CN114071630B - 基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统及组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于局域无线自组网的NB‑IoT网络系统及组网方法，组网方法包括：多个NB‑IoT设备之间形成局域自组网以实现任意两个NB‑IoT设备之间的通信；计算每个NB‑IoT设备的综合加权值，取局域自组网中综合加权值最高的NB‑IoT设备的设备作为本次通信的NB‑IoT设备节点，综合加权值包括NB‑IoT设备的信号强度加权值和电池电量加权值的综合加权；局域自组网中的需要通信的NB‑IoT设备通过NB‑IoT设备节点与外部NB‑IoT基站连接通信。本发明可以有效解决NB‑IoT设备无法接收到NB‑IoT网络讯号及存在电池不足无法大功率发射的问题。

Description

基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统及组网方法
技术领域
本发明属于物联网领域，特别是涉及一种基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统及组网方法。
背景技术
当下大量通信产品在窄域网大多通过蓝牙、Wi-Fi等短距通信技术连接，而非运营商移动网络，消耗宽带更多，需要内置蓝牙期间以及设置WIFI实体路由，成本和功耗均比较高。为了充分满足物联网业务需求，如网络连接要求的设备，根据物联网业务特征和移动通信网络特点，构建NB-IoT蜂窝网络，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，即低功耗广域网(LPWAN)，将有效支撑NBIOT领域内的通信产品应用。低功耗广域网(LPWAN)具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IoT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。由于NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统及组网方法，用于解决NB-IoT设备无法接收到NB-IoT网络讯号及存在电池不足无法大功率发射的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的组网方法，所述组网方法包括：提供多个NB-IoT设备，所述多个NB-IoT设备之间形成局域自组网以实现任意两个所述NB-IoT设备之间的通信；计算每个NB-IoT设备的综合加权值，取所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备的设备作为本次通信的NB-IoT设备节点，所述综合加权值包括NB-IoT设备的信号强度加权值和电池电量加权值的综合加权；所述局域自组网中的需要通信的NB-IoT设备通过所述NB-IoT设备节点与外部NB-IoT基站连接通信。
可选地，计算所述信号强度加权值包括：通过以下公式计算NB-IoT设备的信号强度值：CSQ＝(RSSI+113)/2，其中，CSQ为NB-IoT设备的信号强度值，RSSI为NB-IoT设备的接收信号强度；通过以下公式计算NB-IoT设备的信号强度加权值：B＝(CSQ-5)/27×100％，其中，B为NB-IoT设备的信号强度加权值。
可选地，还包括步骤：将信号强度值CSQ小于5的NB-IoT设备从所述局域自组网中去除。
可选地，计算所述电池电量加权值包括：读取NB-IoT设备的当前电池电压值；基于电池电压值，根据电池放电曲线计算出NB-IoT设备的当前电池电量；通过以下公式计算NB-IoT设备的电池电量加权值：E＝(C-5％D)/D×100％，其中，E为NB-IoT设备的电池电量加权值，C为NB-IoT设备的当前电池电量，D为NB-IoT设备的电池总电量。
可选地，还包括步骤：将电池总电量D小于5％的NB-IoT设备从所述局域自组网中去除。
可选地，计算NB-IoT设备的综合加权值包括：将信号强度值加权值或/及电池电量加权值为负数的设备的NB-IoT设备从所述局域自组网中去除；通过以下公式计算每个NB-IoT设备的综合加权值：F＝2B+E，其中，F为NB-IoT设备的综合加权值。
可选地，取所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备的设备作为本次通信的NB-IoT设备节点，若综合加权值F相同，取信号强度加权值B最大者作为本次通信的NB-IoT设备节点，若综合加权值F及信号强度加权值B均相同，则在综合加权值F最大者的多个NB-IoT设备中随机取一台作为本次通信的NB-IoT设备节点。
本发明还提供一种基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统，所述NB-IoT网络系统包括：多个NB-IoT设备，所述NB-IoT设备包括NB-IoT通信单元及局域自组网单元；所述NB-IoT通信单元用于实现所述NB-IoT设备与外部NB-IoT基站连接通信；所述局域自组网单元用于使所述多个NB-IoT设备之间形成局域自组网以实现任意两个所述NB-IoT设备之间的通信，并计算NB-IoT设备的综合加权值，所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备的设备作为本次通信的NB-IoT设备节点与外部NB-IoT基站连接通信，所述综合加权值包括NB-IoT设备的信号强度加权值和电池电量加权值的综合加权。
可选地，所述局域自组网单元计算所述信号强度加权值包括：通过以下公式计算NB-IoT设备的信号强度值：CSQ＝(RSSI+113)/2，其中，CSQ为NB-IoT设备的信号强度值，RSSI为NB-IoT设备的接收信号强度；通过以下公式计算NB-IoT设备的信号强度加权值：B＝(CSQ-5)/27×100％，其中，B为NB-IoT设备的信号强度加权值。
可选地，所述局域自组网单元计算NB-IoT设备的综合加权值包括：将信号强度值加权值或/及电池电量加权值为负数的设备的NB-IoT设备从所述局域自组网中去除；通过以下公式计算每个NB-IoT设备的综合加权值：F＝2B+E，其中，F为NB-IoT设备的综合加权值。
如上所述，本发明的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统及组网方法，具有以下有益效果：
本发明针对多个NB-IoT设备在同一小范围内时，给使用NB网络的NB-IoT设备增加一个局域自组网通信功能，当NB-IoT设备没有网络信号或信号弱的时候，或NB-IoT设备电池电量低时，通过无线自组网连接到其他拥有NB网络信号的NB-IoT设备，通过其他NB-IoT设备进行网络连接，从而解决NB-IoT设备无法接收到NB-IoT网络讯号及存在电池不足无法大功率发射的问题。
本发明通过创新的综合加权方法确定作为与外部NB-IoT基站连接通信的NB-IoT设备节点，同时考虑了信号强度加权值和电池电量加权值，从而选择出最优的通信节点，提升通信效率及通信稳定性。
附图说明
图1显示为本发明的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的架构图。
图2显示为本发明的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统及组网方法的步骤流程示意图。
元件标号说明
10 NB-IoT设备
101 NB-IoT通信单元
102 局域自组网单元
20 NB-IoT基站
S11～S13 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在物联网领域，NB-IoT技术要来越普遍，但是NB网络的稳定性一直受到用户的诟病，尤其是在一些大楼的地下室或者建筑物的角落中，经常无法接收到NB网络讯号，使得设备无法连接上互联网，并且在电池供电的NB-IoT设备还存在电池不足无法大功率发射问题，通常的解决办法是在NB-IoT信号不好的地方要求网络供应商增加信号基站。
基于以上所述，针对NB-IoT设备无法接收到NB网络讯号及存在电池不足无法大功率发射的问题，过往的解决方案是只能等待运营商针对特定区域增加信号基站，成本较高且依赖于运营商的效率，并且不能解决NB网络的设备电池电量不足时无法通信的问题。
如图1～图2所示，本实施例提供一种基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的组网方法，所述组网方法包括以下步骤：
如图1及图2所示，首先进行步骤1)S11，提供多个NB-IoT设备10，所述多个NB-IoT设备10之间形成局域自组网以实现任意两个所述NB-IoT设备10之间的通信，如图1所示。
例如，所述NB-IoT设备10可以包括NB-IoT通信单元101及局域自组网单元102；所述NB-IoT通信单元101用于实现所述NB-IoT设备10与外部NB-IoT基站20连接通信；所述局域自组网单元102用于使所述多个NB-IoT设备10之间形成局域自组网以实现任意两个所述NB-IoT设备10之间的通信，同时，所述局域自组网单元102还具有计算NB-IoT设备10的综合加权值的功能。
所述多个NB-IoT设备10呈一定间隔分布于待监测物体上，该间隔可依据待监测物体之间的距离确定。由于NB-IoT设备10所位于的位置有所区别，各NB-IoT设备10之间的信号强度与电量都会有很大不同，例如，位于信号较差区域的NB-IoT设备10，其需要较大功率的发射信号，会使其电池电量消耗较其他的NB-IoT设备10低，造成其信号强度与电池电量都不佳，通过本申请的NB-IoT网络系统的组网方法，可以解决信号强度与电池电量都不佳的NB-IoT设备10的通信问题。
如图1及图2所示，然后进行2)S12，计算每个NB-IoT设备10的综合加权值，取所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备10的设备作为本次通信的NB-IoT设备10节点，所述综合加权值包括NB-IoT设备10的信号强度加权值和电池电量加权值的综合加权。
在本实施例中，计算所述信号强度加权值包括：通过以下公式计算NB-IoT设备10的信号强度值：CSQ＝(RSSI+113)/2，其中，CSQ为NB-IoT设备10的信号强度值，RSSI为NB-IoT设备10的接收信号强度；通过以下公式计算NB-IoT设备10的信号强度加权值：B＝(CSQ-5)/27×100％，其中，B为NB-IoT设备10的信号强度加权值。之后，在本实施例中，还包括步骤：将信号强度值CSQ小于5的NB-IoT设备10判定为失效设备，将其从所述局域自组网中去除，局域无线自组网的其他NB-IoT设备10不再与其进行通信。
在本实施例中，计算所述电池电量加权值包括：读取NB-IoT设备10的当前电池电压值；基于电池电压值，根据电池放电曲线计算出NB-IoT设备10的当前电池电量；通过以下公式计算NB-IoT设备10的电池电量加权值：E＝(C-5％D)/D×100％，其中，E为NB-IoT设备10的电池电量加权值，C为NB-IoT设备10的当前电池电量，D为NB-IoT设备10的电池总电量。之后，在本实施例中，还包括步骤：将电池总电量D小于5％的NB-IoT设备10判定为失效设备，将其从所述局域自组网中去除，局域无线自组网的其他NB-IoT设备10不再与其进行通信。
依据上述计算所得的信号强度加权值及电池电量加权值，考虑到信号强度高，可以降低NB-IoT设备10的发射功率，是NB-IoT设备10更加省电，故本发明给信号强度2倍的加权，从而使得NB-IoT设备10节点的选择更加合理，在本实施例中，计算NB-IoT设备10的综合加权值包括：1)将信号强度值加权值或/及电池电量加权值为负数的设备的NB-IoT设备10从所述局域自组网中去除；2)通过以下公式计算每个NB-IoT设备10的综合加权值：F＝2B+E，其中，F为NB-IoT设备10的综合加权值。
在以具体的实施过程中，取所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备10的设备作为本次通信的NB-IoT设备10节点，若综合加权值F相同，取信号强度加权值B最大者作为本次通信的NB-IoT设备10节点，若综合加权值F及信号强度加权值B均相同，则在综合加权值F最大者的多个NB-IoT设备10中随机取一台作为本次通信的NB-IoT设备10节点。
如图1及图2所示，最后进行3)S13，所述局域自组网中的需要通信的NB-IoT设备10通过所述NB-IoT设备10节点与外部NB-IoT基站20连接通信。
如图1所示，本实施例还提供一种基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统，所述NB-IoT网络系统包括：多个NB-IoT设备10，所述NB-IoT设备10包括NB-IoT通信单元101及局域自组网单元102；所述NB-IoT通信单元101用于实现所述NB-IoT设备10与外部NB-IoT基站20连接通信；所述局域自组网单元102用于使所述多个NB-IoT设备10之间形成局域自组网以实现任意两个所述NB-IoT设备10之间的通信，并计算NB-IoT设备10的综合加权值，所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备10的设备作为本次通信的NB-IoT设备10节点与外部NB-IoT基站20连接通信，所述综合加权值包括NB-IoT设备10的信号强度加权值和电池电量加权值的综合加权。
例如，如图1所示，所述多个NB-IoT设备10呈一定间隔分布于待监测物体上，该间隔可依据待监测物体之间的距离确定。由于NB-IoT设备10所位于的位置有所区别，各NB-IoT设备10之间的信号强度与电量都会有很大不同，例如，位于信号较差区域的NB-IoT设备10，其需要较大功率的发射信号，会使其电池电量消耗较其他的NB-IoT设备10低，造成其信号强度与电池电量都不佳，通过本申请的NB-IoT网络系统的组网方法，可以解决信号强度与电池电量都不佳的NB-IoT设备10的通信问题。
具体，所述局域自组网单元102计算所述信号强度加权值包括：通过以下公式计算NB-IoT设备10的信号强度值：CSQ＝(RSSI+113)/2，其中，CSQ为NB-IoT设备10的信号强度值，RSSI为NB-IoT设备10的接收信号强度；通过以下公式计算NB-IoT设备10的信号强度加权值：B＝(CSQ-5)/27×100％，其中，B为NB-IoT设备10的信号强度加权值；所述局域自组网单元102计算NB-IoT设备10的综合加权值包括：将信号强度值加权值或/及电池电量加权值为负数的设备的NB-IoT设备10从所述局域自组网中去除；通过以下公式计算每个NB-IoT设备10的综合加权值：F＝2B+E，其中，F为NB-IoT设备10的综合加权值。
考虑到信号强度高，可以降低NB-IoT设备10的发射功率，是NB-IoT设备10更加省电，故本发明给信号强度2倍的加权，从而使得NB-IoT设备10节点的选择更加合理，所述局域自组网单元102计算NB-IoT设备10的综合加权值包括：将信号强度值加权值或/及电池电量加权值为负数的设备的NB-IoT设备10从所述局域自组网中去除；通过以下公式计算每个NB-IoT设备10的综合加权值：F＝2B+E，其中，F为NB-IoT设备10的综合加权值。
在一个具体的应用场景中，所述多个NB-IoT设备10分布于大楼的地下室，如地下停车库、地下供电区域等，位于地下室中部区域或一些遮挡较严重的区域(如供电箱内)的NB-IoT设备10信号强度较低，从而容易导致其需要较大的发射功率而造成其电池电量也较低，其与外部NB-IoT基站20的通信较为困难甚至无法通信，相反地，位于地下室边缘与外部距离较近的NB-IoT设备10信号强度及电池电量较高，通过本实施例的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统，可以通过将信号强度及电池电量较低的NB-IoT设备10与信号强度及电池电量较高的NB-IoT设备10进行互连通信(由于两者距离相近，故两者的通信信号强度较高)后，再通过该信号强度及电池电量较高的NB-IoT设备10与外部NB-IoT基站20进行通信，从而解决NB-IoT设备10无法接收到NB-IoT网络讯号及存在电池不足无法大功率发射的问题。
如上所述，本发明的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统及组网方法，具有以下有益效果：
本发明针对多个NB-IoT设备10在同一小范围内时，给使用NB网络的NB-IoT设备10增加一个局域自组网通信功能，当NB-IoT设备10没有网络信号或信号弱的时候，或NB-IoT设备10电池电量低时，通过无线自组网连接到其他拥有NB网络信号的NB-IoT设备10，通过其他NB-IoT设备10进行网络连接，从而解决NB-IoT设备10无法接收到NB-IoT网络讯号及存在电池不足无法大功率发射的问题。
本发明通过创新的综合加权方法确定作为与外部NB-IoT基站20连接通信的NB-IoT设备10节点，同时考虑了信号强度加权值和电池电量加权值，从而选择出最优的通信节点，提升通信效率及通信稳定性。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的组网方法，其特征在于，所述组网方法包括：
提供多个NB-IoT设备，所述多个NB-IoT设备之间形成局域自组网以实现任意两个所述NB-IoT设备之间的通信；
计算每个NB-IoT设备的综合加权值，取所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备的设备作为本次通信的NB-IoT设备节点，所述综合加权值包括NB-IoT设备的信号强度加权值和电池电量加权值的综合加权；
所述局域自组网中的需要通信的NB-IoT设备通过所述NB-IoT设备节点与外部NB-IoT基站连接通信；
计算所述信号强度加权值包括：
通过以下公式计算NB-IoT设备的信号强度值：CSQ＝(RSSI+113)/2，其中，CSQ为NB-IoT设备的信号强度值，RSSI为NB-IoT设备的接收信号强度；
通过以下公式计算NB-IoT设备的信号强度加权值：B＝(CSQ-5)/27×100％，其中，B为NB-IoT设备的信号强度加权值。
2.根据权利要求1所述的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的组网方法，其特征在于，还包括步骤：将信号强度值CSQ小于5的NB-IoT设备从所述局域自组网中去除。
3.根据权利要求1所述的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的组网方法，其特征在于：计算所述电池电量加权值包括：
读取NB-IoT设备的当前电池电压值；
基于电池电压值，根据电池放电曲线计算出NB-IoT设备的当前电池电量；
通过以下公式计算NB-IoT设备的电池电量加权值：E＝(C-5％D)/D×100％，其中，E为NB-IoT设备的电池电量加权值，C为NB-IoT设备的当前电池电量，D为NB-IoT设备的电池总电量。
4.根据权利要求3所述的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的组网方法，其特征在于：还包括步骤：将电池总电量D小于5％的NB-IoT设备从所述局域自组网中去除。
5.根据权利要求3所述的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的组网方法，其特征在于：计算NB-IoT设备的综合加权值包括：
将信号强度值加权值或/及电池电量加权值为负数的设备的NB-IoT设备从所述局域自组网中去除；
通过以下公式计算每个NB-IoT设备的综合加权值：F＝2B+E，其中，F为NB-IoT设备的综合加权值。
6.根据权利要求5所述的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统的组网方法，其特征在于：取所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备的设备作为本次通信的NB-IoT设备节点，若综合加权值F相同，取信号强度加权值B最大者作为本次通信的NB-IoT设备节点，若综合加权值F及信号强度加权值B均相同，则在综合加权值F最大者的多个NB-IoT设备中随机取一台作为本次通信的NB-IoT设备节点。
7.一种基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统，其特征在于，包括：
多个NB-IoT设备，所述NB-IoT设备包括NB-IoT通信单元及局域自组网单元；
所述NB-IoT通信单元用于实现所述NB-IoT设备与外部NB-IoT基站连接通信；
所述局域自组网单元用于使所述多个NB-IoT设备之间形成局域自组网以实现任意两个所述NB-IoT设备之间的通信，并计算NB-IoT设备的综合加权值，所述局域自组网中综合加权值最高的NB-IoT设备的设备作为本次通信的NB-IoT设备节点与外部NB-IoT基站连接通信，所述综合加权值包括NB-IoT设备的信号强度加权值和电池电量加权值的综合加权；
所述局域自组网单元计算所述信号强度加权值包括：
通过以下公式计算NB-IoT设备的信号强度值：CSQ＝(RSSI+113)/2，其中，CSQ为NB-IoT设备的信号强度值，RSSI为NB-IoT设备的接收信号强度；
通过以下公式计算NB-IoT设备的信号强度加权值：B＝(CSQ-5)/27×100％，其中，B为NB-IoT设备的信号强度加权值。
8.根据权利要求7所述的基于局域无线自组网的NB-IoT网络系统，其特征在于：所述局域自组网单元计算NB-IoT设备的综合加权值包括：
将信号强度值加权值或/及电池电量加权值为负数的设备的NB-IoT设备从所述局域自组网中去除；
通过以下公式计算每个NB-IoT设备的综合加权值：F＝2B+E，其中，F为NB-IoT设备的综合加权值。
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