T-GDIOT 008-2024 城域窄带物联感知终端数据接入标准

ICS35.020CCSI6532TheDataAccessStandardforMetropolitanAreaNarrowbandInternetofThingsPerceptionTerminal2024-04-12发布IT/GDIOT008-2024前言 2规范性引用文件 3术语和定义 4缩略语 5概述 6上位机-通信模组接口技术要求 7感知终端数据接入流程 8AT命令标准 T/GDIOT008—2024本文件依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由广东省物联网协会归口。本标准起草单位：广州技象科技有限公司、海珠区政务服务数据管理局、海珠区数字政府运营中心、智慧城市物联网国家重点实验室(澳门大学)、香港科技大学（广州）、中山大学、技象科技（南京）有限公司、中电科普天科技股份有限公司、广州智慧城市投资运营有限公司、中国铁塔股份有限公司广东省分公司、科学城（广州）信息科技集团有限公司、广州智投能源科技有限公司。本标准主要起草人：季鹏、刘军林、马凤鸣、王鑫、黄津、王惠杰、孔冬冬、张嘉诚、陶勇、张艺辉、马少丹、崔颖、巩紫君、江明、夏明华、李腾、吴志斌、陈宁、陈奕斌、邱涌泉、李静诗、曹溪、赖国戈、林海、方榆。1T/GDIOT008-2024城域窄带物联感知终端数据接入标准本标准规定了城域窄带物联网感知终端数据接入的统一规范性要求，以促进不同制造商设备的集成与互操作性。本标准适用于指导制造商和系统集成商实现城域窄带物联网感知终端的数据接入。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。《GB/T38637.1-2020物联网感知控制设备接入》第1部分：总体要求《GB/T30269.805-2019信息技术传感器网络》第805部分：测试传感器网关测试规范《GB/T38637.2-2020物联网感知控制设备接入》第2部分：数据管理要求3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1感知控制设备senseandcontroldevice处于物联网感知控制域，具备与外部系统双向通信能力，用于收集物理世界的信息并能够发送或接收处理外部命令的装置。[GB/T38637.1-2020,定义3.1]3.2智能感知控制设备intelligentsenseandcontroldevice具有信息处理部件的感知控制设备。[GB/T38637.1-2020,定义3.2]3.3物联网网关internetofthingsgateway具有数据存储能力、计算能力和协议转换能力等，可通过北向接口与应用平台建立通信连接和通过南向接口与感知控制设备进行通信的实体，其形态可以是独立设备或软件。[GB/T38637.1-2020,定义3.3]3.4北向接口NorthboundInterface传感器网关与移动通信网、互联网、卫星通信网等公众电信网之间的接口。[GB/T30269.805-2019，定义3.1]3.5南向接口SouthboundInterface传感器网关与传感器网络之间的接口。2T/GDIOT008-2024[GB/T30269.805-2019，定义3.2]3.6感知数据sensingdata通过数据采集获取的原始数据或在此基础上进行加工处理的表征对象信息的数据统称。[GB/T38637.2-2020,定义3.1]3.7控制数据controldata作用于对象的执行控制操作的数据。[GB/T38637.2-2020,定义3.2]3.8AT指令Attention指令是应用于终端设备与应用之间的连接与通信的指令。每个命令行中只能包含一条指令；对于指令的发送，除两个字符外，最多可以接收1056个字符的长度（包括最后的空字符）。4缩略语下列缩略语适用于本标准：UART：通用异步收发器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）MCU：微控制单元又称单片机（MicrocontrollerUnit）TTL：逻辑门电路（Transistor-TransistorLogic）URC：非请求结果码（UnsolicitedResultCode）LoRa：远距离无线电（LongRangeRadio）NB-IOT：窄带物联网（NarrowBandInternetofThings）5概述城域窄带物联网感知体系[1]是为城市建设与运营提供实时数据采集和管理的综合性项目。该体系适用于城市及基层治理单元，旨在指导物联感知基础设施的规范化建设，满足数字化转型需求，助力构建具有全球影响力的国际数字化城市。本标准规范的对象是感知层的通信模组与传感器的对接过程。感知终端由通信模组、传感器及上位机三部分组成，见图1。接口5被定义为上位机-通信模组接口，在《城域窄带物联感知体系建设导则》中有功能和规范的明确定义。3T/GDIOT008-2024图1感知控制系统的内部芯片组成结构6上位机-通信模组接口技术要求6.1电气接口要求a)接口类型：UART；b)电压：3.3V；c)电流：最大100mA；d)信号电平：TTL电平；e)模组出厂默认配置：1)波特率9600bps；2)数据位：8bit；3)校验位：无；可协商配置1bit校验位；4)停止位：1bit。6.2通信协议要求a)通信模式：透传或AT指令模式；b)数据格式：ASCII编码；c)控制指令：开始传输、停止传输、查询状态等；d)响应机制：接收到指令后立即响应确认或执行结果；e)帧结构，默认长度位10bit，具体结构如下：1)第0bit：起始位；2)第1-8bit：数据位；3)第9bit：默认配置为停止位；若有校验位，配置为校验位；4)第10bit：有校验位时，配置为停止位。6.3数据交互要求a)数据交互方式：双向通信；b)数据交互频率，具体场景的数据交互频率不同，如：1）水表：一天一次；2）电表：30分钟一次；3）遥测：供电版：15分钟一次；电池版：小时级别一次；4）遥信：突发上报，不定时；5）遥控：突发下发控制指令，不定时。c)容错处理：丢包重传机制；4T/GDIOT008-20241）当通信模组没有正确接收来自上位机的数据时，通信模组响应NACK，此时上位机重传数据；2）重传数据的次数和重传时间间隔可根据产品属性，具体定义。d)错误处理：错误数据丢弃或重新请求；e)故障恢复：断开重连机制。6.4功能要求a)数据采集：应根据应用需求和系统能力配置最小频率和最大频率，在保证系统实时性情况下定义最小频率XHz,在不超出通信模组处理能力情况下定义最大频率YHz；b)远程控制：平台通过通信模组向感知终端发送控制指令进行远程控制，通信模组仅负责透传控制指令，不进行解析。7感知终端数据接入流程7.1通信模组上电入网流程通信模组入网需支持两种方式：自动入网和手动入网。默认情况下通信模组以自动模式入网。模组启动后，系统自动执行初始化并在完成后立即搜索网络信号。若入网未成功，系统将重复发送查询指令以检查网络连接状态，见图2所示。图2模组自动入网流程5T/GDIOT008-2024图2展示了通信模组从启动到成功建立数据连接并完成数据传输的完整过程，包括自动入网尝试、错误处理、最终的数据业务执行，以及流程的结束。这个过程确保了模组能够可靠地连接到网络并执行其预期的数据通信任务。具体流程如下：a)自动入网：通信模组上电后自动尝试连接网络；b)确认入网：检查模组是否接收到入网成功的消息。1)成功：若收到确认，直接进入数据业务处理；2)失败：——模组发送查询指令通知上位机，对于非低功耗模式，模组会在10秒后发起重新连接流程，对于低功耗模式，则进入休眠状态。——查询结果：根据查询指令的响应，判断是否成功入网。若确认入网成功，开始数据业务；若入网失败，则重新尝试接入网络。c)结束：数据业务启动后，流程完成。7.1.2手动入网流程.模组配置为手动入网模式时，上电启动后即进入AT指令状态。在此模式下，发送手动配置指令并重启模组以激活设置。若入网未成功，可重复执行入网状态查询以尝试重新连接，流程图见图3所示。6T/GDIOT008-2024图3模组手动入网流程图3展示了一个由操作者手动控制的通信模组入网过程，包括硬件唤醒、软件配置、重启应用配置以及状态检查，直至数据业务的开始。这个过程确保了通信模组能够根据特定的配置要求成功连接到具体流程如下：a)唤醒模组：通过上位机操作，激活Wake引脚，唤醒模组；b)AT指令模式：模组进入AT指令模式，准备接收配置指令；c)配置网络参数：发送AT指令，手动配置模组的网络连接设置；d)重启模组：执行重启命令，应用新配置；e)再次进入AT模式：模组重启后，重新进入AT指令模式；f)发送入网指令：在AT模式下，发送入网命令至网络；g)查询入网状态：发送查询指令，判断网络连接是否成功；7T/GDIOT008-2024h)判断入网结果：根据查询响应确认是否入网成功。如果入网失败，则重复步骤g；i)执行数据业务：入网成功后，模组开始执行数据传输等业务。7.2感知终端数据通信流程通信模组设计包含超低功耗、低功耗和非低功耗三种工作模式，以适应不同应用场景对能耗的需求，每种模式均配备相应的数据通信流程。7.2.1一般要求为防止大量终端同步上报引发的网络拥堵，终端设备应在各自模组成功入网后，根据入网的时间点分散进行周期性数据上报。若模组在数据传输中出现失败，上位机应主动查询入网状态。若模组处于离线状态，应发送入网命令组网以恢复网络连接，随后再继续数据通信。7.2.2低功耗模式模组数据通信a)唤醒模组：上位机可通过拉高模组引脚或者串口唤醒模组。唤醒后，感知终端可以通过串口发送数据到模组进行北向通讯；b)休眠模组：上位机拉低模组的引脚后，模组自动进入休眠状态。在此状态下模组会周期性侦听唤醒信号，网关具备通过无线信号唤醒模组的能力。模组低功耗模式休眠主动唤醒发送数据流程见图4所示：8T/GDIOT008-2024图4模组低功耗休眠主动唤醒发送数据流程图图4确保了通信模组在低功耗状态下被有效唤醒，并根据网络连接情况执行数据发送或继续尝试入具体流程如下:a)休眠状态：流程开始前模组处于低功耗休眠状态；b)唤醒操作：上位机通过拉高Wake引脚，唤醒模组；c)查询入网状态：模组发送查询指令，检查网络连接状态；d)判断入网结果：1)成功：若连接成功，上位机随即发送数据，完成流程；2)失败：若连接失败，进入超时检查；3)若超时，上位机关断Wake引脚，终止流程；4)未超时：若未超时，模组重发入网指令并重新检查入网状态，循环至入网成功或确定超时。模组低功耗模式休眠空中唤醒接收数据流程见图5所示：9T/GDIOT008-2024图5模组低功耗空中唤醒发送数据流程图图5确保了模组在低功耗状态下能够被有效唤醒，进行数据接收和传输，并在无数据接收时及时返回休眠状态，以维持低能耗运作。具体流程如下：a)休眠状态：通信模组处于低功耗休眠状态；b)唤醒信号接收：模组侦测到唤醒信号及数据；c)RI引脚操作：引脚先被拉低后拉高，指示数据接收；d)数据传输：AI串口将接收到的数据发送至上位机；T/GDIOT008-2024e)数据接收判断：在唤醒期间判断是否继续接收数据：1)无新数据：若无新数据接收，模组重新进入休眠状态，流程结束；2)有新数据：若有新数据接收，重复RI引脚操作及数据传输步骤，直至唤醒期结束。7.2.3非低功耗模式模组数据通信在非低功耗模式中，模组持续性监测下行信号，确保能够随时进行数据发送。模组非低功耗模式发送数据流程见图6所示：图6模组非低功耗发送数据流程图图6主要确保通信模组成功连接到网络并完成数据传输任务，而不用考虑功耗。具体流程如下：a)查询入网状态：发送查询命令以确认模组是否已连接至网络；b)判断入网结果：1)若已入网：上位机随即发送数据；2)若入网失败：执行入网指令并再次查询；c)流程结束：一旦数据发送完成，流程终止。7.3模组和感知终端的串口数据交互模组支持感知终端通过串口数据执行唤醒操作，并依据既定的流程完成不同模式的上下行数据交T/GDIOT008-2024互。通过串口发送数据后，感知终端进行接收状态检查，确保模组正确接收到数据。7.3.1透传模式下数据交互感知终端通过串口向模组发送数据，随后模组将数据转发至平台。数据发送完毕后，平台回传数据至模组，模组再通过串口将数据传递给主控制器，完成端到端的操作。透传模式，即透明传输模式，终端与平台之间的透传模式见图7所示。数据在传输过程中不受业务内容影响，只负责将数据从源节点传输到目的节点。该模式通过模组/协议栈对串口数据进行封装，再通过网络将数据上传至平台，而不对传输数据内容进行处理。图7透传输模式示意图7.3.2AT模式下数据交互指令模式，就是感知终端通过串口向模组发送命令(例如“10”)，随后模组将数据传递给平台。成功发送命令后，模组会回应确认(例如“SENDOK”)。数据发送完成后，模组通过串口向感知终端确认发送状态。当平台有数据下发时（例如命令"01"），模组接收并同样通过串口转发至感知终端，以实现远程操作。图8表示终端与平台使用模式进行数据传输流程。图8AT模式传输示意图7.3.3工作模式切换通信模组提供两种工作模式：透传模式与AT模式。模组出厂配置通常为透传模式。若需进行模组配置或查询，必须先将模组切换到AT指令模式。在透传模式中，通过发送特定的控制帧到串行接口，模组将切换到AT指令模式。在AT模式中，模组发送相应的指令至串行接口，模组将返回到透明传输模式。T/GDIOT008-20248AT命令标准本标准详细介绍了通信模组支持的AT命令集，这是一种用于AT服务器与AT客户端之间设备连接和数据交换的通信方式。AT客户终端与AT服务器之间AT命令交互流程描述见图9。图9AT命令交互示意图表1给出了AT请求命令的格式描述。表1命令参数表执行格式at+<命令><CR><LF>查询格式at+<命令>?<CR><LF>配置格式at+<命令>=<参数1>[,参数2]...[,参数n]<CR><LF>表2给出了响应命令的格式和命令功能描述。表2命令返回参数表返回格式描述<OK><CR><LF>表示成功，多见于执行和配置类命令的返回<ERROR><CR><LF>表示失败，多见于执行和配置类命令的返回<ERROR,1><CR><LF>表示输入的指令无法识别<ERROR,2><CR><LF>表示能够识别指令，但输入参数无效，多见于配置类命令的返回<ERROR,3><CR><LF>表示设备离线<ERROR,4><CR><LF>表示设备忙<ERROR,5><CR><LF>表示执行错误<参数1>[,<参数2>,...<参数n>]<CR><LF>OK<CR><LF>表示查询类命令的返回通信模组的AT命令集划分为三大类别：通用指令、通信指令和URC指示。其中，URC指示是由模组自发产生的，而通用指令和通信指令则是由上位机发起并发送至模组的AT命令。T/GDIOT008-2024通用指令主要涉及硬件信息的配置