CN110856234A - 一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法及系统 - Google Patents

一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PSM接入方式的NB‑IoT表计节能方法和系统，该方法包括如下步骤：在NB‑IoT模块初始化设置中，设置接入方式为PSM；附着网络；在上下行交互完毕后，控制NB‑IoT模块进入PSM状态；当再次发起上行时或者设定的PSM态持续时间完结后，唤醒NB‑IoT模块。该方法可以解决解决目前NB‑IOT表附着搜网功耗较大的技术问题。

Description

一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法及系统
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法及系统。
背景技术
目前基于NB-IoT技术的燃气表连接网络采用DRX模式，此模式下，优点是终端可以随时发送和接收数据，缺点是由于终端会一直处于连接状态，因此功耗较大。
如图2所示，目前无论是GPRS无线远传表还是基于NB-IoT技术的燃气表降低功耗的方式主要为当终端完成与三方服务器的上下行数据交互后，终端采取断电的方法降低终端的功耗。这种降低功耗的方法，终端在每次上报数据前都需要重新上电附着网络，而每次附着的搜网过程都会增加额外的功耗。另如遇到网络环境不太理想，未进行异常处理，会增加附着搜网时长，大幅增加功耗。此种模式的功耗组成为：QDRX＝Q附着+Q发数+Q断网。即附着网络的功耗+发送数据的功耗+断开网络的功耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PSM接入方式的NB-IOT表计节能方法及系统，解决目前NB-IOT表附着搜网功耗较大的技术问题。
为解决上述问题，第一方面，本发明提供一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法，包括如下步骤：
在NB-IoT模块初始化设置中，设置接入方式为PSM；
附着网络；
在上下行交互完毕后，控制NB-IoT模块进入PSM状态；
当再次发起上行时或者设定的PSM态持续时间完结后，唤醒NB-IoT模块。
进一步地，所述初始化设置还包括扰码设置和带宽设置。
进一步地，在所述上下行交互完毕后，取消NB-IoT模块默认的寻呼时间，直接进入PSM状态。
进一步地，所述上下行交互包括终端数据的上报，终端异常信息上报、开关阀指令的下发中的至少一种。
进一步地，功耗计算公式为：首次上报功耗+第(n+1)次上报功耗+PSM态功耗，其中n为大于等于1的整数。
进一步地，所述方法还包括当出现上行报错或下行报错进行异常处理，所述异常处理包括模组重启、最小功能模式设置和频点清除。
第二方面，本发明提供一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能系统，包括：
初始化模块，用于在NB-IoT模块初始化设置中，设置接入方式为PSM；
网络附着模块，用于附着网络；
PSM进入模块，用于在上下行交互完毕后，控制NB-IoT模块进入PSM状态；
唤醒模块，用于当再次发起上行时或者设定的PSM态持续时间完结后，唤醒NB-IoT模块。
进一步地，所述初始化模块还用于扰码设置和带宽设置。
进一步地，所述PSM进入模块还用于：在所述上下行交互完毕后，取消NB-IoT模块默认的寻呼时间，直接进入PSM状态。
进一步地，所述上下行交互包括终端数据的上报，终端异常信息上报、开关阀指令的下发中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的具有如下有益效果：在初次上报完成后，终端并不断开网络，而是进入PSM状态，在PSM状态下功耗较低，且可以一直保持在线状态，只是不再传输数据，当需要再次上报时，不需要重新附着网络，节约了网络搜索的功耗，NB-IoT模块被再次唤醒，直接进行上报。此外，增加的异常处理流程解决附着搜网时间长导致的功耗增加问题。
附图说明
图1为DRX模式的示意图；
图2为现有技术中基于NB-IoT技术的燃气表上报数据的流程图；
图3为PSM模式的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于PSM接入方式的NB-IOT表计节能方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图中示出的若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，描述这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本本发明的范围。
术语解释：
NB-IoT(Narrow Band-Internet of Things)窄带物联网。
PSM(power saving mode)低功耗模式。
DRX(Discontinuous Reception)非连续性接收。
Paging：寻呼。
目前基于NB-IoT技术的燃气表降低功耗的方式与采用GPRS技术的燃气表降低功耗的方法相同。主要为当终端完成与三方服务器的上下行数据交互后，终端采取断网的方法降低终端的功耗。这种降低功耗的方法，终端在每次上报数据前都需要重新上电附着网络，而非直接上报，因此每次附着的搜网过程都会增加额外的功耗。
针对DRX模式附着搜网功耗问题，本发明实施例提供了一种基于PSM模式的降低附着搜网功耗的方法，在PSM模式下，如图3所示，终端只有在上报数据时NB-IoT模块才能唤醒，数据发送完毕后，模块进入空闲态，空闲态的持续时间由核心网设置，空闲态下终端可接收下行数据，当空闲态的持续时间完结后，模块将进入PSM态，此时模块处于休眠状态，但终端仍然处于在线状态，但不能接收下行数据。当再次发起上行或者核心网设定的PSM态持续时间完结，模块才会被再次唤醒。
针对PSM模式以及附着搜网功耗的问题，本发明实施例提供的方法具体包括如下步骤：
S1：初始化设置。初始化设置包括：扰码设置、带宽设置、接入方式设置。接入方式与运营商开卡时设置相同，扰码与带宽的设置需要按照接入基站的进行设置。初始化设置决定了能否成功附着网络与搜网的速度。
其中，接入方式设置为PSM。
S2：附着网络，附着网络的时长除了与终端本身的初始化设置有关外，还与网络的覆盖强度有关，覆盖等级越高，附着的时间越短，附着功耗越低。
S3：上下行交互，具体包括终端数据的上报，终端异常信息上报，开关阀指令的下发等。
S4：终端在上下行交互完毕后，NB-IoT模块默认20s后进入PSM，在此20s内，终端一直处于接收paging的状态，增加了不必要的功耗，因此本设计关闭20s延时模块立即进入PSM态。
S5：当再次发起上行时或者设定的PSM态持续时间完结后，唤醒NB-IoT模块。
进一步地，该方法还包括：
S6：异常处理，异常处理包括模组重启、最小功能模式设置和频点清除。
最后一包业务数据采用带有RAI功能的命令发送，提示核心网立即释放RRC连接，带模组的终端快速进入到idle状态，待idle定时器超时后，终端自动进入PSM。
在本发明实施例提供的模式下，功耗组成为分三部分：(1)首次上报；(2)第n+1次上报，其中n为1,2,3……；(3)PSM态功耗
(1)首次上报功耗：
QPSM1＝Q附着+Q发数……(2)
(2)n+1次上报
QPSMn+1＝Q发数……(3)
(3)PSM态功耗：
QPSM
例如：以24小时为周期抄表，其中idle态的功耗为6mA，paging为60mA，发送数据为230mA，PSM为5μA(此数据为NB-IoT的参数)。
当接入方式为DRX时，指令交互时长tDRX约为19.2s(实测)。断网延时t断网为5s，当接入方式为PSM时，第一次指令交互tPSM1的时长约为12.76s(实测)，第n+1次的指令交互时长tPSMn+1为4s(实测)即发数时长t发数。由上述条件带入公式(2)可知：
t附着＝tPSM1-tPSMn+1＝12.76-4＝8.76s≈9s
由公式(1)验证可知：
t附着＝tDRX-t发数-t断网＝19.2-4-5＝10.2s
两者存在1s误差，相同测试环境，1s误差可能由人为仪器操作导致也可能是附着时间稍长导致。
1、接入方式为DRX时，带入公式(1)计算消耗电量为：
QDRX＝[60mA×(5s+9s)÷2+6mA×(5s+9s)÷2+230mA×4]×2＝2764mA.s
此处除以2，是由于paging态和idle态交替出现，且时间相同。
2、PSM接入方式下，带入公式(2)计算消耗电量为：
Q＝[60mA×9s÷2+6mA×9s÷2+230mA×4s]+[230mA×4s]+[5×10-6)mA×24×3600s]＝2141.32mA.s
比较结果：QDRX>Q
和上述方法对应的，本发明实施例还提供一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能系统，包括：
初始化模块，用于在NB-IoT模块初始化设置中，设置接入方式为PSM；
网络附着模块，用于附着网络；
PSM进入模块，用于在上下行交互完毕后，控制NB-IoT模块进入PSM状态；
唤醒模块，用于当再次发起上行时或者设定的PSM态持续时间完结后，唤醒NB-IoT模块。
进一步地，所述初始化模块还用于扰码设置和带宽设置。
进一步地，所述PSM进入模块还用于：在所述上下行交互完毕后，取消NB-IoT模块默认的寻呼时间，直接进入PSM状态。
进一步地，所述上下行交互包括终端数据的上报，终端异常信息上报、开关阀指令的下发中的至少一种。
进一步地，还包括异常处理模块，用于模组重启、最小功能模式设置和频点清除。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法，其特征在于，包括如下步骤：
在NB-IoT模块初始化设置中，设置接入方式为PSM；
附着网络；
在上下行交互完毕后，控制NB-IoT模块进入PSM状态；
当再次发起上行时或者设定的PSM态持续时间完结后，唤醒NB-IoT模块。
2.根据权利要求1所述的基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法，其特征在于，所述初始化设置还包括扰码设置和带宽设置。
3.根据权利要求1所述的基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法，其特征在于，在所述上下行交互完毕后，取消NB-IoT模块默认的寻呼时间，直接进入PSM状态。
4.根据权利要求1所述的基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法，其特征在于，所述上下行交互包括终端数据的上报，终端异常信息上报、开关阀指令的下发中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法，其特征在于，功耗计算公式为：首次上报功耗+第(n+1)次上报功耗+PSM态功耗，其中n为大于等于1的整数。
6.根据权利要求1所述的基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能方法，其特征在于，所述方法还包括当出现上行报错或下行报错进行异常处理，所述异常处理包括模组重启、最小功能模式设置和频点清除。
7.一种基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能系统，其特征在于，包括：
初始化模块，用于在NB-IoT模块初始化设置中，设置接入方式为PSM；
网络附着模块，用于附着网络；
PSM进入模块，用于在上下行交互完毕后，控制NB-IoT模块进入PSM状态；
唤醒模块，用于当再次发起上行时或者设定的PSM态持续时间完结后，唤醒NB-IoT模块。
8.根据权利要求7所述的基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能系统，其特征在于，所述初始化模块还用于扰码设置和带宽设置。
9.根据权利要求7所述的基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能系统，其特征在于，所述PSM进入模块还用于：在所述上下行交互完毕后，取消NB-IoT模块默认的寻呼时间，直接进入PSM状态。
10.根据权利要求7所述的基于PSM接入方式的NB-IoT表计节能系统，其特征在于，所述上下行交互包括终端数据的上报，终端异常信息上报、开关阀指令的下发中的至少一种。
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