CN112969153B - 一种NB-IoT设备通讯系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种NB‑IoT设备通讯系统及方法，本发明的系统包括包括若干NB‑IoT设备和至少一组基站；所有所述NB‑IoT设备中不能与基站建立连接的NB‑IoT设备，通过依次与相邻NB‑IoT设备建立连接，并将数据传递给相邻NB‑IoT设备，直至将所有NB‑IoT设备的数据通过能够与基站建立连接的NB‑IoT设备传递给基站。本发明的方法包括所有NB‑IoT设备在唤醒后，优先尝试与基站建立连接，当与基站建立连接时，将接收到的数据以及自身数据传送给基站，当在设定时间内，没有与基站建立连接时，依照设定顺序，向上一层级的NB‑IoT设备发送连接请求，并将接收到的数据和自身数据一起发送给上一层级的NB‑IoT设备。本发明实现了NB‑IoT设备在信号盲区的布置与覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体地说是一种NB-IoT设备通讯系统及方法。
背景技术
NB-IoT为Narrow Band Internet of Things的简称，即基于蜂窝的窄带物联网，是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网络、UMTS网络或LTE网络，它具有低功耗、广域度和低速率的优势，在实际应用中发挥了巨大的作用。
NB-IoT的低功耗技术是通过休眠和激活唤醒来实现的，它的通讯过程是先连接到基站，再由基站连接至网络，如图1所示，所有NB-IoT设备以基站为中心，呈星式连接，也正是因为NB-IoT对传统基站的依赖，在未设基站的山区、涵洞、森林、大型建筑内等区域形成了NB-IoT信号的盲区，在这些区域使用NB-IoT技术是，还需要在区域内配备基站进行传输，否则无法将NB-IoT设备接入到网络中进行通信。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足，提供一种NB-IoT设备通讯系统，用于在未设基站的山区、涵洞、森林、大型建筑等进行物联网设备的布置与通讯，还提供一种利用上述系统的NB-IoT设备通讯方法。
本发明所采用技术方案是：
一种NB-IoT设备通讯系统，包括若干NB-IoT设备和至少一组基站；其中：
所有所述NB-IoT设备中不能与基站建立连接的NB-IoT设备，通过依次与相邻NB-IoT设备建立连接，并将数据传递给相邻NB-IoT设备，直至将所有NB-IoT设备的数据通过能够与基站建立连接的NB-IoT设备传递给基站。
作为对本发明系统的进一步的优化，本发明所述NB-IoT设备内设置有用于连接基站的NB-IoT通讯模块和用于与相邻NB-IoT设备的链式通讯模块；
当NB-IoT设备定时唤醒后，先运行NB-IoT通讯模块尝试与基站进行连接，当在设定时间内，NB-IoT通讯模块未连接至基站时，运行链式通讯模块尝试与邻近NB-IoT设备进行连接。
作为对本发明系统的进一步的优化，本发明所述NB-IoT设备的唤醒方式为定时唤醒和/或被其相关联的其他NB-IoT设备请求唤醒。
作为对本发明系统的进一步的优化，本发明所有NB-IoT设备通过建立传输链依次进行通讯交互，且传输链通过NB-IoT设备间实际关联关系划分为多个层级，同一层级内包括至少一个NB-IoT设备，且同一层级内的多个NB-IoT设备不存在通讯交互，相邻层级之间且位于同一传输链上的NB-IoT设备进行通讯交互。
作为对本发明系统的进一步的优化，本发明每个NB-IoT设备均定义有唯一一个ID编号，并通过NB-IoT设备的ID编号定义所述传输链的传输顺序。
作为对本发明系统的进一步的优化，本发明每个NB-IoT设备发送的指令中包含发送信息时的时间点，用于后续接收NB-IoT设备进行对表。
作为对本发明系统的进一步的优化，本发明NB-IoT设备在每次唤醒进行通讯传输过程中，传输链中由位于根节点的NB-IoT设备优先唤醒，且下次唤醒的时间不小于整个传输链的通讯传输时间。
作为对本发明系统的进一步的优化，本发明传输链中有且仅存在一个NB-IoT设备处于发送指令的状态，其他NB-IoT设备均处于静默监听的状态。
本发明还提供一种NB-IoT设备通讯方法，包括：
NB-IoT设备能够与基站进行连接，并进行数据传输，NB-IoT设备之间也能够建立连接，并能够进行数据传输；
所有NB-IoT设备在唤醒后，优先尝试与基站建立连接，当与基站建立连接时，将接收到的数据以及自身数据传送给基站，当在设定时间内，没有与基站建立连接时，依照设定顺序，向上一层级的NB-IoT设备发送连接请求，并将接收到的数据和自身数据一起发送给上一层级的NB-IoT设备。
作为对本发明方法的进一步的优化，本发明位于传输链中根节点的NB-IoT设备定时唤醒，其他NB-IoT设备在静默监听过程中当接收到连接请求后唤醒，在设定时间内没有接收到连接请求唤醒时，进行定时唤醒。
本发明具有以下优点：
本发明的系统主要用于基站覆盖不到的山区、涵洞等得信号覆盖盲区内，多个NB-IoT设备依次布置在盲区内，其中至少一个NB-IoT设备能够与基站建立连接，其他未能与基站建立连接的NB-IoT设备，通过依次进行相互连接并进行数据发送存储，直至将所有NB-IoT设备的数据发送给能够与基站连接的NB-IoT设备中，该设备将所接受的所有数据和自身数据发送给基站，实现了NB-IoT设备在信号盲区的布置与覆盖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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的附图。
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1为现有NB-IoT设备的数据传输结构；
图2为本发明的NB-IoT设备的数据传输结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
需要理解的是，在本发明实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。在本发明实施例中的“多个”，是指两个或两个以上。
本发明实施例中的属于“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
本实施例提供一种NB-IoT设备通讯系统，主要应用于信号覆盖不到的山区、野外等环境内，用于采集相应的数据，包括若干NB-IoT设备、至少一组中继站和至少一组基站，一般NB-IoT设备都是间隔进行设置的，其中：
所述中继站用于接收NB-IoT设备的数据，还用于将接收的所有NB-IoT设备发送至所述基站，所述中继站为NB-IoT设备、卫星通讯设备、网关设备的中的其中一种或其多种的组合，在本实施例，以中继站为NB-IoT设备进行说明，即在所布置的所有NB-IoT设备中，其他NB-IoT设备间隔布置于“盲区”(指无法与基站建立连接的区域)内，无法与基站建立连接，且存在至少一个NB-IoT设备能够与基站建立连接；
所有所述NB-IoT设备中不能与基站建立连接的NB-IoT设备，通过依次与相邻NB-IoT设备建立连接，并将数据传递给相邻NB-IoT设备，直至将所有NB-IoT设备的数据通过中继站传递给基站。
本实施例中，所述NB-IoT设备内设置有用于连接基站的NB-IoT通讯模块和用于与相邻NB-IoT设备的链式通讯模块，其中用于连接基站的NB-IoT通讯模块是其基础传递功能，在频段上，NB-IoT设备可以采用B5、B8的频段，现在的通信运营商，如中国移动、中国联通和中国电信均存在物联网卡产品，以中国电信的B5频段举例，为824MHz-849MHz，共25M带宽。此25M带宽，每180K的带宽可以设置为一个NBioT信道，信道两侧还有10K的保护间隔。通信协议上，上行采用SC-FDMA编码格式，下行采用OFDM。
NB-IoT设备与基站之间的通讯步骤为：NB-IoT设备发起信号接入信道，并发送AT+数据的模式，基站在收到信号后，向NB-IoT设备发送一个回复应答，然后NB-IoT设备与基站之间建立连接，NB-IoT设备就可以向基站发送数据了。
而本实施例中所提到的用于两个NB-IoT设备建立连接的链式通讯模块在不改变NB-IoT设备原有硬件的基础上，通过定义NB-IoT设备发送指令的协议建立连接，上述NB-IoT设备与基站发送的指令为AT+开头，在我们新定义的协议中，我们可以以BB+开头，再加数据的模式，其他NB-IoT设备在接收到以BB+开头的报文时，就可以建立连接，为了便于后期扩展中，如在盲区中新建立了基站，保持NB-IoT设备与基站的连接能力，当NB-IoT设备定时唤醒后，先运行NB-IoT通讯模块尝试与基站进行连接，当在设定时间内，NB-IoT通讯模块未连接至基站时，运行链式通讯模块尝试与邻近NB-IoT设备进行连接。
为了方便NB-IoT设备的通讯顺序，本实施例所有NB-IoT设备通过建立传输链依次进行通讯交互，每个NB-IoT设备均定义有唯一一个ID编号，并通过NB-IoT设备的ID编号定义所述传输链的传输顺序。考虑会存在多条传输链，并且多条传输链之间会存在交叉的情况，在设置时可以以能够与基站建立连接的NB-IoT设备为中心，并以设定距离范围区域内对每个设定区域范围内的NB-IoT设备划分层级，类似于波纹，每个层级包含至少一个NB-IoT设备，因此当某个层级内存在多个NB-IoT设备时，在对NB-IoT设备的ID编号的定义规则上，可以体现层级的关系，如第三层级中存在两个NB-IoT设备，该NB-IoT设备的ID编号分别为301和302，因为同一层级内的多个NB-IoT设备不属于同一传输链，因此同一层级内的多个NB-IoT设备不存在通讯交互，即利用上述对NB-IoT设备的ID编号的定义，相邻层级之间且位于同一传输链上的NB-IoT设备进行通讯交互，不存在通讯交互关系的NB-IoT设备虽然可以监听到其他不相关联的NB-IoT设备发送的指令信息，但是不对其进行回应，只有存在通讯交互关系的NB-IoT设备才会对其进行回应。为了定义上述通讯交互关系，NB-IoT设备发出的连接请求的指令报文的格式进行定义，即指令报文中包含自身的ID编号以及上一层级的连接关系的ID编号，而且，为了避免多个NB-IoT设备在进行指令发送时，信号会存在干扰，因此传输链中有且仅存在一个NB-IoT设备处于发送指令的状态，其他NB-IoT设备均处于静默监听的状态。
基于上述NB-IoT设备的数据传输规则，可以定义NB-IoT设备在每次唤醒进行通讯传输过程中，传输链中由位于根节点的NB-IoT设备优先唤醒，在波纹似的层级关系上，由波纹的最外缘层级向中间层级依次进行传输，位于根节点的NB-IoT设备下次唤醒的时间不小于整个传输链的通讯传输时间。即位于根节点的NB-IoT设备进行定时唤醒，而其他设备通过静默监听的状态，当存在连接请求时，进行唤醒，在设定时间内，位于中间的NB-IoT设备没有收到连接请求时，还可以启动定时唤醒功能，用于将自身数据传递给下一层级。
由于每个NB-IoT设备设备的时钟模块会存在一定的，每个NB-IoT设备发送的指令中包含发送信息时的时间点，用于后续接收NB-IoT设备进行对表。
且作为相类似的原理，本实施例所述的基站还可以为卫星通讯、4G通讯、5G通讯或有线通讯。
基于上述NB-IoT设备通讯系统，本实施例还提供一种NB-IoT设备通讯方法，包括：
位于根节点的NB-IoT设备进行定时唤醒，在唤醒后，优先尝试与基站建立连接，当与基站建立连接时，将自身数据传送给基站，当在设定时间内，没有与基站建立连接时，发送连接请求，位于第二层级的与该根节点位置处于同一传输链上的NB-IoT设备在监听过程中接收到该请求唤醒后，建立链接，位于根节点的NB-IoT设备将数据传输给第二层级的NB-IoT设备；
第二层级的NB-IoT设备也会优先尝试与基站建立连接，当与基站建立连接时，将接收到的数据以及自身数据传送给基站，当在设定时间内，没有与基站建立连接时，发送连接请求，位于第三层级的与该根节点位置处于同一传输链上的NB-IoT设备在监听过程中接收到该请求唤醒后，建立链接，位于根节点的NB-IoT设备将数据传输给第三层级的NB-IoT设备；
位于同一传输链上的NB-IoT设备重复上述步骤，直至进行最后一层级，最后一层级保留该传输链上的所有NB-IoT设备的数据，在唤醒后，与基站进行连接，将接收到的所有数据以及自身数据传递给基站，当与基站无法建立链接时，保存数据，并在下次唤醒时，在尝试进行连接。
本实施例中当在后期扩展过程中，如果在某个盲区内新建立了基站，传输链中的部分NB-IoT设备能够与基站直接进行连接，可以将自身数据直接发送给基站，因此该NB-IoT设备不再向下一层级的NB-IoT设备发送连接请求，下一层级的NB-IoT设备在设定时间内没有收到连接请求时，还可以进行定时唤醒，并重复上述唤醒以后的过程。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (2)
1.一种NB-IoT设备通讯系统，其特征在于:
包括若干NB-IoT设备和至少一组基站；
所有所述NB-IoT设备中不能与基站建立连接的NB-IoT设备，通过依次与相邻NB-IoT设备建立连接，并将数据传递给相邻NB-IoT设备，直至将所有NB-IoT设备的数据通过能够与基站建立连接的NB-IoT设备传递给基站；
所述NB-IoT设备内设置有用于连接基站的NB-IoT通讯模块和用于与相邻NB-IoT设备的链式通讯模块；
当NB-IoT设备定时唤醒后，先运行NB-IoT通讯模块尝试与基站进行连接当在设定时间内，NB-IoT通讯模块未连接至基站时，运行链式通讯模块尝试与邻近NB-IoT设备进行连接；
所述NB-IoT设备的唤醒方式为定时唤醒和/或被其相关联的其他NB-IoT设备请求唤醒；
所有NB-IoT设备通过建立传输链依次进行通讯交互，且传输链通过NB-IoT设备间实际关联关系划分为多个层级，同一层级内包括至少一个NB-IoT设备，且同一层级内的多个NB-IoT设备不存在通讯交互，相邻层级之间且位于同一传输链上的NB-IoT设备进行通讯交互；
每个NB-IoT设备均定义有唯一一个ID编号，并通过NB-IoT设备的ID编号定义所述传输链的传输顺序；
每个NB-IoT设备发送的指令中包含发送信息时的时间点，用于后续接收NB-IoT设备进行对表；
NB-IoT设备在每次唤醒进行通讯传输过程中，传输链中由位于根节点的NB-IoT设备优先唤醒，且下次唤醒的时间不小于整个传输链的通讯传输时间；
传输链中有且仅存在一个NB-IoT设备处于发送指令的状态，其他NB-IoT设备均处于静默监听的状态。
2.一种NB-IoT设备通讯方法，其特征在于：包括
NB-IoT设备能够与基站进行连接，并进行数据传输，NB-IoT设备之间也能够建立连接，并能够进行数据传输；
所有NB-IoT设备在唤醒后，优先尝试与基站建立连接，当与基站建立连按时，将接收到的数据以及自身数据传送给基站，当在设定时间内，没有与基站建立连接时，依照设定顺序，向上一层级的NB-IoT设备发送连接请求，并将接收到的数据和自身数据一起发送给上一层级的NB-IoT设备；
位于传输链中根节点的NB-IoT设备定时唤醒，其他NB-IoT设备在静默监听过程中当接收到连接请求后唤醒,在设定时间内没有接收到连接请求唤醒时.进行定时唤醒。
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