[发明专利]基于模糊数学的农业物联网节点能耗优化方法

说明书

本发明属于无线通信和物联网技术领域，公开了一种基于模糊数学的农业物联网节点能耗优化方法，本文通过NB‑IoT低功耗技术中PSM技术(Power Saving Mode,省电模式)和eDRX技术(Extended Discontinuous Reception,扩展的不连续接收)的能耗测试，基于模糊数学综合评判算法对特定场景下NB‑IoT两种省电模式作业时间优化调配，在满足业务需求的情况下，使设备达到更低能耗的目的。

技术领域

本发明属于无线通信和物联网技术领域，具体涉及NB-IoT网络中不同应用场景的低功耗技术的能耗优化。

背景技术

农业物联网是计算机、互联网、移动通信等信息技术在农业领域的高度集成和具体应用，是农业信息化、智能化的必要条件，随着移动通信的发展，未来将会是一个万物互联的时代。物联网通过传感设备采集信息，利用无线通信技术，将物与物连接在一起，物联网技术主要应用在智能家电，智能交通，智慧农业和智慧城市等领域。常用的短距离通信技术主要包括Wi-Fi、ZigBee和蓝牙等，这些短距离通信技术因为覆盖距离短，所以应用场景受限，而在广覆盖和大量终端连接的物联网应用中，低功耗广域网通信的长处更明显。

NB-IoT又称为窄带物联网技术,具有工作在授权频点、蜂窝网、深度覆盖、超低成本、超低功耗、海量连接等优势,主要应用于对时延、移动性要求不高的小包物联网业务。在低功耗广域网通信技术中，常常与NB-IoT相比较的是工作于非授权频谱的基于扩频技术的远距离无线通信(LoRa)。LoRa通信需要独立组网，数据传输速率比NB-IoT低，在不同网络间存在同频干扰，所以当大量节点连接时，NB-IoT更有优势。

NB-IoT提出的背景之一也是为了弥补传统网络不满足物联网设备低功耗、低成本的缺陷，故此“功耗”区别于传统意义，应更侧重于使用过程中的损耗，偏重于能量消耗速度，为产品的实际应用提供真实可靠的数据支撑。

发明内容

本发明的目的是，通过NB-IoT低功耗技术中PSM技术(Power Saving Mode,省电模式)和eDRX技术(Extended Discontinuous Reception,扩展的不连续接收)的能耗测试，基于模糊数学综合评判算法对特定场景下NB-IoT两种省电模式作业时间优化调配，在满足业务需求的情况下，使设备达到更低能耗的目的。

为解决上述发明目的，本发明所采用的技术方案包括：将时间划分为连续的帧后，帧内分为PSM和eDRX两种模式在设备运行。PSM的基本原理是允许终端在进入空闲态一段时间后，关闭信号的收发和AS(接入层)相关功能，从而减少天线、射频、信令处理的功耗开销。PSM模式类似于关机，但是终端依旧在网络上进行注册，重新启动不需要重新Attach，不需要重新连接或建立数据包网络(Packet Data Network，PDN)的连接，直到终端需再对外传送数据，或到达TAU周期，才会恢复到连接状态。处于PSM模式的终端不能被立即寻呼到，数据、短信等业务均不能执行。只有当TAU周期定时器(T3412)超时，或者终端发起业务主动退出时，终端才会退出PSM模式进入连接态处理上下行业务。终端处理完数据之后释放RRC连接，回到空闲模式同时启动定时器Active Timer(T3324)，此Timer超时后UE即进入PSM模式。PSM模式下终端耗电量为普通空闲态下耗电量的1/200。对于不适用PSM的业务，更灵活的方法是使用eDRX。eDRX功能是在DRX基础上，为了进一步增强节电增益而进行的功能扩展。DRX周期最长为2.56s(空闲态和连接态最大周期相同)，eDRX通过延长唤醒周期进一步降低终端连接态和空闲态功耗。对于空闲态，NB-IoT eDRX最大周期为174.76分钟，周期取值范围为{20.48,40.96,81.92,163.84,327.68,655.36,1310.72,2621.44,5242.88,10485.76}s。

当NB-IoT发送一个数据包时，时序图类似图1移动数据包传输图(实际NB-IoT传输时以其时序为准)。