[发明专利]电池供电设备、云应用和用于通过低吞吐量网络传输/接收数据消息的相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及低功率射频通信领域，并且特别地涉及通过如例如由欧洲电信标准协会工作组规范定义的低吞吐量网络的超窄带通信的领域。

背景技术

低吞吐量网络——也被称为LTN(Low Throughout Network)——技术是具有一些特定特性的广域双向无线网络。LTN使得能够在空旷场地中实现距离达数十公里的远程数据传输和/或使得能够实现与埋置在地下的设备的通信。通过LTN进行通信的设备通常是电池供电的。LTN以最小的功耗运行，从而允许即使使用标准电池也能在不更换电池的情况下运行数年。该技术还实现了低吞吐量以及先进的信号处理，该信号处理提供了抵御干扰的有效保护。因此，LTN特别适合于数据量有限且并不强烈要求低延迟的低吞吐量机器与机器通信。应用包括：远程测量；用于水、燃气或电力配送的智能计量；或智能城市应用，诸如与各种传感器诸如烟雾检测器等通信的空气污染监测或公共照明。应用还可以包括与蜂窝网络协作以应对需要冗余、补充或可替代的连接的使用场景。

在LTN架构中，LTN接入点和LTN端点通过无线电接口进行通信。预见到在LTN架构中包括两种实现：依赖超窄带通信的UNB实现和使用正交序列扩频技术的OSSS实现。在端点消耗有限量的能量的情况下，UNB或OSSS无线电接口给予增大的传输范围。UNB或OSSS允许在给定小区中存在大量端点，而不具有频谱干扰。利用UNB或OSSS解决方案，上行链路和下行链路是可能的。

用于长距离的被称为LoRa的调制方案使用基于正交序列扩频的无线电技术将设备连接至其基站的网络。使用OSSS是以非常低的能耗提供可扩展的高容量网络同时维护简单且易于部署的星型小区基础设施的关键。该网络在全球可用的工业、科学和医疗波段——也称为ISM波段——运行，并与其他无线电技术共存于这些频率中，而没有任何冲突风险或容量问题。LoRa目前使用是最受欢迎的欧洲868MHz ISM波段以及美国的902-928MHz波段。

SIGFOX使用基于超窄带的无线电技术将设备连接至其全球网络。使用UNB是以非常低的能耗提供可扩展的高容量网络同时维护简单且易于部署的星型小区基础设施的关键。网络SIGFOX在全球可用的ISM波段运行，并与其他无线电技术共存于这些频率中，而没有任何冲突风险或容量问题。根据具体的地区规定，SIGFOX目前使用是最受欢迎的欧洲868MHz ISM波段以及美国的902-928MHz波段。SIGFOX上的通信以多种方式获得安全，这样的方式包括例如反重播、消息加扰、定序等。然而，传输安全性的最重要的方面在于：只有设备供应商知晓在设备与信息技术或IT系统之间交换的实际数据。SIGFOX仅用作传送信道，向客户的IT系统推送数据。通过使用窄带技术提供的一个重要优点是该技术在天线设计方面提供灵活性。在网络基础设施端上，该技术允许使用小型且简单的天线，但更重要的是，其允许设备使用廉价且易于定制的天线。

LTN上的单向消息的数据完整性根据以下因素而显著变化，这样的因素为：地域网络覆盖以及可能存在的局部盲点；由于设备的位置、设备的速度、设备的加速度、自然的力量所引起的RF状况较差或RF信号高度衰减；网络基础设施的拥塞；技术故障或服务器中断；使用ISM波段并需要与其他设备共享ISM波段的事实；其他RF信号的强RF干扰等。例如沿着卡车或飞机或船舶上的集装箱或者地理位置随时间变化的任何其他对象的地理路径可能会遇到盲点。跟踪移动的集装箱或移动对象的位置的设备发送例如包含指示该集装箱或对象的地理位置的信息的数据消息。由于随机存在的盲点，可能接收不到数据消息。因此，该设备尝试多次重传数据消息，以增大消息被接收到的机率，以便对可能存在的盲点进行补偿。由于过度且浪费地使用设备的电池，这些多次重传极大地增加了设备的功耗，并因此显著降低设备的电池寿命。此外，还无法保证由设备传输的单向消息被接收，这严重地限制可实现的数据完整性。而且，当使用双向消息时，每天只能进行给定数量的双向交换，这对于期望对每天传输的多达数百条消息进行确认的大多数应用而言是不够的。