T-GDIOT 008-2024 城域窄帶物聯(lián)感知終端數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)

ICS35.020CCSI6532TheDataAccessStandardforMetropolitanAreaNarrowbandInternetofThingsPerceptionTerminal2024-04-12發(fā)布IT/GDIOT008-2024前言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4縮略語 5概述 6上位機-通信模組接口技術(shù)要求 7感知終端數(shù)據(jù)接入流程 8AT命令標(biāo)準(zhǔn) T/GDIOT008—2024本文件依據(jù)GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由廣東省物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：廣州技象科技有限公司、海珠區(qū)政務(wù)服務(wù)數(shù)據(jù)管理局、海珠區(qū)數(shù)字政府運營中心、智慧城市物聯(lián)網(wǎng)國家重點實驗室(澳門大學(xué))、香港科技大學(xué)（廣州）、中山大學(xué)、技象科技（南京）有限公司、中電科普天科技股份有限公司、廣州智慧城市投資運營有限公司、中國鐵塔股份有限公司廣東省分公司、科學(xué)城（廣州）信息科技集團有限公司、廣州智投能源科技有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：季鵬、劉軍林、馬鳳鳴、王鑫、黃津、王惠杰、孔冬冬、張嘉誠、陶勇、張藝輝、馬少丹、崔穎、鞏紫君、江明、夏明華、李騰、吳志斌、陳寧、陳奕斌、邱涌泉、李靜詩、曹溪、賴國戈、林海、方榆。1T/GDIOT008-2024城域窄帶物聯(lián)感知終端數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了城域窄帶物聯(lián)網(wǎng)感知終端數(shù)據(jù)接入的統(tǒng)一規(guī)范性要求，以促進不同制造商設(shè)備的集成與互操作性。本標(biāo)準(zhǔn)適用于指導(dǎo)制造商和系統(tǒng)集成商實現(xiàn)城域窄帶物聯(lián)網(wǎng)感知終端的數(shù)據(jù)接入。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件?！禛B/T38637.1-2020物聯(lián)網(wǎng)感知控制設(shè)備接入》第1部分：總體要求《GB/T30269.805-2019信息技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)》第805部分：測試傳感器網(wǎng)關(guān)測試規(guī)范《GB/T38637.2-2020物聯(lián)網(wǎng)感知控制設(shè)備接入》第2部分：數(shù)據(jù)管理要求3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1感知控制設(shè)備senseandcontroldevice處于物聯(lián)網(wǎng)感知控制域，具備與外部系統(tǒng)雙向通信能力，用于收集物理世界的信息并能夠發(fā)送或接收處理外部命令的裝置。[GB/T38637.1-2020,定義3.1]3.2智能感知控制設(shè)備intelligentsenseandcontroldevice具有信息處理部件的感知控制設(shè)備。[GB/T38637.1-2020,定義3.2]3.3物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)internetofthingsgateway具有數(shù)據(jù)存儲能力、計算能力和協(xié)議轉(zhuǎn)換能力等，可通過北向接口與應(yīng)用平臺建立通信連接和通過南向接口與感知控制設(shè)備進行通信的實體，其形態(tài)可以是獨立設(shè)備或軟件。[GB/T38637.1-2020,定義3.3]3.4北向接口NorthboundInterface傳感器網(wǎng)關(guān)與移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等公眾電信網(wǎng)之間的接口。[GB/T30269.805-2019，定義3.1]3.5南向接口SouthboundInterface傳感器網(wǎng)關(guān)與傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的接口。2T/GDIOT008-2024[GB/T30269.805-2019，定義3.2]3.6感知數(shù)據(jù)sensingdata通過數(shù)據(jù)采集獲取的原始數(shù)據(jù)或在此基礎(chǔ)上進行加工處理的表征對象信息的數(shù)據(jù)統(tǒng)稱。[GB/T38637.2-2020,定義3.1]3.7控制數(shù)據(jù)controldata作用于對象的執(zhí)行控制操作的數(shù)據(jù)。[GB/T38637.2-2020,定義3.2]3.8AT指令A(yù)ttention指令是應(yīng)用于終端設(shè)備與應(yīng)用之間的連接與通信的指令。每個命令行中只能包含一條指令；對于指令的發(fā)送，除兩個字符外，最多可以接收1056個字符的長度（包括最后的空字符）。4縮略語下列縮略語適用于本標(biāo)準(zhǔn)：UART：通用異步收發(fā)器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）MCU：微控制單元又稱單片機（MicrocontrollerUnit）TTL：邏輯門電路（Transistor-TransistorLogic）URC：非請求結(jié)果碼（UnsolicitedResultCode）LoRa：遠(yuǎn)距離無線電（LongRangeRadio）NB-IOT：窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NarrowBandInternetofThings）5概述城域窄帶物聯(lián)網(wǎng)感知體系[1]是為城市建設(shè)與運營提供實時數(shù)據(jù)采集和管理的綜合性項目。該體系適用于城市及基層治理單元，旨在指導(dǎo)物聯(lián)感知基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)范化建設(shè)，滿足數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，助力構(gòu)建具有全球影響力的國際數(shù)字化城市。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的對象是感知層的通信模組與傳感器的對接過程。感知終端由通信模組、傳感器及上位機三部分組成，見圖1。接口5被定義為上位機-通信模組接口，在《城域窄帶物聯(lián)感知體系建設(shè)導(dǎo)則》中有功能和規(guī)范的明確定義。3T/GDIOT008-2024圖1感知控制系統(tǒng)的內(nèi)部芯片組成結(jié)構(gòu)6上位機-通信模組接口技術(shù)要求6.1電氣接口要求a)接口類型：UART；b)電壓：3.3V；c)電流：最大100mA；d)信號電平：TTL電平；e)模組出廠默認(rèn)配置：1)波特率9600bps；2)數(shù)據(jù)位：8bit；3)校驗位：無；可協(xié)商配置1bit校驗位；4)停止位：1bit。6.2通信協(xié)議要求a)通信模式：透傳或AT指令模式；b)數(shù)據(jù)格式：ASCII編碼；c)控制指令：開始傳輸、停止傳輸、查詢狀態(tài)等；d)響應(yīng)機制：接收到指令后立即響應(yīng)確認(rèn)或執(zhí)行結(jié)果；e)幀結(jié)構(gòu)，默認(rèn)長度位10bit，具體結(jié)構(gòu)如下：1)第0bit：起始位；2)第1-8bit：數(shù)據(jù)位；3)第9bit：默認(rèn)配置為停止位；若有校驗位，配置為校驗位；4)第10bit：有校驗位時，配置為停止位。6.3數(shù)據(jù)交互要求a)數(shù)據(jù)交互方式：雙向通信；b)數(shù)據(jù)交互頻率，具體場景的數(shù)據(jù)交互頻率不同，如：1）水表：一天一次；2）電表：30分鐘一次；3）遙測：供電版：15分鐘一次；電池版：小時級別一次；4）遙信：突發(fā)上報，不定時；5）遙控：突發(fā)下發(fā)控制指令，不定時。c)容錯處理：丟包重傳機制；4T/GDIOT008-20241）當(dāng)通信模組沒有正確接收來自上位機的數(shù)據(jù)時，通信模組響應(yīng)NACK，此時上位機重傳數(shù)據(jù)；2）重傳數(shù)據(jù)的次數(shù)和重傳時間間隔可根據(jù)產(chǎn)品屬性，具體定義。d)錯誤處理：錯誤數(shù)據(jù)丟棄或重新請求；e)故障恢復(fù)：斷開重連機制。6.4功能要求a)數(shù)據(jù)采集：應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求和系統(tǒng)能力配置最小頻率和最大頻率，在保證系統(tǒng)實時性情況下定義最小頻率XHz,在不超出通信模組處理能力情況下定義最大頻率YHz；b)遠(yuǎn)程控制：平臺通過通信模組向感知終端發(fā)送控制指令進行遠(yuǎn)程控制，通信模組僅負(fù)責(zé)透傳控制指令，不進行解析。7感知終端數(shù)據(jù)接入流程7.1通信模組上電入網(wǎng)流程通信模組入網(wǎng)需支持兩種方式：自動入網(wǎng)和手動入網(wǎng)。默認(rèn)情況下通信模組以自動模式入網(wǎng)。模組啟動后，系統(tǒng)自動執(zhí)行初始化并在完成后立即搜索網(wǎng)絡(luò)信號。若入網(wǎng)未成功，系統(tǒng)將重復(fù)發(fā)送查詢指令以檢查網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，見圖2所示。圖2模組自動入網(wǎng)流程5T/GDIOT008-2024圖2展示了通信模組從啟動到成功建立數(shù)據(jù)連接并完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾^程，包括自動入網(wǎng)嘗試、錯誤處理、最終的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)執(zhí)行，以及流程的結(jié)束。這個過程確保了模組能夠可靠地連接到網(wǎng)絡(luò)并執(zhí)行其預(yù)期的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。具體流程如下：a)自動入網(wǎng)：通信模組上電后自動嘗試連接網(wǎng)絡(luò)；b)確認(rèn)入網(wǎng)：檢查模組是否接收到入網(wǎng)成功的消息。1)成功：若收到確認(rèn)，直接進入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理；2)失?。骸＝M發(fā)送查詢指令通知上位機，對于非低功耗模式，模組會在10秒后發(fā)起重新連接流程，對于低功耗模式，則進入休眠狀態(tài)。——查詢結(jié)果：根據(jù)查詢指令的響應(yīng)，判斷是否成功入網(wǎng)。若確認(rèn)入網(wǎng)成功，開始數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；若入網(wǎng)失敗，則重新嘗試接入網(wǎng)絡(luò)。c)結(jié)束：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)啟動后，流程完成。7.1.2手動入網(wǎng)流程.模組配置為手動入網(wǎng)模式時，上電啟動后即進入AT指令狀態(tài)。在此模式下，發(fā)送手動配置指令并重啟模組以激活設(shè)置。若入網(wǎng)未成功，可重復(fù)執(zhí)行入網(wǎng)狀態(tài)查詢以嘗試重新連接，流程圖見圖3所示。6T/GDIOT008-2024圖3模組手動入網(wǎng)流程圖3展示了一個由操作者手動控制的通信模組入網(wǎng)過程，包括硬件喚醒、軟件配置、重啟應(yīng)用配置以及狀態(tài)檢查，直至數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的開始。這個過程確保了通信模組能夠根據(jù)特定的配置要求成功連接到具體流程如下：a)喚醒模組：通過上位機操作，激活Wake引腳，喚醒模組；b)AT指令模式：模組進入AT指令模式，準(zhǔn)備接收配置指令；c)配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：發(fā)送AT指令，手動配置模組的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)置；d)重啟模組：執(zhí)行重啟命令，應(yīng)用新配置；e)再次進入AT模式：模組重啟后，重新進入AT指令模式；f)發(fā)送入網(wǎng)指令：在AT模式下，發(fā)送入網(wǎng)命令至網(wǎng)絡(luò)；g)查詢?nèi)刖W(wǎng)狀態(tài)：發(fā)送查詢指令，判斷網(wǎng)絡(luò)連接是否成功；7T/GDIOT008-2024h)判斷入網(wǎng)結(jié)果：根據(jù)查詢響應(yīng)確認(rèn)是否入網(wǎng)成功。如果入網(wǎng)失敗，則重復(fù)步驟g；i)執(zhí)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：入網(wǎng)成功后，模組開始執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。7.2感知終端數(shù)據(jù)通信流程通信模組設(shè)計包含超低功耗、低功耗和非低功耗三種工作模式，以適應(yīng)不同應(yīng)用場景對能耗的需求，每種模式均配備相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信流程。7.2.1一般要求為防止大量終端同步上報引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)擁堵，終端設(shè)備應(yīng)在各自模組成功入網(wǎng)后，根據(jù)入網(wǎng)的時間點分散進行周期性數(shù)據(jù)上報。若模組在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)失敗，上位機應(yīng)主動查詢?nèi)刖W(wǎng)狀態(tài)。若模組處于離線狀態(tài)，應(yīng)發(fā)送入網(wǎng)命令組網(wǎng)以恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接，隨后再繼續(xù)數(shù)據(jù)通信。7.2.2低功耗模式模組數(shù)據(jù)通信a)喚醒模組：上位機可通過拉高模組引腳或者串口喚醒模組。喚醒后，感知終端可以通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到模組進行北向通訊；b)休眠模組：上位機拉低模組的引腳后，模組自動進入休眠狀態(tài)。在此狀態(tài)下模組會周期性偵聽喚醒信號，網(wǎng)關(guān)具備通過無線信號喚醒模組的能力。模組低功耗模式休眠主動喚醒發(fā)送數(shù)據(jù)流程見圖4所示：8T/GDIOT008-2024圖4模組低功耗休眠主動喚醒發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖圖4確保了通信模組在低功耗狀態(tài)下被有效喚醒，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接情況執(zhí)行數(shù)據(jù)發(fā)送或繼續(xù)嘗試入具體流程如下:a)休眠狀態(tài)：流程開始前模組處于低功耗休眠狀態(tài)；b)喚醒操作：上位機通過拉高Wake引腳，喚醒模組；c)查詢?nèi)刖W(wǎng)狀態(tài)：模組發(fā)送查詢指令，檢查網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)；d)判斷入網(wǎng)結(jié)果：1)成功：若連接成功，上位機隨即發(fā)送數(shù)據(jù)，完成流程；2)失?。喝暨B接失敗，進入超時檢查；3)若超時，上位機關(guān)斷Wake引腳，終止流程；4)未超時：若未超時，模組重發(fā)入網(wǎng)指令并重新檢查入網(wǎng)狀態(tài)，循環(huán)至入網(wǎng)成功或確定超時。模組低功耗模式休眠空中喚醒接收數(shù)據(jù)流程見圖5所示：9T/GDIOT008-2024圖5模組低功耗空中喚醒發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖圖5確保了模組在低功耗狀態(tài)下能夠被有效喚醒，進行數(shù)據(jù)接收和傳輸，并在無數(shù)據(jù)接收時及時返回休眠狀態(tài)，以維持低能耗運作。具體流程如下：a)休眠狀態(tài)：通信模組處于低功耗休眠狀態(tài)；b)喚醒信號接收：模組偵測到喚醒信號及數(shù)據(jù)；c)RI引腳操作：引腳先被拉低后拉高，指示數(shù)據(jù)接收；d)數(shù)據(jù)傳輸：AI串口將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機；T/GDIOT008-2024e)數(shù)據(jù)接收判斷：在喚醒期間判斷是否繼續(xù)接收數(shù)據(jù)：1)無新數(shù)據(jù)：若無新數(shù)據(jù)接收，模組重新進入休眠狀態(tài)，流程結(jié)束；2)有新數(shù)據(jù)：若有新數(shù)據(jù)接收，重復(fù)RI引腳操作及數(shù)據(jù)傳輸步驟，直至喚醒期結(jié)束。7.2.3非低功耗模式模組數(shù)據(jù)通信在非低功耗模式中，模組持續(xù)性監(jiān)測下行信號，確保能夠隨時進行數(shù)據(jù)發(fā)送。模組非低功耗模式發(fā)送數(shù)據(jù)流程見圖6所示：圖6模組非低功耗發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖圖6主要確保通信模組成功連接到網(wǎng)絡(luò)并完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，而不用考慮功耗。具體流程如下：a)查詢?nèi)刖W(wǎng)狀態(tài)：發(fā)送查詢命令以確認(rèn)模組是否已連接至網(wǎng)絡(luò)；b)判斷入網(wǎng)結(jié)果：1)若已入網(wǎng)：上位機隨即發(fā)送數(shù)據(jù)；2)若入網(wǎng)失?。簣?zhí)行入網(wǎng)指令并再次查詢；c)流程結(jié)束：一旦數(shù)據(jù)發(fā)送完成，流程終止。7.3模組和感知終端的串口數(shù)據(jù)交互模組支持感知終端通過串口數(shù)據(jù)執(zhí)行喚醒操作，并依據(jù)既定的流程完成不同模式的上下行數(shù)據(jù)交T/GDIOT008-2024互。通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)后，感知終端進行接收狀態(tài)檢查，確保模組正確接收到數(shù)據(jù)。7.3.1透傳模式下數(shù)據(jù)交互感知終端通過串口向模組發(fā)送數(shù)據(jù)，隨后模組將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至平臺。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，平臺回傳數(shù)據(jù)至模組，模組再通過串口將數(shù)據(jù)傳遞給主控制器，完成端到端的操作。透傳模式，即透明傳輸模式，終端與平臺之間的透傳模式見圖7所示。數(shù)據(jù)在傳輸過程中不受業(yè)務(wù)內(nèi)容影響，只負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸?shù)侥康墓?jié)點。該模式通過模組/協(xié)議棧對串口數(shù)據(jù)進行封裝，再通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至平臺，而不對傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容進行處理。圖7透傳輸模式示意圖7.3.2AT模式下數(shù)據(jù)交互指令模式，就是感知終端通過串口向模組發(fā)送命令(例如“10”)，隨后模組將數(shù)據(jù)傳遞給平臺。成功發(fā)送命令后，模組會回應(yīng)確認(rèn)(例如“SENDOK”)。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，模組通過串口向感知終端確認(rèn)發(fā)送狀態(tài)。當(dāng)平臺有數(shù)據(jù)下發(fā)時（例如命令"01"），模組接收并同樣通過串口轉(zhuǎn)發(fā)至感知終端，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。圖8表示終端與平臺使用模式進行數(shù)據(jù)傳輸流程。圖8AT模式傳輸示意圖7.3.3工作模式切換通信模組提供兩種工作模式：透傳模式與AT模式。模組出廠配置通常為透傳模式。若需進行模組配置或查詢，必須先將模組切換到AT指令模式。在透傳模式中，通過發(fā)送特定的控制幀到串行接口，模組將切換到AT指令模式。在AT模式中，模組發(fā)送相應(yīng)的指令至串行接口，模組將返回到透明傳輸模式。T/GDIOT008-20248AT命令標(biāo)準(zhǔn)本標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)介紹了通信模組支持的AT命令集，這是一種用于AT服務(wù)器與AT客戶端之間設(shè)備連接和數(shù)據(jù)交換的通信方式。AT客戶終端與AT服務(wù)器之間AT命令交互流程描述見圖9。圖9AT命令交互示意圖表1給出了AT請求命令的格式描述。表1命令參數(shù)表執(zhí)行格式at+<命令><CR><LF>查詢格式at+<命令>?<CR><LF>配置格式at+<命令>=<參數(shù)1>[,參數(shù)2]...[,參數(shù)n]<CR><LF>表2給出了響應(yīng)命令的格式和命令功能描述。表2命令返回參數(shù)表返回格式描述<OK><CR><LF>表示成功，多見于執(zhí)行和配置類命令的返回<ERROR><CR><LF>表示失敗，多見于執(zhí)行和配置類命令的返回<ERROR,1><CR><LF>表示輸入的指令無法識別<ERROR,2><CR><LF>表示能夠識別指令，但輸入?yún)?shù)無效，多見于配置類命令的返回<ERROR,3><CR><LF>表示設(shè)備離線<ERROR,4><CR><LF>表示設(shè)備忙<ERROR,5><CR><LF>表示執(zhí)行錯誤<參數(shù)1>[,<參數(shù)2>,...<參數(shù)n>]<CR><LF>OK<CR><LF>表示查詢類命令的返回通信模組的AT命令集劃分為三大類別：通用指令、通信指令和URC指示。其中，URC指示是由模組自發(fā)產(chǎn)生的，而通用指令和通信指令則是由上位機發(fā)起并發(fā)送至模組的AT命令。T/GDIOT008-2024通用指令主要涉及硬件信息的配置