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基于NB-IoT技术无线计费系统的设计研究

更新时间：2019-12-18 17:10:58 大小：249K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：NB-IoT技术无线计费系统 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着我国网络经济的快速发展,物联网技术在燃气行业的应用也是日新月异,特别是NB-IoT技术的兴起,加速了燃气行业物联网燃气表的应用步伐.因此,支持物联网通信功能,具有物联网购气、远程调价、远程控阀、在线支付等功能的计费系统是燃气信息化发展的必然趋势.该文从NB-IoT的技术特点起笔,着重介绍了NB-IoT模块的设计方案和无线计费功能的设计思路,并对实验结果进行了分析.

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一≈

DOI：10．19557／j．cnki．1001-9944．2019．03．023

B．1

基于N ot技无

系的

研究

李中阳，黄君委，智，海棠

(浙江

南表集股份有限公司，温州325800)

摘要：随着我国网

的快速展。物网技在燃气行

起．加速了燃气行

气、价、程控、在支付等功能的

文从NB— IoT的技特点起笔，着重介了NB— IoT模

的

用也是日新月异。特

是NB— loT技

功能．具有物

展的必然

的

物

网燃气表的用步伐。因此。支持物网通信

是燃气信息化

方案和无

网

程

系

。

的

功能的

思路，并

网；物网；

号：TN915 文献

果

行了分析。

关

：窄

物

中

分

志

：B

文章号：1001— 9944(2019)03— 0105— 04

and Research of Wireless

Based on NB-loT

Technology

Billing System

Design

Jun-wei，LU

Zhong-yang，HUANG

Zhi— ying，CHEN Hai— tang

Instrument

Co．，Ltd．，Wenzhou 325800，China)

(Zhejiang Cangnan

Abstract：With the

Group

rapid development

of the China’S network

of the interuet of

development

economy，the

things

in the

is also

industry

with each

the rise of the NB— IoT

technology

gas

changing

passing day，especially technology，

meters in the the

gas industry．Therefore，supporting

the

of the internet of

things gas

accelerating

pace

application

internet of

things gas pur—

communication function of the internet of

with the functions

the

system

things，the billing

control valve，online

and SO

inevitable trend

the

chase，remote

ment of

adjustment，remote

payment

develop—

price

from the technical characteristics of

introduces the de—

paper mainly

NB-loT，this

gas informatization．Starting

of NB— loT

idea of wireless

scheme

module and the

the

results．

experimental

sign

design

billing function，and analyses

things(10T)；billing

band internet of

words：narrow

Key

things(NB— IoT)；internet

了解决

府的支持下，

式已不适或者束了燃气行

境

染

．天然气行在我国政

燃气表安装位置差、或犄角

或地下室信号弱等

了快速展。那些

的管理模

。因此，NB．IoT技被迅速地用于燃气行

的

展步伐。而

的

量表具和

管理系

。

近些年起的智能化、信息化、网化管理模式被

广大燃气公司所接受和迎。特是我国推出了

系整体

“互网+”和“中国制造2025”

略

划之后，

、

随着我国物网的蓬勃展。智能手机的快速

普及，在城市燃气的智能化、信息化、网用也

就是一种典型的用案

数据的手段，

中

和三大运商等公司

了窄

物

网(NB．

化

IoT)核心准【11。又因NB．IoT的功耗低、覆盖范

等特点，恰好解决了燃气行的易燃易爆和工商

广

迅速开。本文研究的

例。其用NB．10T技

作

网

收稿151期：2018一11— 30；修日期：2019一01— 08

作者介：李中阳(1981--)，男，士，工程，研究方向

器

表智能化，包括智能控制、物网、云算、大数据等

、智慧燃气等。

域

黄君委(1984一)，男，本科，工程，研究方向 IC卡

付

自

化与表2019,34(3)

墨

万方数据

置

差的燃气表的无通信

起到很大的作用。

将燃气表具与

智能控制和自

管理平台相

，

了燃气表的

燃气表

再加上网改造成本和端芯片成本都比低。因

此．于物网燃气表有极大的惑力。

易

算，通它可以

的

程开、无集抄、空中充

、程控和程

2．2

NB-IoT通信模

价等功能。并合当前达的第三方支付体系，

如微信、支付宝、网和信用卡等，可以燃气用

物

网燃气表是一种具

量器具，其主要包括无通信、量、

算等功能。品生、使用、

方便性、通用性和灵活性，我司引了模

理念．将各功能采用独立模，其中通信功能

也被独立的NB．10T模。与主板之采用

准RS232接口TTL 接。

NB．IoT通信模是燃气表与

．其通波将二者

要包括NB．10T模芯片、MCU、存器、DC／DC

物

网功能的燃气

像

其它普通商品一

．

手指就能用上天

气体体

然气。其系架构如 1所示。

控和

易

了

的

化

用

算

信息

l基数据

l微信l|支付宝||网 I忙用卡

{} {} {} {}

第毛方支付模

{}

采集模

{}

l汁

模

基

数据

平

物

网

管理系

的

{}NB．10T

网燃气表

物

接

无

通信。其主

无

管理系框架

构

Framework structure

芯片、天、SIM卡等。其

体

构如 2所示。

Fig．1

diagram

wireless

billing management system

表

l数据存器l

天

本系主要由物网燃气表和

成。物网燃气表主要包括NB．IoT通信模

量模、切断和基表；管理系主要包

、采集模、基数据和第三方支付模

管理系

、

NB．10T模芯片

子

括

模

DC／DC

SIM卡

等。而本文重介

的NB．IoT技和系

物

的

网燃气表与

管理系

模

。

NB-10T通信模

体

构

Overall structure

diagram

Fig．2

NB．IoT communication module

2 硬件

其整体采用低功耗

功耗芯片．可以支持源完全切断或于深度睡眠

(PSM)状了网通信兼容性更了

，MCU 用MSP430低

2．1

NB-IoT技

网(NB．IoT)是物

．它支持低功耗在广域网的蜂数据

接12I，也叫作低功耗广域网(LPWAN)。它可以通

有4G LTE系的空口物理及高、接入网及

核心网行改化【3I．构和升件程

窄

物

网域一种新的

。

，

技

多模的中移物 NB．IoT模 M531l，其支持TCP、

UDP、CoAP、LWM2M、HTrP、MQYr、7rLS等多种

[61，可以足不同的网需求。

和

化

一款秀的物网燃气表不

更重要的是丰富的数据

网等功能的

程开程充

价格信息、程修改系数等功能。然M5311支持

多种．但在了通信的兼容性和

定性．用了TCP／IP网【71 通信主

工作模式，以通信模

有硬件支撑，

序来构建其网。其具有部署灵活、功耗低、覆盖范

广、接人量大、成本低等特点。它既可以在LTE

、

程控制、物

件

．如参数写、无抄表、

价、程控取

外

独部署，也可以在LTE

在LTE 段内部署[41。其采用能模式

性通信要求不高的．一般采用数据打包模

式．将数据存在燃气表中．然后每天定

段部署，能

、

程

、

程

，

于

中

上

一

，

无

次．使得

功耗

端

99％

15¨A，一

它作

都

于深度休眠状

，通信模式采用主

Socket Client端．

上

池可以使用10年，是物

无通信网的重要原因。

Server

管理平台 Socket

网燃气表

端．由

道

端

起

号

接，与服端建立通信信

有另外一个重要的原因就是NB．IoT信号覆盖范

广，它的MCL(最大耦合路 )可以达到164 dB，

在GSM基上覆盖增 20 dB嘲，于解决安装位

无

通信。NB．IoT模

无

通信流程如

所示。

墨

万方数据

解密【91和充

程

及存。然后

送答命令

开始

NB-loT模，其响

程如 4所示；后者

系

，从而完成整个

气

信

NB．IoT模

供

用

充，直接将充

初始化网

接

息加密后送到物网燃气表，其它程同上。

系送

加密充信息

芝网吵

型

^．．开^．．．．启^{．．．．．}无^{．．．．．．．．．．，：．．．．．}管^{．．．．．}理^{．．．．一}

人用号

系

．

豁送注册信息

取用信息

翌

信息送ESAM模

NB．10T模接收数据

墨型

准

接收通信命令

入充信息

送心跳包

充

器_二矍：爹_竺二

塑￡=

充

信息存数据

接收通信命令

弋／I 鑫

充

果短信、

娑竺三三哆>— 1幽

微信、件反

用 l

Y‘

回复正确数据

— 忑r

网气流程

建立无通信信道

一

堕堡匹收下指；

4物

NB．IoT断开接下

Flow chart of internet of

Fig．4

things purchasing

)

堡竺

果

NB-loT模

无

通信流程

本

的工商

物

网燃气表支持3种供

Flow chart of NB-loT module

wireless communication

Fig．3

模式：

池供、太阳能供和外源供。太阳能

一致，可 1种，即

池供和外源供 2种

了物网充的离和在

供

与外源供

性

在

2．3

功能

物、互

是新事物。本

模式。因此，本

模式，分

用

互

网

已司空

管理系

，而物

网

充

。

气

合物网燃

本

用了10台物网燃气表机、10只

气表的NB．IoT模的无通信功能．再加上无

通

本安源、10 SIM卡，合无

行了离和在

管理系，分

信

程中的加解密体系和第三方支付功能如微信、

充

．每台机每种

支付宝、信用卡、网等．

了燃气用的自助式

充

方式各行lO次。其果如表l、表2所示。

物

网

气功能。其加解密体系采用3DES+MAC加

密方式is]，MAC算法是一种非称不可逆算法。

和物网燃气表通信之前．必事先置一

衰1

离

充

果数据表格

Tab．1 Data of offline

results

recharge experiment

系

16字 Hex 的密和一 8字 Hex 的加密

≯ 数l

100001

100002

因子，用于充命令和答命令的加解密。本系

在

～

、J

～

叫

～

模

中

了离

后，

充

和在

充

两种模式。

100003

100004

100005

100006

100007

100008

100009

～

前者

用

充

系

将用

充

信息先存

．

～

在

算数据。等下次建立无通信

～

系

会从数据

加密．然后通

收到加密数据后．

取原先的充信息并行MAC

～

无

通道下

NB．IoT模。其接

燃气表的ESAM模

行

12 1 1

型

．

自

化与表2019,34(3、

固

万方数据

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