一种基于NB-IOT的无线设备群组接入方法及终端与流程

本发明涉及智能家居系统技术，尤其涉及一种基于nb-iot的无线设备群组接入方法及终端。

背景技术：

目前，智能家居系统由传感器与一个服务器以及专用云组成，传感器与服务器之间主要通过zigbee、wifi、蓝牙等近距离通信方式进行通信，传感器与服务器之间完成加网后，服务器将设备信息同步至专用云，用户在下载相应的app管理软件，完成注册以后通过云服务完成智能家居设备的查询和设置操作。

目前的实现方式中，对每一个智能家居系统需要配备一个专有的云服务，以及一套私有的云协议，不同厂家之间的协议不统一，系统之间无法互联，运营和研发成本都很大。

而运营商已经开始上马的nb-iot(narrowbandinternetofthings,基于蜂窝的窄带物联网)接入网络，可以让大量物联网终端设备接入运营商网络。但是现有的大量物联网终端设备包括智能家电和传感器采用的是wifi、zigbee、蓝牙的方式接入网络，并不带有nb-iot芯片，即传统的智能家电设备无法接入运营商的网络，形成了设备的浪费，如果进行升级，大量设备的升级替换也是不小的费用。

技术实现要素：

本文提供一种基于nb-iot的设备群组接入方法及终端，可以解决现有各种智能家居网络各自建设自由云，互相间无法交互的问题。

本文公开了一种基于蜂窝的窄带物联网nb-iot的设备群组接入方法，包括：

基于nb-iot的设备群组接入终端与请求加入nb-iot网络的外部设备建立连接；

当基于nb-iot的设备群组接入终端接收到nb-iot网络对外部设备下发的命令时，将该命令翻译成该外部设备支持的通讯命令协议，下发至对应的外部设备；当基于nb-iot的设备群组接入终端接收到已建立连接的外部设备上传的信息时，将该信息翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议上传至nb-iot网络。

可选地，上述方法中，所述基于nb-iot的设备群组接入终端与请求加入nb-iot网络的外部设备建立连接包括：

所述基于nb-iot的设备群组接入终端收到外部设备发起的接入nb-iot网络的请求时，先与该外部设备进行连接，为连接的外部设备分配独立的nb-iot接入标识id，再通过所述外部设备的nb-iot接入id将外部设备接入nb-iot网络。

可选地，所述基于nb-iot的设备群组接入终端为连接的外部设备分配独立的nb-iot接入标识id后，所述方法还包括：

所述基于nb-iot的设备群组接入终端存储设备映射关系，所述设备映射关系至少包括接入nb-iot网络的外部设备的标识、外部设备的nb-iot接入标识id以及外部设备支持的通讯命令协议之间的对应关系。

可选地，上述方法中，所述当基于nb-iot的设备群组接入终端接收到已建立连接的外部设备上传的信息时，将该信息翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议包括：

所述基于nb-iot的设备群组接入终端根据该外部设备的唯一标识，从所述设备映射关系中查询该外部设备支持的通讯命令协议，按照该外部设备支持的通讯命令协议解析该外部设备上传的信息，将解析结果翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议。

可选地，上述方法中，所述外部设备包括传统智能家居设备。

可选地，上述方法中，所述基于nb-iot的设备群组接入终端与所述外部设备之间的连接采用如下任一种或几种方式：

蓝牙、wifi、zigbee。

本文还公开了一种基于蜂窝的窄带物联网nb-iot的设备群组接入终端，包括依次连接的nb-iot接入模块、设备管理模块和数据服务模块，其中：

所述设备管理模块与请求加入nb-iot网络的外部设备建立连接；

所述数据服务模块，在所述nb-iot接入模块收到nb-iot网络对外部设备下发的命令时，将该命令翻译成该外部设备支持的通讯命令协议，通过所述nb-iot接入模块下发至对应的外部设备；以及在所述设备管理模块接收到已建立连接的外部设备上传的信息时，将该信息翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议，通过所述nb-iot接入模块上传至nb-iot网络。

可选地，上述终端中，所述设备管理模块，在收到外部设备发起的接入nb-iot网络的请求时，与该外部设备进行连接，为连接的外部设备分配独立的nb-iot接入标识id；

所述nb-iot接入模块，通过所述外部设备的nb-iot接入id将外部设备接入nb-iot网络。

可选地，上述终端中，所述设备管理模块，在为连接的外部设备分配独立的nb-iot接入标识id后，存储设备映射关系，所述设备映射关系至少包括接入nb-iot网络的外部设备的标识、外部设备的nb-iot接入标识id以及外部设备支持的通讯命令协议之间的对应关系。

可选地，上述终端中，所述数据服务模块，在所述设备管理模块接收到已建立连接的外部设备上传的信息时，将该信息翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议包括：

所述数据服务模块根据该外部设备的唯一标识，从所述设备映射关系中查询该外部设备支持的通讯命令协议，按照该外部设备支持的通讯命令协议解析该外部设备上传的信息，将解析结果翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议。

可选地，上述终端中，所述外部设备包括传统智能家居设备。

可选地，上述终端中，所述设备管理模块包括蓝牙、wifi和zigbee模块。

本申请技术方案通过将原来支持不同的智能家居网络协议的传统物联网终端设备，通过智能接入设备的翻译转换接入到nb-iot网络，避免了各种智能家居网络各自建设自由云，互相无法交互的问题。并且，本申请提供的nb-iot智能接入终端可以实现大量不带nb-iot芯片的传统物联网终端设备接入运营商的nb-iot网络，避免了传统设备的升级替换费用，经济效益明显。

附图说明

图1是本发明实施例中传统智能家居设备通过接入终端接入nb-iot网络的拓扑示意图；

图2是本发明实施例中接入终端的原理示意图；

图3是本发明实施例中接入终端的结构示意图；

图4是本发明实施例中传感器接入nb-iot网络的方法流程图；

图5是本发明实施例中传感器上传信息至nb-iot网络的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

本申请发明人提出，可以提供一种基于nb-iot的设备群组接入终端，即传统智能家居设备可以通过wifi、蓝牙、zigbee网络接入该接入终端，该接入终端通过翻译和代理功能，将接入的智能设备接入nb-iot网络，其中，接入的智能设备也可称为外部设备，外部设备可以为传统智能家居设备中各种智能传感器及报警器，例如，无线温度湿度传感器、无线空气质量探测器、无线红外转发器、无线智能插座、无线墙面开关、无线调光开关、无线烟雾(火警)探测器和无线门窗磁感应器等。这些传感器与基于nb-iot的设备群组接入终端之间的网络拓扑结构如图1所示。

基于上述思想，本申请提供一种基于nb-iot的设备群组接入终端，主要包括依次连接的nb-iot接入模块、设备管理模块、数据服务模块。

其中，nb-iot接入模块，负责外部设备与nb-iot网络的接入和数据传输；

设备管理模块，可以包括蓝牙模块、wifi模块、zigbee模块，负责与接入nb-iot网络的外部设备之间的连接及其的管理功能，其中，蓝牙模块、wifi模块和zigbee模块负责和外部设备的短距离无线通信；

数据服务模块，负责nb-iot网络协议与传统智能家居交互协议的翻译功能。例如，在nb-iot接入模块收到nb-iot网络对外部设备下发的命令时，将该命令翻译成该外部设备支持的通讯命令协议，通过nb-iot接入模块下发至对应的外部设备；以及在设备管理模块接收到已建立连接的外部设备上传的信息时，将该信息翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议，通过nb-iot接入模块上传至nb-iot网络。

本申请还提供一种基于nb-iot的无线设备群组接入方法，其可以依赖上述接入设备来实现，该方法主要包括如下操作：

第一步：基于nb-iot的设备群组接入终端与请求加入nb-iot网络的外部设备建立连接；

基于nb-iot的设备群组接入终端可以接受用户选择加入nb-iot网络的外部设备(如智能传感器等)。

另外，在第一步之前：用户在首次使用本系统时，基于nb-iot的设备群组接入终端还需要启动后自动开始设备加网准备和设备搜索。而本申请中所涉及的外部设备可以包括传统智能家居设备中各种智能传感器及报警器。

第二步：当接入终端设备将接收到的nb-iot网络下发的命令时，将该命令翻译成对应外部设备(如传感器等)支持的通讯命令协议，下发至对应外部设备；当接入终端接收到的外部设备上传的信息时，将该信息翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议上传至nb-iot网络。

要说明的是，基于nb-iot的设备群组接入终端与请求加入nb-iot网络的外部设备建立连接的操作包括：基于nb-iot的设备群组接入终端收到外部设备发起的接入nb-iot网络的请求时，先与该外部设备进行连接，为连接的外部设备分配独立的nb-iot接入标识id，再通过外部设备的nb-iot接入id将外部设备接入nb-iot网络。

按照上述操作后，基于nb-iot的设备群组接入终端还可以存储设备映射关系，即至少存储接入nb-iot网络的外部设备的标识、外部设备的nb-iot接入标识id以及外部设备支持的通讯命令协议之间的对应关系。

基于设备映射关系，基于nb-iot的设备群组接入终端就可以根据该外部设备的唯一标识，查询到该外部设备支持的通讯命令协议，再按照查询到的通讯命令协议解析该外部设备上传的信息，从而将解析结果翻译成nb-iot网络支持的通讯命令协议。

下面结合附图及实际应用详细介绍上述方案的具体实施。

本实施例提供了一种nb-iot智能接入终端，请其原理如图2所示。

本实施例中的nb-iot智能接入终端与nb-iot网络之间通过nb-iot通讯协议交互，nb-iot智能接入终端与各外部设备(例如，各种传感器、告警器等)之间通过zigbee传感器网络，wifi传感器网络或者蓝牙网络建立连接。nb-iot智能接入终端负责为各外部设备(即各种传感器、告警器)分别分配接入nb-iot网络的独立的可识别标识id，从而基于此id可以将各种传感器、告警器从原来相对独立的智能家居网络接入到运营商的nb-iot网络，获得现有nb-iot网络的管理和操作能力。

具体地，基于nb-iot的无线设备群组接入终端的结构如图3所示。主要包括nb-iot接入模块、设备管理模块和数据服务模块。

nb-iot接入模块，负责各外部设备与nb-iot网络的接入和数据传输；

设备管理模块，负责外部设备的接入管理功能，其又可以包括蓝牙模块、wifi模块、zigbee模块等。负责和各外部设备的短距离无线通信；

数据服务模块，负责nb-iot网络协议与传统智能家居交互协议的翻译功能。

由于nb-iot网络对于为了将物联网数据发送给应用，蜂窝物联网(ciot)在eps定义了两种优化方案：cioteps用户面功能优化(userplaneciotepsoptimisation)，cioteps控制面功能优化(controlplaneciotepsoptimisation)。其中cioteps控制面功能优化，上行数据从enb(ciotran)传送至mme，在这里传输路径分为两个分支：或者通过sgw传送到pgw再传送到应用服务器，或者通过scef(servicecapa-bilityexposurefunction)连接到应用服务器(ciotservices)，后者仅支持非ip数据传送。下行数据传送路径一样，只是方向相反。这一方案无需建立数据无线承载，数据包直接在信令无线承载上发送。因此，这一方案极适合非频发的小数据包传送。scef是专门为nb-iot设计而新引入的，它用于在控制面上传送非ip数据包，并为鉴权等网络服务提供了一个抽象的接口。对于cioteps用户面功能优化，物联网数据传送方式和传统数据流量一样，在无线承载上发送数据，由sgw传送到pgw再到应用服务器。因此，这种方案在建立连接时会产生额外开销，不过，它的优势是数据包序列传送更快。这一方案支持ip数据和非ip数据传送。针对nb-iot网络的这一特点，智能接入终端需要将传感器需要与服务器之间交互的数据分解为控制命令和数据命令，通过不同的传输方式上传至nb-iot网络。通过这种方式，即便在数据的无线承载异常的情况下，仍然可以将传感器的控制指令通过信令的方式发送至nb-iot网络，数据量较小的传感器信息也可以包装在控制信令中在控制面发送至nb-iot网络。

基于上述nb-iot网络的特点，下面以一个具体的例子说明上述方案是如何将外部设备(如传感器等)接入nb-iot网络的，该接入过程如图4所示，包括如下操作步骤：

步骤401：外部设备(例如各种智能传感器)将设备接入请求发送给基于nb-iot的设备群组接入终端，nb-iot智能接入终端收到后将接入请求发回给该外部设备传感器。

其中，外部设备(例如各种智能传感器)与基于b-iot的设备群组接入终端之间通讯通路为wifi、zigbee或者蓝牙，采用的协议为传统智能家居接入协议。

步骤402：基于nb-iot的设备群组接入终端按照传统智能家居接入协议解析出外部设备的唯一标识，并检查是否有可用且尚未分配的nb-iot接入id，如果存在未分配的接入id，为该外部设备分配nb-iot接入id作为该外部设备在nb-iot网络中的身份标识，并在本终端的设备映射关系表中增加一条设备映射关系(即外部设备的唯一标识与其对应的外部设备的nb-iot接入id)。

步骤403：基于nb-iot的设备群组接入终端将该外部设备的nb-iot接入id组装为控制面设备接入消息，同步至nb-iot网络。

步骤404：nb-iot网络返回该接入消息的响应，接入成功后，该外部设备即可作为普通的nb-iot终端接入到nb-iot网络。

步骤405：基于nb-iot的设备群组接入终端更新设备映射关系表，将该外部设备状态置为已接入nb-iot网络。

到此基于nb-iot的设备群组接入终端可以通知该外部设备加入nb-iot网络的流程完成。

其中，本实施例中所涉及的设备映射关系表定义见下表1和表2，可以通过设备映射关系表维护外部设备接入状态和协议信息。

表1为设备映射关系表

表2为表1续表

以下以一个具体的例子说明本发明方案中外部设备上传信息至nb-iot网络的过程，此过程请参见图5，包括如下步骤501至508：

步骤501：外部设备(例如传感器)将设备信息上传请求发送给基于nb-iot的设备群组接入终端，基于nb-iot的设备群组接入终端收到后在设备映射关系表中检查该外部设备的nb-iot网络加网状态，如果该外部设备的nb-iot网络加网状态为已加入nb-iot网络则进入步骤502；如果该外部设备的nb-iot网络加网状态为尚未加入nb-iot网络，则再次向nb-iot网络发起加网请求，加网失败则向该外部设备返回状态更新失败结果，加网成功则更新设备映射关系表，进入步骤502。

步骤502：根据该外部设备在设备映射关系表中的内部智能家居协议项对上传请求按照对应的内部智能家居通讯协议进行解析。

步骤503：基于nb-iot的设备群组接入终端将该信息分解为数据部分和控制信令部分，将数据部分根据数据长度阈值分解为数据长度较短可随控制信令上传的数据部分(主要为设备状态更新信息，告警信息)和需要单独发送的数据部分(详细数据部分)。

步骤504：将控制信令部分以及可随控制信令上传的数据部分按照非ip数据包方式包装成nb-iot网络命令；需要单独发送的数据部分按照ip数据包的方式包装成nb-iot网络命令。

步骤505：将nb-iot网络命令增加设备nb-iot网络标识和时间戳信息后将生成的nb-iot网络命令发送至nb-iot网络，将该外部设备接入请求和对应nb-iot网络命令对应关系保存至基于nb-iot的设备群组接入终端已发送缓存队列中。

该步骤中，该外部设备接入请求和对应nb-iot网络命令对应关系表具体内容见表3。

步骤506：基于nb-iot的设备群组接入终端收到nb-iot网络返回命令响应后，在发送缓存队列中匹配发送的nb-iot网络命令，如果在已发送缓存队列中未匹配到对应的已发命令，则做丢弃处理；如果在已发送缓存队列中匹配到对应的已发命令则进入步骤507。

步骤507：按照匹配到的已发送nb-iot网络命令的设备nb-iot网络标识和时间戳信息在该外部设备接入请求和对应nb-iot网络命令对应关系表中找到对应的外部设备接入请求。

步骤508：按照该外部设备接入请求对应的内部智能家居协议生成返回结果并发送给对应的该外部设备备。

其中，本实施例中所涉及的该外部设备接入请求和nb-iot网络命令对应关系如表3和表4所示。

表3为外部设备接入请求和对应nb-iot网络命令对应关系表

表4为表3续表

从上述实施例可以看出，本申请技术方案在群组中增加一个带有nb-iot芯片的设备(即基于nb-iot的设备群组接入终端)，其他外部设备(即传统家居智能设备)通过无线(wifi、zigbee、蓝牙)与它连接，该接入终端提供nb-iot网络通讯与wifi、zigbee、蓝牙等接入方式的通信通路的转换功能，且提供nb-iot网络命令与传统私有智能家居接入协议的命令翻译，通过扩展可以实现多种类传统智能家居协议和设备的覆盖，从而达到所有设备都接入nb-iot网络的效果。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。