T-CGAS 006-2019 基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)技術(shù)的智能燃氣抄表系統(tǒng)

基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)技術(shù)的燃氣智能抄表系統(tǒng)GassmartreadingmetersystembasedonNB-IoTtechnology2019-05-01實施中國城市燃氣協(xié)會發(fā)布前言 Ⅲ I2規(guī)范性引用文件 1 13.1術(shù)語和定義 13.2縮略語 24系統(tǒng)和原理 24.1系統(tǒng) 24.2原理 25技術(shù)要求 35.1系統(tǒng) 35.2燃氣表 45.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)及IoT聯(lián)接管理平臺 55.4主站 66試驗方法 86.1系統(tǒng)試驗 86.2燃氣表試驗 96.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)和IoT聯(lián)接管理平臺的試驗 6.4主站試驗 7檢驗規(guī)則 7.1一般規(guī)定 7.2檢驗分類 附錄A(資料性附錄)燃氣表錯峰時間 附錄B(資料性附錄)燃氣表傳輸?shù)钠渌f明 附錄C(資料性附錄)IoT聯(lián)接管理平臺與主站的傳輸協(xié)議 附錄D(資料性附錄)NB-IoT模組功耗測試方法 附錄E(資料性附錄)燃氣表參考靈敏度電平試驗方法 Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)使用過程中如有建議或意見請聯(lián)系中國城市燃氣協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)工作委員會秘書處或負責(zé)起草單518000,E-mail;chenyw@基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)技術(shù)的燃氣智能抄表系統(tǒng)1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)技術(shù)的燃氣智能抄表系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))的術(shù)語和定義、本標(biāo)準(zhǔn)適用于采用NB-IoT技術(shù)進行通信的民用燃氣智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)及檢驗。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T6968膜式燃氣表JB/T12958家用超聲波燃氣表JB/T13567熱式質(zhì)量燃氣表T/CGAS003民用智能燃氣表通用技術(shù)要求3.1術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。窄帶物聯(lián)網(wǎng)narrowbandinternetofthings;NB-IoT基于3GPP演進的通用陸地?zé)o線接入(E-UTRA)技術(shù)，使用180kHz的載波傳輸帶寬，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接。IoT聯(lián)接管理平臺IoTconnectivitymanagementplatform聯(lián)接NB-IoT網(wǎng)絡(luò)和主站的功能實體，提供聯(lián)接管理、設(shè)備管理、S在一次測試中，系統(tǒng)抄讀成功的總次數(shù)與應(yīng)抄讀總次數(shù)的百分比。2在24h內(nèi)，系統(tǒng)抄讀成功的燃氣表個數(shù)與應(yīng)抄讀的燃氣表總數(shù)的百分比。由NB-IoT芯片、射頻前端以及外圍電路等組成，完成無線通信功能的通信單元。下列縮略語適用于本文件。CEL:覆蓋增強等級(coverageenhancementlevel)DRX:非連續(xù)接收(discontinuousreception)eDRX:增強型的非連續(xù)接收(extendeddiscontinuousreception)loT:物聯(lián)網(wǎng)(internetofthings)MAC:消息認(rèn)證碼(messageauthenticationcode)NBIoT:窄帶物聯(lián)網(wǎng)(narrowbandinternetofthings)PSM:節(jié)能模式(powersavingmode)RSRP:參考信號接收功率(referencesignalreceivingpower)TAU:跟蹤區(qū)更新(trackingareaupdate)3GPP:第三代移動通信伙伴項目(3rdGenerationPartnershipProject)由基于NB-IoT通信技術(shù)的燃氣表、無線網(wǎng)絡(luò)、IoT聯(lián)接管理平臺和主站組成，并具備數(shù)據(jù)采集、分析及響應(yīng)等功能，其示意圖見圖1。NB-loT據(jù)通過一個或多個IoT聯(lián)接管理平臺上傳到主站，主站系統(tǒng)平臺將數(shù)據(jù)包進行解析，完成數(shù)據(jù)上報；主站通過一個或多個IoT聯(lián)接管理平臺和NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將指令發(fā)送給燃氣表。35技術(shù)要求系統(tǒng)應(yīng)將燃氣表的數(shù)據(jù)通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街髡荆?shù)據(jù)進行處理、存儲；當(dāng)規(guī)定的時間內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)具有人工設(shè)置日期、時間的功能，宜具有接收定位系統(tǒng)進行自動對時功能；可切換選擇人工一次抄讀成功率應(yīng)按式(1)計算。一次抄讀成功率不應(yīng)低于99%。 (1)日抄讀成功率應(yīng)按式(2)計算。日抄讀成功率不應(yīng)低于98%?！瓟?shù)據(jù)傳輸安全類別見表1。4安全類別1明文或明文+MAC數(shù)據(jù)采集、主站僅使用采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，不作為收費的依據(jù)2密文或密文+MAC數(shù)據(jù)采集、主站計費、遠程設(shè)置參數(shù)、控制閥控制3下發(fā)：密文+MAC/簽名數(shù)據(jù)采集、遠程充值、表端計費、遠程設(shè)置參數(shù)、燃氣表與IoT聯(lián)接管理平臺通過網(wǎng)絡(luò)進行通信時宜保證通信的安全性，防止通信數(shù)據(jù)被干擾、復(fù)b)在滿足SINR不小于-3dB,且RSRP不小于-115dBm的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境條件時，NB-IoT模組休5a)燃氣表整機最大工作電流應(yīng)不大于500mA。b)在滿足SINR不小于-3dB,且RSRP不小于一115dBm的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境條件時，NB-IoT模組的最大工作電流應(yīng)不大于250mA。b)數(shù)據(jù)傳輸時，應(yīng)錯峰傳輸。主站通過IoT聯(lián)接管理平臺給燃氣表終端下發(fā)錯峰功能的配置指d)燃氣表應(yīng)具備每天上傳1次數(shù)據(jù)的能力，每次業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不宜大于200字節(jié)。燃氣表發(fā)起數(shù)據(jù)重傳不超過3次，且每次重傳間隔大于5m燃氣表在高斯白噪聲信道下參考靈敏度電平要求優(yōu)于-125dBm。燃氣表安裝位置的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境宜采用異頻組網(wǎng)模式，SINR宜不小于-3dB,且RSRP宜不小于IoT聯(lián)接管理平臺應(yīng)具有高并發(fā)處理能力，每秒事務(wù)處理量應(yīng)大于10000以上。監(jiān)控燃氣表的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，提供連接感知、連接應(yīng)提供燃氣表接入管理，在主站授權(quán)時，可進行固件升級等服務(wù)。應(yīng)支持TLS/DTLS/DTLS+安全協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸安全。提供基本的API接口，允許主站通過API接口調(diào)用IoT聯(lián)接管理平臺的業(yè)務(wù)能力和服務(wù)。IoT聯(lián)接管理平臺與燃氣表及主站之間的傳輸協(xié)議參見附錄C。可查詢SIM卡的基礎(chǔ)信息、流量使用情況，提供變更SIM卡狀態(tài)、批量開卡等服務(wù)?？芍С侄鄥f(xié)議的各類燃氣表的接入，為主站提供統(tǒng)一的設(shè)備抽象模型。上下行消息離散的要求：a)離散上傳時間可在IoT聯(lián)接管理平臺計算，由主站下發(fā)至表端。當(dāng)主站下發(fā)下行消息到燃氣表時，IoT聯(lián)接管理平臺根據(jù)小區(qū)實際載荷可進行系統(tǒng)級消息流控。b)燃氣表上報數(shù)據(jù)到主站前，IoT聯(lián)接管理平臺獲取燃氣表所在通信小區(qū)的歷史負載情況，并根據(jù)歷史負載確定燃氣表數(shù)據(jù)自動上報時間，同時將數(shù)據(jù)自動上報時間發(fā)送給主站，主站或IoT聯(lián)接管理平臺將數(shù)據(jù)自動上報時間發(fā)送給燃氣表，實現(xiàn)燃氣表上行消息離散。通過采集燃氣表、NB-IoT網(wǎng)絡(luò)中各單元的日志信息，進行關(guān)聯(lián)分析，實現(xiàn)端到端故障定位。支持燃氣表數(shù)據(jù)上傳處理，支持設(shè)置參數(shù)下發(fā)與時鐘設(shè)置，對通信鏈路質(zhì)量進行監(jiān)測。75.4.1.2數(shù)據(jù)管理5.4.1.2.1數(shù)據(jù)合理性檢查應(yīng)具備采集數(shù)據(jù)完整性、正確性的檢查和分析手段，對不完整的數(shù)據(jù)應(yīng)自動補采。根據(jù)應(yīng)用功能需求，可通過配置或公式編寫，對采集的原始數(shù)據(jù)進行加工和處理。5.4.1.2.3一體化數(shù)據(jù)存儲管理采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲管理技術(shù)，對采集的各類原始數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)進行分類存儲和管理，為數(shù)據(jù)應(yīng)用提供一體化數(shù)據(jù)平臺。對外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，為其他系統(tǒng)開放有權(quán)限的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)綜合查詢功能，并提供組合條件方式查詢相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁面信息。5.4.1.2.5綜合應(yīng)用主站應(yīng)能實現(xiàn)對燃氣表數(shù)據(jù)統(tǒng)計、氣量管理、異常用氣分析、系統(tǒng)校時、權(quán)限和密碼管理、終端管理、維護及故障記錄報表管理等應(yīng)用。5.4.2主站性能5.4.2.1安全性主站安全性的要求：a)主站的局域網(wǎng)與其他信息系統(tǒng)互聯(lián)時，應(yīng)采用安全隔離措施，保證主站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全。b)主站與重要客戶終端間的設(shè)置和控制報文的傳輸應(yīng)有身份認(rèn)證和加密措施。c)主站系統(tǒng)操作應(yīng)有權(quán)限及嚴(yán)格完善的密碼、日志管理。系統(tǒng)管理應(yīng)及時升級軟件補丁和具備嚴(yán)格防范病毒的有效措施。用戶鑒權(quán)管理，提供完善的用戶權(quán)限和密碼強度管理。服務(wù)器應(yīng)有必要的病毒入侵檢測手段和足夠的抗病毒能力，其措施包括防火墻、入侵檢測、病毒和木馬掃描、安全掃描、日志審計系統(tǒng)等。d)主站應(yīng)具備系統(tǒng)級和應(yīng)用級完備的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機制。5.4.2.2開放性主站宜采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信協(xié)議和功能規(guī)范，面向不同制造商各類信息采集終端接入，兼容其不同采集通訊協(xié)議或第三方平臺接入功能，應(yīng)提供開放的軟件平臺和標(biāo)準(zhǔn)接口，提供應(yīng)用開發(fā)環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用編程接口，5.4.2.3可靠性主站重要的服務(wù)器、工作站和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)采用冗余方式配置，保證系統(tǒng)的可靠性。主站系統(tǒng)應(yīng)能隔離故障，切除故障應(yīng)不影響各節(jié)點的運行，并保證故障恢復(fù)過程快速、平穩(wěn)。重要文件和數(shù)據(jù)庫要有備份。主站系統(tǒng)應(yīng)具有熱啟動功能。5.4.2.4可維護性主站硬、軟件應(yīng)易于維護，并有自檢自診斷功能。統(tǒng)運行。主站系統(tǒng)容量宜有不小于30%的冗余度。燃氣表安裝的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境SINR宜不小于+3dB,且RSRP宜不小于-80dBm。燃氣表數(shù)量不少于6臺。燃氣表安裝的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境SINR宜不小于-3dB,且RSRP宜不小于-115dBm。燃氣表數(shù)量不少于100臺。在滿足6.1.1.2的試驗條件下，設(shè)置燃氣表每日上傳次數(shù)至少1次且不大于3次，統(tǒng)計時段不少于7d.記錄主站收到的數(shù)據(jù)，試驗結(jié)束后，計算日抄讀成功率的平均值應(yīng)符合5.1.2.2的要求。根據(jù)供應(yīng)商聲明的數(shù)據(jù)安全類別，檢查其實現(xiàn)方式是否符合表1的要求；按照供應(yīng)商提供的測試密鑰和專業(yè)軟件對經(jīng)由燃氣表或系統(tǒng)加密的數(shù)據(jù)進行解密、校驗或驗簽，檢查用專業(yè)軟件解密后的數(shù)據(jù)是否與原始數(shù)據(jù)一致。如果采用安全芯片加密方式，檢查燃氣表終端是否安裝了安全芯片。應(yīng)由模組供應(yīng)商提供符合5.1.3.2要求的合格證明文件。6.2燃氣表試驗6.2.1燃氣表基本要求膜式燃氣表應(yīng)提供滿足GB/T6968要求的合格證明文件；超聲波燃氣表應(yīng)提供滿足JB/T12958要求的合格證明文件；熱式質(zhì)量燃氣表應(yīng)提供滿足JB/T13567要求的合格證明文件。將試驗燃氣表與匹配的試驗設(shè)備按圖1連接，手動觸發(fā)燃氣表上報數(shù)據(jù)，查看主站數(shù)據(jù)，檢查其上傳內(nèi)容應(yīng)符合5.2.2的要求。6.2.3.1.1測試系統(tǒng)示意圖見圖2。圖2測試系統(tǒng)示意圖6.2.3.1.2試驗儀器應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2試驗儀器測試項目規(guī)格或范圍1級電壓測試電壓表1級電流測試1級電流測試1級6.2.3.2靜態(tài)工作電流試驗靜態(tài)工作電流試驗要求如下：a)按圖2連接試驗燃氣表，開關(guān)打至K,位，將穩(wěn)壓電源調(diào)整至燃氣表的正常工作電壓，開關(guān)打至K:位，使燃氣表正常工作且處于開閥狀態(tài)，燃氣表穩(wěn)定工作后，開關(guān)打至K,位，讀取微安電流表測得的靜態(tài)工作電流，應(yīng)符合5.2.3.2a)的要求。b)NB-IoT模組休眠電流應(yīng)由模組供應(yīng)商提供已符合5.2.3.2b)要求的證明文件，其測試方法參見附錄D。6.2.3.3最大工作電流試驗6.2.3.3.1整機最大工作電流按圖2連接被測燃氣表，燃氣表所在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境SINR不宜小于-3dB,且RSRP不宜小于-115dBm,開關(guān)打至K,位，將穩(wěn)壓電源調(diào)整至燃氣表的正常工作電壓，開關(guān)打至K。位，使燃氣表正常工作，燃氣表穩(wěn)定工作后，在數(shù)據(jù)通信期間關(guān)閉閥門，然后讀取安培電流表測得的最大工作電流，應(yīng)符合5.2.3,3a)的要求。6.2.3.3.2NB-IoT模組最大工作電流NB-IoT模組最大工作電流應(yīng)由模組供應(yīng)商提供已符合5.2.3.3b)要求的證明文件，其測試方法參見附錄D。6.2.3.4電源電壓不足保護按圖2連接被測燃氣表，開關(guān)打至K,位，將穩(wěn)壓電源調(diào)整至燃氣表的正常工作電壓，開關(guān)打至K位，使燃氣表正常工作，燃氣表穩(wěn)定工作后，然后緩慢下調(diào)直流穩(wěn)壓電源的電壓至設(shè)計的最低電壓時，檢查結(jié)果應(yīng)符合5.2.3.4的要求。6.2.3.5電源斷電保護按圖2連接被測燃氣表，開關(guān)打至K。位，將穩(wěn)壓電源調(diào)整至燃氣表的正常工作電壓，開關(guān)打至K,位，使燃氣表正常工作，打到K,進行斷電，再恢復(fù)K?,檢查結(jié)果應(yīng)符合5.2.3.5的要求。6.2.4安全監(jiān)控功能試驗6.2.4.1長期未通信關(guān)閥對裝有控制閥的燃氣表在閥門處于開啟狀態(tài)且通信正常的條件下人為地斷開通信，在連續(xù)通信失聯(lián)天數(shù)達到5d時，應(yīng)符合5.2.4.1的要求。6.2.4.2遠程閥控功能對裝有控制閥的燃氣表，主站設(shè)置遠程關(guān)閥或開閥指令，燃氣表按鍵觸發(fā)通信，通信成功后檢查結(jié)果應(yīng)符合5.2.4.2的要求。6.2.5數(shù)據(jù)傳輸試驗在滿足6.1.1.1的試驗條件下，設(shè)置燃氣表錯峰系數(shù)，每日上傳次數(shù)至少1次，重傳不超過3次，且每次重傳間隔大于5min,其他燃氣表數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)可參見附錄B設(shè)置，統(tǒng)計時段不少于7d,記錄主站收到的數(shù)據(jù)，試驗結(jié)束后，查看主站記錄數(shù)據(jù)應(yīng)符合5.2.5的要求。6.2.6參考靈敏度電平試驗將試驗燃氣表與匹配的試驗設(shè)備連接，檢查燃氣表在高斯白噪聲信道下參考靈敏度電平應(yīng)符合5.2.6的要求。試驗方法參見附錄E。6.2.7本地通信接口試驗采用本地通信接口與燃氣表建立連接，通過檢測工具讀取燃氣表數(shù)據(jù)，檢查本地通信接口應(yīng)符合5.2.7的要求。6.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)及IoT聯(lián)接管理平臺的試驗采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)測試工具現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，檢查測試數(shù)據(jù)應(yīng)符合5.3.1的要求。6.3.2IoT聯(lián)接管理平臺IoT聯(lián)接管理平臺的試驗方法見表3。表3IoT聯(lián)接管理平臺的試驗方法章條編號以下方式二選一：a)由loT聯(lián)接管理平臺供應(yīng)商提供符合5.3.2.2.1的合格證明文件，b)系統(tǒng)通電并運行抄表系統(tǒng)軟件，在主站或loT聯(lián)接管擇對應(yīng)的燃氣表，查看無線環(huán)境參數(shù)：RSRP,SINR,如可以正確√以下方式二選一：a)由loT聯(lián)接管理平臺供應(yīng)商提供符合5.3.2.2.2的合格證明文件。b)系統(tǒng)通電并運行抄表系統(tǒng)軟件，在IoT聯(lián)接管理平臺對應(yīng)燃氣表的相關(guān)信息，則證明平臺已符合5.3.2√表3(續(xù))章條編號以下方式二選一：a)由IoT聯(lián)接管理平臺供應(yīng)商提供符合5.3.2.2.3的合格證明文b)系統(tǒng)通電并運行抄表系統(tǒng)軟件，主站能夠獲取到正√以下方式二選一：a)由loT聯(lián)接管理平臺供應(yīng)商提供符合5.3.2.2.4的合格證明文b)系統(tǒng)通電并運行抄表系統(tǒng)軟件，主站能夠獲取到燃氣表相關(guān)信息以下方式二選一：a)由loT聯(lián)接管理平臺供應(yīng)商提供符合5.3.2.2.5的合格證明文b)用戶在IoT聯(lián)接管理平臺能夠成功進行SIM卡開戶并激活，則以下方式二選一：由loT聯(lián)接管理平臺供應(yīng)商提供符合5.3.2.2.7的合格性證明文件△由loT聯(lián)接管理平臺供應(yīng)商提供符合5.3.2.2.8的合格性證明文件△功能檢驗采用黑盒測試方法，依據(jù)主站應(yīng)用功能要求、設(shè)計文檔以7.2檢驗分類檢驗分為定型檢驗、出廠檢驗和驗收檢驗。各類檢驗項目分別按照表4的規(guī)定。檢驗項目章條編號檢驗類別出廠檢驗√√√√日抄讀成功率 √√ √√√√√電壓及電流√長期未通信關(guān)閥√△√√本地通信接口√√一√loT聯(lián)接管理平臺 √√√(資料性附錄)SN——燃氣表的設(shè)備序列號。k——錯峰系數(shù)(可通過后臺配置);x——燃氣表產(chǎn)生的隨機離散數(shù)據(jù)(數(shù)值區(qū)間0s～ks)。A.2建議k取值為30s,燃氣表在每天的0點～8點之間上傳1次數(shù)據(jù)。(資料性附錄)燃氣表傳輸?shù)钠渌f明B.1上報頻次每日宜按照指定的抄表時間段進行數(shù)據(jù)上報，數(shù)據(jù)上報頻次最大宜為每日一次，可滿足按周或按月自動上報。報警上報依據(jù)級別而定，嚴(yán)重報警宜實時上報，一般報警宜隨抄表周期上報。B.2重傳機制燃氣表單次業(yè)務(wù)時間為3min,單次業(yè)務(wù)內(nèi)最多可進行1次重傳(如果業(yè)務(wù)包未收到響應(yīng)，90s后可重發(fā)，整體時間在3min內(nèi)即可),如果單次3min業(yè)務(wù)失敗，15min后再次啟動一次3min業(yè)務(wù)，如果仍未完成，重傳次數(shù)達到3次，則當(dāng)日抄表任務(wù)結(jié)束。B.3數(shù)據(jù)包規(guī)格B.3.1上行燃氣表上行數(shù)據(jù)包括周期性上報數(shù)據(jù)、報警上報(事件性上報)等。具體見表B.1。表B.1燃氣表上行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)大小(字節(jié))(RSRP,SINR,CEL,小區(qū)標(biāo)識1次/d燃氣表下行數(shù)據(jù)主要包括點抄、遠程閥控、配置下發(fā)及遠程升級。具體見表B.2。數(shù)據(jù)大小1次/a以單個配置項修改計算指定月份查詢1次/月1次/月隨機，概率小除非影響系統(tǒng)不可用，否則一般不建議進行升級；NB-IoTC.1燃氣表(內(nèi)置NB-IoT模組)—IoT聯(lián)接管