证了野外通信设备的高可靠性和强续航能力。

本发明采用的技术方案是：

一种基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，包括以下步骤：

S1：通信终端周期性地检测NB-IoT模块的状态，并将状态检测结果信息存储在本地存储模块中；

S2：当所述通信终端接收到数据发送请求时，获取待发送给服务器的设备数据，并从所述本地存储模块中读取当前存储的状态检测结果信息；

S3：根据读取的状态检测结果信息判断所述通信终端的NB-IoT模块当前的工作状态是否正常，如是，转至S4，否则，转至S7；

S4：通过NB-IoT模块向所述服务器发送所述设备数据；

S5：判断是否成功通过所述NB-IoT模块发送所述设备数据，如是，转至S6，否则，转至S7；

S6：结束本次数据发送过程；

S7：判断当前是否满足通信模块切换条件，如是，转至S8，否则，转至S4；

S8：通过北斗模块向所述服务器发送所述设备数据。

可选的，所述步骤S7包括：

判断通过所述NB-IoT模块连续发送所述设备数据的次数是否达到第一预设次数阈值，如是，则判定当前满足通信模块切换条件；

或，

判断通过所述NB-IoT模块发送所述设备数据的时长是否达到第一预设时长阈值，如是，则判定当前满足通信模块切换条件。

可选的，在步骤S8之后还包括以下步骤：

S9：判断是否成功通过所述北斗模块发送所述设备数据，如是，转至S6，否则，转至S10；

S10：判断当前是否满足传输暂停条件，如是，转至S11，否则，转至S8；

S11：传输挂起，控制所述北斗模块进入休眠状态。

可选的，所述步骤S10包括：

判断通过所述北斗模块连续发送所述设备数据的次数是否达到第二预设次数阈值，如是，则判定当前满足传输暂停条件；

或，

判断通过所述北斗模块发送所述设备数据的时长是否达到第二预设时长阈值，如是，则判定当前满足传输暂停条件。

可选的，在所述步骤S11之后，还包括：

当所述通信终端接收到用户下发的发送所述设备数据的发送指令时，再次转至步骤S2；

或，

当传输挂起的持续时长到达第三预设时长阈值时，再次转至步骤S2；

可选的，所述通信终端每隔20分钟对所述NB-IoT模块的工作状态进行检测，并对本地存储模块存储的状态检测结果进行更新。

可选的，还包括以下步骤：

S12：当所述通信终端接收到服务器发送的数据接收请求时，从所述本地存储模块中读取当前存储的状态检测结果信息；

S13：根据读取的状态检测结果信息判断所述通信终端的NB-IoT模块当前的工作状态是否正常，如是，转至S14，否则，转至S15；

S14：通过NB-IoT模块接收所述服务器发送的数据；

S15：通过北斗模块接收所述服务器发送的数据。

可选的，步骤S1包括：

所述通信终端检测所述NB-IoT模块的信号强度、网络附着状态以及网络注册连接状态，若检测到所述NB-IoT模块的信号强度值达到预设信号强度阈值，且所述NB-IoT模块成功附着于网络中，且所述网络已成功注册，则判定所述NB-IoT模块工作正常，将寄存器的状态标志位置0，否则，判定所述NB-IoT模块工作异常，将寄存器的状态标志位置1；

所述步骤S3包括：通过读取所述寄存器的状态标志位来判定所述NB-IoT模块是否工作正常。

综上所述，本发明基于NB-IoT和北斗的通信终端的双通道通信方法，将窄带物联网技术与北斗通信技术结合在一起，该方法通过周期性检测NB-IoT网络的信号质量情况，在NB-IoT网络的信号质量合格时选择NB-IoT模块通信，否则选择北斗模块通信，实现以NB-IoT通信为主，在NB-IoT无法通信的少数情况下以北斗技术辅助通信的通信方式，充分利用NB-IoT技术低功耗和北斗通信技术高可靠性的特点，保证了通信设备的高可靠性和强续航能力，非常适合于野外救援场景。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例提供的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法的第一流程示意图；

图2为通信终端检测NB-IoT模块工作状态是否正常的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法的第二流程示意图；

图4为本发明实施例提供的NB-IoT模块的通信流程图；

图5为本发明实施例提供的北斗模块的通信流程图。

具体实施方式

NB-IoT是由3GPP研发的针对移动物联网场景的通信标准，经过近两年标准演进和产业发展，目前在国内已经形成成熟的网络体系，具有基站覆盖范围广、终端成本低、终端功耗极低和大连接等特点，相比于现有2G/3G/4G移动通信网络，在同样的频段下NB-IoT网络提升了100倍的覆盖区域的能力，尤其是针对偏远的沙漠、湖泊、山区、森林等场景，NB-IoT借助其低频段以及广覆盖标准技术，大大提升了网络的覆盖能力。

北斗系统是由中国主导和研发的全球卫星定位和导航系统之一，其凭借高精度的授时、高精度定位、独特的上行短消息发送等特点赢得了业界的认可，广泛应用于国防安全、卫星定位、车辆导航、航天、航空、航海、勘探等行业，目前北斗卫星已经形成了35颗卫星协同工作，形成了全球范围内的覆盖。

本实施例利用NB-IoT技术低功耗、广覆盖、低成本的特点和北斗通信技术覆盖范围广、可靠性高的特点提出了一种基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，请参见图1所示，包括以下步骤：

S1：通信终端周期性地检测NB-IoT模块的状态，并将状态检测结果信息存储在本地存储模块中。

通信终端检测NB-IoT模块的状态实质上对检查NB-IoT模块是否能正常工作，具体来说，通信终端可以检测NB-IoT模块的信号强度、网络附着状态以及网络注册连接状态，若检测到所述NB-IoT模块的信号强度值达到预设信号强度阈值，且NB-IoT模块成功附着于网络中，且网络已成功注册，则判定NB-IoT模块工作正常，只要NB-IoT模块的信号强度、网络附着状态以及网络注册连接状态中的任意一者异常则判定NB-IoT模块工作状态异常，则得到状态检测结果信息后可以将该信息存储在本地存储模块中，具体的，可以存储在寄存器中，若NB-IoT模块工作状态正常，则将寄存器的状态标志位置0，若NB-IoT模块工作状态异常，则将寄存器的状态标志位置1。当然，在另外的实施例中，可以在NB-IoT模块工作状态正常时将寄存器的状态标志位置1，在NB-IoT模块工作状态异常时将寄存器的状态标志位置0。

请参见图2所示，通信终端检测NB-IoT模块正常与否的步骤可以包括如下子步骤：

S101：测量信号强度。

通信终端的微控制单元通过串口向NB-IoT模块发送AT指令AT+CSQ？则可收到信号强度反馈，若CSQ值大于预设信号强度阈值，则可正常工作，若反馈的CSQ值小于预设信号强度阈值，则NB-IoT模块不能正常工作，这里预设的信号强度阈值可以为5，若信号强度检测合格，则进行下一步检测，若信号强度检测不合格或达到最大检测次数则直接判定NB-IoT模块工作异常，并将状态检测结果信息存入存储模块中，比如将寄存器的状态标志位置1并结束检测。

S102：查询网络附着状态。

通信终端的微控制单元通过串口向NB-IoT模块发送AT指令AT+CGATT？则可收到网络附着状态反馈，若已成功附着到网络，则进行下一步检测，若未成功附着到网络或达到最大检测次数则直接判定NB-IoT模块工作异常，并将状态检测结果信息存入存储模块中，比如将寄存器的状态标志位置1并结束检测。

S103：查询模块网络注册连接状态。

通信终端的微控制单元通过串口向NB-IoT模块发送AT指令AT+CEREG？则可收到网络附着状态反馈，若网络已注册成功，则判定NB-IoT模块工作正常，并将状态检测结果信息存入存储模块中，比如将寄存器的状态标志位置0，若网络未注册成功或达到最大检测次数则状态标志位置1。

子步骤S104：开启定时器Timer0，设置NB-IoT模块状态检测周期，定时器到时后重复步骤S101。

值得注意的是，通信终端的微控制单元和NB-IoT模块之间可以通过AT指令通信。子步骤S101、子步骤S102和子步骤S103的顺序可以调换，NB-IoT模块状态检测周期可预设，比如二十分钟，在得到新的状态检测结果信息后应对本地存储模块中的内容进行更新。

S2：当通信终端接收到数据发送请求时，获取待发送给服务器的设备数据，并从本地存储模块中读取当前存储的状态检测结果信息。

在具体实现中，通信终端的控制部分，如微控制单元可以向NB-IoT模块串口或北斗模块串口提交设备数据，以供其发送至服务器。

S3：根据读取的状态检测结果信息判断通信终端的NB-IoT模块当前的工作状态是否正常，如是，转至S4，否则，转至S7。

S4：通过NB-IoT模块向服务器发送设备数据；

S5：判断是否成功通过NB-IoT模块发送设备数据，如是，转至S6，否则，转至S7；

S6：结束本次数据发送过程；

S7：判断当前是否满足通信模块切换条件，如是，转至S8，否则，转至S4；

具体的，判断当前是否满足通信模块切换条件包括：

判断通过NB-IoT模块连续发送该设备数据的次数是否达到第一预设次数阈值，如是，则判定当前满足通信模块切换条件；

或，

判断通过NB-IoT模块发送该设备数据的时长是否达到第一预设时长阈值，如是，则判定当前满足通信模块切换条件。

S8：通过北斗模块向服务器发送该设备数据。

在一些实施例中，在步骤S8之后还可以包括以下步骤：

S9：判断是否成功通过北斗模块发送该设备数据，如是，转至S6，否则，转至S10；

S10：判断当前是否满足传输暂停条件，如是，转至S11，否则，转至S8；

具体的，判断当前是否满足传输暂停条件包括：

判断通过北斗模块连续发送该设备数据的次数是否达到第二预设次数阈值，如是，则判定当前满足传输暂停条件；

或，

判断通过北斗模块发送该设备数据的时长是否达到第二预设时长阈值，如是，则判定当前满足传输暂停条件。

S11：传输挂起，控制北斗模块进入休眠状态。

在一些实施例中，在步骤S11之后，还可以包括：

当通信终端接收到用户下发的发送该设备数据的发送指令时，再次转至步骤S2；

或，

当传输挂起的持续时长到达第三预设时长阈值时，再次转至步骤S2；

应当说明的是，通信终端在接收到数据接收请求时，也可以从本地存储模块中进行状态检测结果信息的读取，从而选择出合适的通信模块接收数据，具体而言，请参见图3所示，包括以下步骤：

S12：当通信终端接收到服务器发送的数据接收请求时，从本地存储模块中读取当前存储的状态检测结果信息。

S13：根据读取的状态检测结果信息判断通信终端的NB-IoT模块当前的工作状态是否正常，如是，转至S14，否则，转至S15。

S14：通过NB-IoT模块接收服务器发送的数据。

S15：通过北斗模块接收服务器发送的数据。

请参见图4所示，本实施例中的NB-IoT模块可以通过如下的过程实现通信：

S41：开启定时器Timer1。

S42：NB-IoT模块连接UDP端口。

S43：NB-IoT模块发送设备数据至服务器

S44：数据发送成功后进入Idel模式，进而进入PSM模式。

值得注意的是，NB-IoT模块在Idle模式下，可收发数据，NB-IoT模块在接收下行数据时会进入Connected模式，NB-IoT模块在无数据交互超过一段时间会进入PSM模式。具体地，可通过AT+CPSMS指令设置。

比如，通过AT+CPSMS指令设置NB-IoT模块在Idel模式停留2分钟后进入PSM模式，在Idel模式和PSM模式下共停留1小时。

在PSM模式下通信终端关闭收发信号机，不监听无线侧的寻呼，因此虽然依旧注册在网络，但信令不可达，无法收到下行数据，功率很小。有上行数据需要传输或TAU(TrackingArea Update,跟踪区更新)周期结束时会进入Connected模式。

值得注意的是，NB-IoT模块数据发送失败或定时器Timer1时间到达后通信终端可以自动切换至北斗模块发送数据。

请参见图5所示，本实施例中的北斗模块可以通过如下的过程实现通信：

S51：开启定时器Timer2。

S52：接受通信终端发送的开机脉冲。

S53：北斗短报文通信模块参数设置。

包括使能串口、配置波特率和通信申请指令设置。

S54：向北斗天线发送短报文数据。

包括发送包长度、源用户地址、信息类别、目的用户地址、发送时间、短报文长度、短报文内容和校验和。

值得注意的是，北斗模块数据发送失败或定时器Timer2时间到达后可以将传输挂起，进入休眠状态，等待下次触发发送设备数据。

也即是说，本实施例中的通信终端在数据传输完成后，通信模块进入休眠状态，等待下次触发发送数据。其中，NB-IoT模块最终进入省电(PSM)模式，北斗模块最终进入休眠(省电)模式。

本发明实施例提供的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，适应于各种通信场景，特别在野外通信场景中具有突出的优点，在无手机信号覆盖情况下，可使数据稳定、可靠地发送出去。此外，将NB-IoT通信与北斗短报文通信技术融合，在NB-IoT信号质量合格的情况下优先选用NB-IoT通信，可以达到低功耗的目的。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通信终端周期性地检测NB-IoT模块的状态，并将状态检测结果信息存储在本地存储模块中；

S2：当所述通信终端接收到数据发送请求时，获取待发送给服务器的设备数据，并从所述本地存储模块中读取当前存储的状态检测结果信息；

S3：根据读取的状态检测结果信息判断所述通信终端的NB-IoT模块当前的工作状态是否正常，如是，转至S4，否则，转至S7；

S4：通过NB-IoT模块向所述服务器发送所述设备数据；

S5：判断是否成功通过所述NB-IoT模块发送所述设备数据，如是，转至S6，否则，转至S7；

S6：结束本次数据发送过程；

S7：判断当前是否满足通信模块切换条件，如是，转至S8，否则，转至S4；

S8：通过北斗模块向所述服务器发送所述设备数据。

2.如权利要求1所述的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

判断通过所述NB-IoT模块连续发送所述设备数据的次数是否达到第一预设次数阈值，如是，则判定当前满足通信模块切换条件；

或，

判断通过所述NB-IoT模块发送所述设备数据的时长是否达到第一预设时长阈值，如是，则判定当前满足通信模块切换条件。

3.如权利要求1所述的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，其特征在于，在步骤S8之后还包括以下步骤：

S9：判断是否成功通过所述北斗模块发送所述设备数据，如是，转至S6，否则，转至S10；

S10：判断当前是否满足传输暂停条件，如是，转至S11，否则，转至S8；

S11：传输挂起，控制所述北斗模块进入休眠状态。

4.如权利要求3所述的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，其特征在于，所述步骤S10包括：

判断通过所述北斗模块连续发送所述设备数据的次数是否达到第二预设次数阈值，如是，则判定当前满足传输暂停条件；

或，

判断通过所述北斗模块发送所述设备数据的时长是否达到第二预设时长阈值，如是，则判定当前满足传输暂停条件。

5.如权利要求3所述的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，其特征在于，在所述步骤S11之后，还包括：

当所述通信终端接收到用户下发的发送所述设备数据的发送指令时，再次转至步骤S2；

或，

当传输挂起的持续时长到达第三预设时长阈值时，再次转至步骤S2。

6.如权利要求1所述的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，其特征在于，所述通信终端每隔20分钟对所述NB-IoT模块的工作状态进行检测，并对本地存储模块存储的状态检测结果进行更新。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S12：当所述通信终端接收到服务器发送的数据接收请求时，从所述本地存储模块中读取当前存储的状态检测结果信息；

S13：根据读取的状态检测结果信息判断所述通信终端的NB-IoT模块当前的工作状态是否正常，如是，转至S14，否则，转至S15；

S14：通过NB-IoT模块接收所述服务器发送的数据；

S15：通过北斗模块接收所述服务器发送的数据。

8.如权利要求1-6任一项所述的基于NB-IoT和北斗的双通道通信方法，其特征在于，步骤S1包括：

所述通信终端检测所述NB-IoT模块的信号强度、网络附着状态以及网络注册连接状态，若检测到所述NB-IoT模块的信号强度值达到预设信号强度阈值，且所述NB-IoT模块成功附着于网络中，且所述网络已成功注册，则判定所述NB-IoT模块工作正常，将寄存器的状态标志位置0，否则，判定所述NB-IoT模块工作异常，将寄存器的状态标志位置1；

所述步骤S3包括：通过读取所述寄存器的状态标志位来判定所述NB-IoT模块是否工作正常。

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