T-CGAS 006-2019 基于窄带物联网(NB-IoT)技术的智能燃气抄表系统

基于窄带物联网(NB-IoT)技术的燃气智能抄表系统GassmartreadingmetersystembasedonNB-IoTtechnology2019-05-01实施中国城市燃气协会发布前言 Ⅲ I2规范性引用文件 1 13.1术语和定义 13.2缩略语 24系统和原理 24.1系统 24.2原理 25技术要求 35.1系统 35.2燃气表 45.3NB-IoT网络及IoT联接管理平台 55.4主站 66试验方法 86.1系统试验 86.2燃气表试验 96.3NB-IoT网络和IoT联接管理平台的试验 6.4主站试验 7检验规则 7.1一般规定 7.2检验分类 附录A(资料性附录)燃气表错峰时间 附录B(资料性附录)燃气表传输的其他说明 附录C(资料性附录)IoT联接管理平台与主站的传输协议 附录D(资料性附录)NB-IoT模组功耗测试方法 附录E(资料性附录)燃气表参考灵敏度电平试验方法 Ⅲ标准使用过程中如有建议或意见请联系中国城市燃气协会标准工作委员会秘书处或负责起草单518000,E-mail;chenyw@基于窄带物联网(NB-IoT)技术的燃气智能抄表系统1范围本标准规定了基于窄带物联网(NB-IoT)技术的燃气智能抄表系统(以下简称系统)的术语和定义、本标准适用于采用NB-IoT技术进行通信的民用燃气智能抄表系统的设计、建设及检验。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T6968膜式燃气表JB/T12958家用超声波燃气表JB/T13567热式质量燃气表T/CGAS003民用智能燃气表通用技术要求3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。窄带物联网narrowbandinternetofthings;NB-IoT基于3GPP演进的通用陆地无线接入(E-UTRA)技术，使用180kHz的载波传输带宽，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。IoT联接管理平台IoTconnectivitymanagementplatform联接NB-IoT网络和主站的功能实体，提供联接管理、设备管理、S在一次测试中，系统抄读成功的总次数与应抄读总次数的百分比。2在24h内，系统抄读成功的燃气表个数与应抄读的燃气表总数的百分比。由NB-IoT芯片、射频前端以及外围电路等组成，完成无线通信功能的通信单元。下列缩略语适用于本文件。CEL:覆盖增强等级(coverageenhancementlevel)DRX:非连续接收(discontinuousreception)eDRX:增强型的非连续接收(extendeddiscontinuousreception)loT:物联网(internetofthings)MAC:消息认证码(messageauthenticationcode)NBIoT:窄带物联网(narrowbandinternetofthings)PSM:节能模式(powersavingmode)RSRP:参考信号接收功率(referencesignalreceivingpower)TAU:跟踪区更新(trackingareaupdate)3GPP:第三代移动通信伙伴项目(3rdGenerationPartnershipProject)由基于NB-IoT通信技术的燃气表、无线网络、IoT联接管理平台和主站组成，并具备数据采集、分析及响应等功能，其示意图见图1。NB-loT据通过一个或多个IoT联接管理平台上传到主站，主站系统平台将数据包进行解析，完成数据上报；主站通过一个或多个IoT联接管理平台和NB-IoT网络将指令发送给燃气表。35技术要求系统应将燃气表的数据通过NB-IoT网络传输到主站，并对数据进行处理、存储；当规定的时间内系统应具有人工设置日期、时间的功能，宜具有接收定位系统进行自动对时功能；可切换选择人工一次抄读成功率应按式(1)计算。一次抄读成功率不应低于99%。 (1)日抄读成功率应按式(2)计算。日抄读成功率不应低于98%。…数据传输安全类别见表1。4安全类别1明文或明文+MAC数据采集、主站仅使用采集数据进行统计分析，不作为收费的依据2密文或密文+MAC数据采集、主站计费、远程设置参数、控制阀控制3下发：密文+MAC/签名数据采集、远程充值、表端计费、远程设置参数、燃气表与IoT联接管理平台通过网络进行通信时宜保证通信的安全性，防止通信数据被干扰、复b)在满足SINR不小于-3dB,且RSRP不小于-115dBm的网络环境条件时，NB-IoT模组休5a)燃气表整机最大工作电流应不大于500mA。b)在满足SINR不小于-3dB,且RSRP不小于一115dBm的网络环境条件时，NB-IoT模组的最大工作电流应不大于250mA。b)数据传输时，应错峰传输。主站通过IoT联接管理平台给燃气表终端下发错峰功能的配置指d)燃气表应具备每天上传1次数据的能力，每次业务数据不宜大于200字节。燃气表发起数据重传不超过3次，且每次重传间隔大于5m燃气表在高斯白噪声信道下参考灵敏度电平要求优于-125dBm。燃气表安装位置的网络环境宜采用异频组网模式，SINR宜不小于-3dB,且RSRP宜不小于IoT联接管理平台应具有高并发处理能力，每秒事务处理量应大于10000以上。监控燃气表的网络连接状态，提供连接感知、连接应提供燃气表接入管理，在主站授权时，可进行固件升级等服务。应支持TLS/DTLS/DTLS+安全协议，保证数据传输安全。提供基本的API接口，允许主站通过API接口调用IoT联接管理平台的业务能力和服务。IoT联接管理平台与燃气表及主站之间的传输协议参见附录C。可查询SIM卡的基础信息、流量使用情况，提供变更SIM卡状态、批量开卡等服务。可支持多协议的各类燃气表的接入，为主站提供统一的设备抽象模型。上下行消息离散的要求：a)离散上传时间可在IoT联接管理平台计算，由主站下发至表端。当主站下发下行消息到燃气表时，IoT联接管理平台根据小区实际载荷可进行系统级消息流控。b)燃气表上报数据到主站前，IoT联接管理平台获取燃气表所在通信小区的历史负载情况，并根据历史负载确定燃气表数据自动上报时间，同时将数据自动上报时间发送给主站，主站或IoT联接管理平台将数据自动上报时间发送给燃气表，实现燃气表上行消息离散。通过采集燃气表、NB-IoT网络中各单元的日志信息，进行关联分析，实现端到端故障定位。支持燃气表数据上传处理，支持设置参数下发与时钟设置，对通信链路质量进行监测。75.4.1.2数据管理5.4.1.2.1数据合理性检查应具备采集数据完整性、正确性的检查和分析手段，对不完整的数据应自动补采。根据应用功能需求，可通过配置或公式编写，对采集的原始数据进行加工和处理。5.4.1.2.3一体化数据存储管理采用统一的数据存储管理技术，对采集的各类原始数据和应用数据进行分类存储和管理，为数据应用提供一体化数据平台。对外提供统一的数据服务接口，为其他系统开放有权限的数据共享服务。应支持数据综合查询功能，并提供组合条件方式查询相应的数据页面信息。5.4.1.2.5综合应用主站应能实现对燃气表数据统计、气量管理、异常用气分析、系统校时、权限和密码管理、终端管理、维护及故障记录报表管理等应用。5.4.2主站性能5.4.2.1安全性主站安全性的要求：a)主站的局域网与其他信息系统互联时，应采用安全隔离措施，保证主站系统网络安全。b)主站与重要客户终端间的设置和控制报文的传输应有身份认证和加密措施。c)主站系统操作应有权限及严格完善的密码、日志管理。系统管理应及时升级软件补丁和具备严格防范病毒的有效措施。用户鉴权管理，提供完善的用户权限和密码强度管理。服务器应有必要的病毒入侵检测手段和足够的抗病毒能力，其措施包括防火墙、入侵检测、病毒和木马扫描、安全扫描、日志审计系统等。d)主站应具备系统级和应用级完备的数据备份和恢复机制。5.4.2.2开放性主站宜采用统一的数据通信协议和功能规范，面向不同制造商各类信息采集终端接入，兼容其不同采集通讯协议或第三方平台接入功能，应提供开放的软件平台和标准接口，提供应用开发环境和标准的应用编程接口，5.4.2.3可靠性主站重要的服务器、工作站和网络设备应采用冗余方式配置，保证系统的可靠性。主站系统应能隔离故障，切除故障应不影响各节点的运行，并保证故障恢复过程快速、平稳。重要文件和数据库要有备份。主站系统应具有热启动功能。5.4.2.4可维护性主站硬、软件应易于维护，并有自检自诊断功能。统运行。主站系统容量宜有不小于30%的冗余度。燃气表安装的网络环境SINR宜不小于+3dB,且RSRP宜不小于-80dBm。燃气表数量不少于6台。燃气表安装的网络环境SINR宜不小于-3dB,且RSRP宜不小于-115dBm。燃气表数量不少于100台。在满足6.1.1.2的试验条件下，设置燃气表每日上传次数至少1次且不大于3次，统计时段不少于7d.记录主站收到的数据，试验结束后，计算日抄读成功率的平均值应符合5.1.2.2的要求。根据供应商声明的数据安全类别，检查其实现方式是否符合表1的要求；按照供应商提供的测试密钥和专业软件对经由燃气表或系统加密的数据进行解密、校验或验签，检查用专业软件解密后的数据是否与原始数据一致。如果采用安全芯片加密方式，检查燃气表终端是否安装了安全芯片。应由模组供应商提供符合5.1.3.2要求的合格证明文件。6.2燃气表试验6.2.1燃气表基本要求膜式燃气表应提供满足GB/T6968要求的合格证明文件；超声波燃气表应提供满足JB/T12958要求的合格证明文件；热式质量燃气表应提供满足JB/T13567要求的合格证明文件。将试验燃气表与匹配的试验设备按图1连接，手动触发燃气表上报数据，查看主站数据，检查其上传内容应符合5.2.2的要求。6.2.3.1.1测试系统示意图见图2。图2测试系统示意图6.2.3.1.2试验仪器应符合表2的规定。表2试验仪器测试项目规格或范围1级电压测试电压表1级电流测试1级电流测试1级6.2.3.2静态工作电流试验静态工作电流试验要求如下：a)按图2连接试验燃气表，开关打至K,位，将稳压电源调整至燃气表的正常工作电压，开关打至K:位，使燃气表正常工作且处于开阀状态，燃气表稳定工作后，开关打至K,位，读取微安电流表测得的静态工作电流，应符合5.2.3.2a)的要求。b)NB-IoT模组休眠电流应由模组供应商提供已符合5.2.3.2b)要求的证明文件，其测试方法参见附录D。6.2.3.3最大工作电流试验6.2.3.3.1整机最大工作电流按图2连接被测燃气表，燃气表所在网络环境SINR不宜小于-3dB,且RSRP不宜小于-115dBm,开关打至K,位，将稳压电源调整至燃气表的正常工作电压，开关打至K。位，使燃气表正常工作，燃气表稳定工作后，在数据通信期间关闭阀门，然后读取安培电流表测得的最大工作电流，应符合5.2.3,3a)的要求。6.2.3.3.2NB-IoT模组最大工作电流NB-IoT模组最大工作电流应由模组供应商提供已符合5.2.3.3b)要求的证明文件，其测试方法参见附录D。6.2.3.4电源电压不足保护按图2连接被测燃气表，开关打至K,位，将稳压电源调整至燃气表的正常工作电压，开关打至K位，使燃气表正常工作，燃气表稳定工作后，然后缓慢下调直流稳压电源的电压至设计的最低电压时，检查结果应符合5.2.3.4的要求。6.2.3.5电源断电保护按图2连接被测燃气表，开关打至K。位，将稳压电源调整至燃气表的正常工作电压，开关打至K,位，使燃气表正常工作，打到K,进行断电，再恢复K₂,检查结果应符合5.2.3.5的要求。6.2.4安全监控功能试验6.2.4.1长期未通信关阀对装有控制阀的燃气表在阀门处于开启状态且通信正常的条件下人为地断开通信，在连续通信失联天数达到5d时，应符合5.2.4.1的要求。6.2.4.2远程阀控功能对装有控制阀的燃气表，主站设置远程关阀或开阀指令，燃气表按键触发通信，通信成功后检查结果应符合5.2.4.2的要求。6.2.5数据传输试验在满足6.1.1.1的试验条件下，设置燃气表错峰系数，每日上传次数至少1次，重传不超过3次，且每次重传间隔大于5min,其他燃气表数据传输参数可参见附录B设置，统计时段不少于7d,记录主站收到的数据，试验结束后，查看主站记录数据应符合5.2.5的要求。6.2.6参考灵敏度电平试验将试验燃气表与匹配的试验设备连接，检查燃气表在高斯白噪声信道下参考灵敏度电平应符合5.2.6的要求。试验方法参见附录E。6.2.7本地通信接口试验采用本地通信接口与燃气表建立连接，通过检测工具读取燃气表数据，检查本地通信接口应符合5.2.7的要求。6.3NB-IoT网络及IoT联接管理平台的试验采用标准网络测试工具现场测试数据，检查测试数据应符合5.3.1的要求。6.3.2IoT联接管理平台IoT联接管理平台的试验方法见表3。表3IoT联接管理平台的试验方法章条编号以下方式二选一：a)由loT联接管理平台供应商提供符合5.3.2.2.1的合格证明文件，b)系统通电并运行抄表系统软件，在主站或loT联接管择对应的燃气表，查看无线环境参数：RSRP,SINR,如可以正确√以下方式二选一：a)由loT联接管理平台供应商提供符合5.3.2.2.2的合格证明文件。b)系统通电并运行抄表系统软件，在IoT联接管理平台对应燃气表的相关信息，则证明平台已符合5.3.2√表3(续)章条编号以下方式二选一：a)由IoT联接管理平台供应商提供符合5.3.2.2.3的合格证明文b)系统通电并运行抄表系统软件，主站能够获取到正√以下方式二选一：a)由loT联接管理平台供应商提供符合5.3.2.2.4的合格证明文b)系统通电并运行抄表系统软件，主站能够获取到燃气表相关信息以下方式二选一：a)由loT联接管理平台供应商提供符合5.3.2.2.5的合格证明文b)用户在IoT联接管理平台能够成功进行SIM卡开户并激活，则以下方式二选一：由loT联接管理平台供应商提供符合5.3.2.2.7的合格性证明文件△由loT联接管理平台供应商提供符合5.3.2.2.8的合格性证明文件△功能检验采用黑盒测试方法，依据主站应用功能要求、设计文档以7.2检验分类检验分为定型检验、出厂检验和验收检验。各类检验项目分别按照表4的规定。检验项目章条编号检验类别出厂检验√√√√日抄读成功率 √√ √√√√√电压及电流√长期未通信关阀√△√√本地通信接口√√一√loT联接管理平台 √√√(资料性附录)SN——燃气表的设备序列号。k——错峰系数(可通过后台配置);x——燃气表产生的随机离散数据(数值区间0s～ks)。A.2建议k取值为30s,燃气表在每天的0点～8点之间上传1次数据。(资料性附录)燃气表传输的其他说明B.1上报频次每日宜按照指定的抄表时间段进行数据上报，数据上报频次最大宜为每日一次，可满足按周或按月自动上报。报警上报依据级别而定，严重报警宜实时上报，一般报警宜随抄表周期上报。B.2重传机制燃气表单次业务时间为3min,单次业务内最多可进行1次重传(如果业务包未收到响应，90s后可重发，整体时间在3min内即可),如果单次3min业务失败，15min后再次启动一次3min业务，如果仍未完成，重传次数达到3次，则当日抄表任务结束。B.3数据包规格B.3.1上行燃气表上行数据包括周期性上报数据、报警上报(事件性上报)等。具体见表B.1。表B.1燃气表上行数据数据大小(字节)(RSRP,SINR,CEL,小区标识1次/d燃气表下行数据主要包括点抄、远程阀控、配置下发及远程升级。具体见表B.2。数据大小1次/a以单个配置项修改计算指定月份查询1次/月1次/月随机，概率小除非影响系统不可用，否则一般不建议进行升级；NB-IoTC.1燃气表(内置NB-IoT模组)—IoT联接管