CN113543293B - 支持低功耗运行的窄带物联网终端及其控制方法 - Google Patents

支持低功耗运行的窄带物联网终端及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种支持低功耗运行的窄带物联网终端及其控制方法，该窄带物联网终端包括窄带通信芯片和业务引擎，业务引擎包括会话管理模块、业务传送模块、会话保持恢复模块、接收IP通知模块及AT操作模块；会话保持恢复模块，用于根据下行报文到达情况及业务引擎线程开启状态确定是否启动业务引擎线程；接收IP通知模块，用于根据工作模式、IP变化情况及业务引擎线程开启状态确定是否启动业务引擎线程；AT操作模块，用于根据AT操作分类及业务引擎线程开启状态确定是否启动业务引擎线程。本发明实施例通过对业务引擎线程进行按需加载，减少资源开销及运行功耗，进一步降低物联网终端的功耗，可广泛应用于物联网技术领域。

Description

支持低功耗运行的窄带物联网终端及其控制方法
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种支持低功耗运行的窄带物联网终端及其控制方法。
背景技术
物联网终端的能耗问题是物联网应用低成本运营、规模化部署的关键因素。物联网终端经常工作在复杂的无外部供电环境中，电池使用时间决定终端使用年限，终端耗电太快，将加大终端重新投放部署的成本，所以低功耗运行是物联网终端主要诉求。
NB-IOT终端和模组的低功耗是网络通信低功耗与业务引擎的低功耗相互协同结果。为了提供低功耗的通信、低门槛的业务传送服务，NB通信模组通常集成有NB芯片和LWM2M业务引擎。NB低功耗模式应用解决通信低功耗，但业务引擎未实现低功耗，导致终端低功耗效果不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种支持低功耗运行的窄带物联网终端及其控制方法，该终端通过对业务引擎线程进行按需加载，减少资源开销及运行功耗，进一步降低物联网终端的功耗。
第一方面，本发明实施例提供了一种支持低功耗运行的窄带物联网终端，所述窄带物联网终端包括窄带通信芯片和业务引擎，所述业务引擎包括会话管理模块、业务传送模块、会话保持恢复模块、接收IP通知模块及AT操作模块；其中，所述会话管理模块和所述业务传送模块运行在业务引擎线程中，所述会话保持恢复模块、所述接收IP通知模块及所述AT操作模块运行在终端系统的运行环境中；
所述会话保持恢复模块，用于根据下行报文到达情况及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程；
接收IP通知模块，用于根据工作模式、IP变化情况及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程；
AT操作模块，用于根据AT操作分类及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程。
可选地，所述会话管理模块，还用于根据会话登录情况及工作模式订阅IP到达通知，以及根据会话更新报文响应码完成会话IP的维护。
可选地，所述会话保持恢复模块，还用于根据会话恢复的IP信息订阅IP到达通知。
可选地，接收IP通知模块，还用于根据IP到达通知启动引擎进行会话更新报文发送。
第二方面，本发明实施例提供了一种支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法，所述窄带物联网终端包括窄带通信芯片和业务引擎，包括步骤：
窄带通信芯片重新启动或关机上电后，当有下行报文且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程；
当接收到查询类AT及配置类AT，不启动业务引擎线程；当接收到发送报文类AT，当会话状态合法且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程；
当接收到IP到达通知，若当前IP与会话IP不相同且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程。
可选地，所述控制方法还包括：窄带物联网终端重新启动或关机上电，业务引擎本地恢复会话，会话继续保持。
可选地，所述控制方法还包括步骤：当窄带通信芯片的工作模式为DRX且非固定IP，启动业务引擎线程发送会话更新报文。
可选地，所述控制方法还包括步骤：会话登录成功且工作模式为DRX，向窄带通信芯片订阅IP到达通知；以及根据会话更新报文响应码完成会话IP的维护。
可选地，所述控制方法还包括步骤：根据会话恢复的IP信息确定工作模式，当工作模式为DRX，订阅IP到达通知。
可选地，所述控制方法还包括步骤：当接收到窄带通信芯片的IP到达通知，若当前IP与会话IP不相同，启动引擎进行会话更新报文发送。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例根据下行报文到达情况、业务引擎线程开启状态、工作模式、IP变化情况及AT操作分类确定是否启动业务引擎线程，实现通过对业务引擎线程进行按需加载，减少资源开销及运行功耗，进一步降低物联网终端的功耗。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种业务引擎的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种支持低功耗运行的窄带物联网终端的结构框图；
图3是本发明实施例提供的一种支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
物联网终端为了达到节电的目的，出现了DRX(Discontinuous Reception，即非连续接收)、eDRX(Extended DRX，即增强型非连续接收)和PSM(power saving mode，即节电模式)三种省电方式。一般情况下，终端需要与网络侧进行数据交互时就切换到激活态(RRC-connected态)；没有数据交互且达到一定时间就切换到空闲态(RRC-IDLE态)，IDLE态时终端不会发送数据，但为了能快速响应网络侧，终端会侦听网络侧的信息，当解析到网络侧召唤自己模组有向网络侧传输数据的需求时，终端就从RRC-IDLE转为RRC-Connected态。不同的状态模组的功耗也是不一样的。Connected态下的间断接收业务数据是DRX；在IDLE态下间断接收PDCCH上的寻呼消息的技术是eDRX；把模组除必要时钟以外的功能都关闭时是PSM。模组处于Connected态时最耗电，模组处于IDLE态时相对于激活态功耗要低的多，模组处在可以最大限度的降低模组的功耗。
现有业务引擎功耗分析：1、不支持终端掉电，终端每次重启，都必须重新建立新的会话，发送登录报文，LWM2M业务引擎与AEP的会话登录至少存在3次交互，在网络层产生6条通信报文；这样增加模组通信功耗和空口资源；2、为了维护业务传送通道的下行可达性，每次网络附着成功，引擎退出会话重新登录报文，只有DRX模式才需下行可达性维护，PSM不需要下行可达性维护；另外，会话可继续保持；这样增加模组通信功耗和空口资源；3、业务引擎休眠苏醒及线程加载运行节奏与芯片同步，即芯片苏醒唤醒业务引擎，业务引擎进行线程加载，但是芯片苏醒不一定需要业务引擎工作，如TAU到期，芯片AT操作等；这样增加模组资源开销和运行功耗。
本发明实施例通过以下方式降低终端功耗：通过改变引擎线程加载节奏，采用引擎各模块间协同，实现引擎线程的按需加载，减少对模组资源开销，降低模组运行功耗；通过优化会话控制策略，减少会话报文发送频率和数量，同时也减少空口报文数量，降低模组通信功耗。
具体地，在会话保持方面，实现了终端重新启动或关机上电，业务引擎本地恢复会话，会话继续保持；在业务引擎运行方面，实现了引擎线程按需加载，即引擎在线程未启动状态下完成一些业务场景处理，同时通过各模块间分工协同，实现线程的安全加载和稳定运行；在业务通道下行可达性维护方面，与芯片协同，实现了只有在DRX工作模式且IP发生变化时才向平台发送通知。
如图1及图2所示，本发明实施例提供了一种支持低功耗运行的窄带物联网终端，所述窄带物联网终端包括窄带通信芯片和业务引擎，所述业务引擎包括会话管理模块、业务传送模块、会话保持恢复模块、接收IP通知模块及AT操作模块；其中，所述会话管理模块和所述业务传送模块运行在业务引擎线程中，所述会话保持恢复模块、所述接收IP通知模块及所述AT操作模块运行在终端系统的运行环境中；
所述会话保持恢复模块，用于根据下行报文到达情况及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程；
接收IP通知模块，用于根据工作模式、IP变化情况及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程；
AT操作模块，用于根据AT操作分类及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程。
具体地，会话保持恢复模块包括恢复会话状态单元、恢复IP到达订阅单元及引擎线程启动判断单元，接收IP通知模块包括IP变化判断单元及变化通知处理单元，AT操作模块包括配置类操作、查询类操作及发送类操作单元，会话管理模块包括登录登出单元、会话更新单元和会话控制及持久化单元，业务传送模块包括数据收发单元、列队管理单元和异步通知单元。
具体地，终端重新启动或上电，会话保持恢复模块根据预设的条件进行判断是否启动业务引擎线程，接收IP通知模块根据窄带通信芯片的工作模式、IP变化情况及业务引擎线程开启状态判断是否启动业务引擎线程，AT操作模块根据AT操作分类及业务引擎线程开启状态判断是否启动业务引擎线程。
需要说明的是，业务引擎集成于模组内，其目标是为了降低终端业务开发、数据传送的门槛。业务引擎与云端业务使能平台(AEP)对接，主要完成业务的会话管理和业务数据传送。
需要说明的是，会话管理模块和业务传送模块运行在业务引擎线程环境中；接收IP通知模块、AT操作模块及会话保持恢复模块运行在模组运行环境中，即运行在模组与业务引擎间的回调环境中。
需要说明的是，业务引擎支持跨重启会话，当会话登录成功，将会话核心数据持久化，模组休眠苏醒和终端上电时，会话保持恢复模块完成会话数据的本地恢复，不需要与云端业务使能平台交互。
业务引擎线程按需启动策略为：芯片上电或苏醒业务引擎线程不加载，只有当下行报文达到且线程为未启动状态，该模块加载引擎线程，接收下行报文。由于部分芯片在DRX模式和PSM的IDLE态下也会休眠，所以存在下行报文打断模组休眠场景。业务引擎线程按需启动方案，包括以下几种处理方法。
1、芯片调用业务引擎的“会话保持恢复模块”的策略是：模组上电/苏醒/有下行报文到达且调用标识callflag＝0(调用标识:0-调用，1-不调用)。具体处理流程包括：
1)芯片调用业务引擎的会话保持恢复模块；
2)若数据结构未恢复，则读取flash，恢复会话相关数据；
3)若会话状态为未登录，置callflag＝1，处理结束；
4)若会话状态为已登录，检查芯片下行缓存，无数据流程结束；有数据则置callflag＝1，并启动引擎线程。
2、AT操作模块对线程启动的处理如下：
查询类AT及配置类AT在模组AT框架线程中完成处理，不启动引擎线程；
发送报文类AT(登录、登出或数据发送等)：1)语法校验、检查会话状态合法性，网络是否可用；2)若检查失败，同步返错，处理结束；3)若检查成功，且线程未启动，则启动线程并置callflag＝1，请求入队；若线程已启动，请求直接入队。
3、接收IP通知模块对线程启动的处理如下：
当DRX工作模式且为非固定IP场景，启动引擎线程发送会话更新报文；
收到芯片IP到达通知，查询芯片当前IP，将当前IP与会话IP比较：1)若相同，流程结束；2)若不相同，当线程未启动，则启动线程且置callflag＝1，请求入队；当线程已启动则直接入队。
综上所述，引擎按需拉起的策略如下，当无会话：引擎线程不拉起；当有会话：模组上电或模组苏醒，引擎线程不拉起；只有平台下行报文到达时，才拉起引擎线程；应用请求，只有存在报文发送的请求，且请求合法、网络可用，才拉起引擎线程；芯片获得IP，引擎判断为DRX模式且IP地址发生改变，才拉起引擎线程。
上述业务引擎线程按需启动方案为了保证线程启动的有序性，运行的健康性，引擎内维护、共享线程状态信息供各模块决策是否需要启动引擎线程，并采用锁机制避免碰撞和脏读。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例根据下行报文到达情况、业务引擎线程开启状态、工作模式、IP变化情况及AT操作分类确定是否启动业务引擎线程，实现通过对业务引擎线程进行按需加载，减少资源开销及运行功耗，进一步降低物联网终端的功耗。
可选地，所述会话管理模块，还用于根据会话登录情况及工作模式订阅IP到达通知，以及根据会话更新报文响应码完成会话IP的维护。
可选地，所述会话保持恢复模块，还用于根据会话恢复的IP信息订阅IP到达通知。
可选地，接收IP通知模块，还用于根据IP到达通知启动引擎进行会话更新报文发送。
下行可达性维护策略如下：窄带通信芯片为PSM模式，不订阅IP到达通知，不通知平台；窄带通信芯片为DRX+固定IP，订阅IP到达通知，不通知平台；窄带通信芯片为DRX+非固定IP，订阅IP到达通知，通知平台。
具体地，业务引擎各模块的控制方法如下。
1.会话管理模块：会话登录成功，引擎进行芯片工作模式判断，为DRX模式，向芯片订阅IP到达通知，并持久化会话IP地址(此时引擎线程为运行状态)。
2.会话保持恢复模块：会话恢复时完成会话IP信息的恢复，引擎进行芯片工作模式判断，为DRX模式，向芯片订阅IP到达通知订阅(此时引擎线程为未启动状态)。
3.接收IP通知模块：芯片附着成功，引擎收到芯片的IP到达通知，在通知回调中，引擎做IP地址变化的判断(会话IP与当前IP比较)，若IP地址变化，则拉起引擎进行会话更新报文发送；若IP地址无变化，则不做任何处理(此时引擎线程未启动状态)。
4.会话管理模块：根据会话更新报文响应码，完成会话IP的维护。
综上所述，本发明实施例通过减少会话报文发送频度和交互数量，降低模组通信功耗，具体包括：支持跨重启会话，即终端关机上电或重启，会话保持，无需重新登录；与窄带通信芯片协同，区分窄带工作模式，只有在DRX模式下才业务传送通道下行可达性维护，若网络分配固定IP，也无需发送。
如图3所示，本发明实施例提供了一种支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法，所述窄带物联网终端包括窄带通信芯片和业务引擎，包括步骤：
S1、窄带通信芯片重新启动或关机上电后，当有下行报文且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程；
S2、当接收到查询类AT及配置类AT，不启动业务引擎线程；当接收到发送报文类AT，当会话状态合法且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程；
S3、当接收到IP到达通知，若当前IP与会话IP不相同且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例根据下行报文到达情况、业务引擎线程开启状态、工作模式、IP变化情况及AT操作分类确定是否启动业务引擎线程，实现通过对业务引擎线程进行按需加载，减少资源开销及运行功耗，进一步降低物联网终端的功耗。
可选地，所述控制方法还包括：窄带物联网终端重新启动或关机上电，业务引擎本地恢复会话，会话继续保持。
可选地，所述控制方法还包括步骤：当窄带通信芯片的工作模式为DRX且非固定IP，启动业务引擎线程发送会话更新报文。
可选地，所述控制方法还包括步骤：会话登录成功且工作模式为DRX，向窄带通信芯片订阅IP到达通知；以及根据会话更新报文响应码完成会话IP的维护。
可选地，所述控制方法还包括步骤：根据会话恢复的IP信息确定工作模式，当工作模式为DRX，订阅IP到达通知。
可选地，所述控制方法还包括步骤：当接收到窄带通信芯片的IP到达通知，若当前IP与会话IP不相同，启动引擎进行会话更新报文发送。
综上所述，本发明实施例通过减少会话报文发送频度和交互数量，降低模组通信功耗，具体包括：支持跨重启会话，即终端关机上电或重启，会话保持，无需重新登录；与窄带通信芯片协同，区分窄带工作模式，只有在DRX模式下才业务传送通道下行可达性维护，若网络分配固定IP，也无需发送。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种支持低功耗运行的窄带物联网终端，其特征在于，所述窄带物联网终端包括窄带通信芯片和业务引擎，所述业务引擎包括会话管理模块、业务传送模块、会话保持恢复模块、接收IP通知模块及AT操作模块；其中，所述会话管理模块和所述业务传送模块运行在业务引擎线程中，所述会话保持恢复模块、所述接收IP通知模块及所述AT操作模块运行在终端系统的运行环境中；
所述会话保持恢复模块，用于根据下行报文到达情况及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程；
所述接收IP通知模块，用于根据工作模式、IP变化情况及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程；
所述AT操作模块，用于根据AT操作分类及业务引擎线程开启状态确定是否启动所述业务引擎线程。
2.根据权利要求1所述的支持低功耗运行的窄带物联网终端，其特征在于，所述会话管理模块，还用于根据会话登录情况及工作模式订阅IP到达通知，以及根据会话更新报文响应码完成会话IP的维护。
3.根据权利要求1所述的支持低功耗运行的窄带物联网终端，其特征在于，所述会话保持恢复模块，还用于根据会话恢复的IP信息订阅IP到达通知。
4.根据权利要求1所述的支持低功耗运行的窄带物联网终端，其特征在于，接收IP通知模块，还用于根据IP到达通知启动引擎进行会话更新报文发送。
5.一种支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法，所述窄带物联网终端包括窄带通信芯片和业务引擎，其特征在于，包括步骤：
窄带通信芯片重新启动或关机上电后，当有下行报文且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程；
当接收到查询类AT及配置类AT，不启动业务引擎线程；当接收到发送报文类AT，当会话状态合法且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程；
当接收到IP到达通知，若当前IP与会话IP不相同且业务引擎线程为未启动状态，启动业务引擎线程。
6.根据权利要求5所述的支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：窄带物联网终端重新启动或关机上电，业务引擎本地恢复会话，会话继续保持。
7.根据权利要求5所述的支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤：当窄带通信芯片的工作模式为DRX且非固定IP，启动业务引擎线程发送会话更新报文。
8.根据权利要求5所述的支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤：会话登录成功且工作模式为DRX，向窄带通信芯片订阅IP到达通知；以及根据会话更新报文响应码完成会话IP的维护。
9.根据权利要求5所述的支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤：根据会话恢复的IP信息确定工作模式，当工作模式为DRX，订阅IP到达通知。
10.根据权利要求5所述的支持低功耗运行的窄带物联网终端的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤：当接收到窄带通信芯片的IP到达通知，若当前IP与会话IP不相同，启动引擎进行会话更新报文发送。
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