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)2019-04-01發(fā)布中國城市燃氣協(xié)會發(fā)布I前言 1范圍 1 1 1 1 24系統(tǒng)和原理 24.1系統(tǒng) 24.2原理 2 3 3 45.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)及IoT聯(lián)接管理平臺 55.4主站 6 8 8 9 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 20Ⅲ為規(guī)范基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)技術(shù)的燃氣智能抄表系統(tǒng)，制定本標準。本標準按照《中國城市燃氣協(xié)會團體標準編寫規(guī)則(試行)》技術(shù)文件起草。檢驗規(guī)則及附錄。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)不承擔識別這些專利的責任。本標準由中國城市燃氣協(xié)會標準工作委員會歸口。本標準負責起草單位：深圳市燃氣集團股份有限公司。本標準參加起草單位：華為技術(shù)有限公司、金卡智能集團股份有限公司、中國京市燃氣集團有限責任公司、福州物聯(lián)網(wǎng)開放實驗室有限公司、上海燃氣(集團)有限公司、杭州市燃氣(集團)有限公司、昆侖能源有限公司、廣州燃氣集團有限公司、新疆燃氣集團有限公司、新奧能源控股有限公司、西安華泰天然氣有限公司、香港中華煤氣有限公司、中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司、中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司、遼寧思凱科技股份有限公司、成都千嘉科技有限公司、重慶前衛(wèi)克羅姆表業(yè)有限責任公司、上海飛奧燃氣設(shè)備有限公司、鄭州安然測控技術(shù)股份有限公司、杭州先鋒電子技術(shù)股份有限公司、新天科技股份有限公司、浙江威星智能儀表股份有限公司、寧夏隆基寧光儀表股份有限公司、廊坊新奧燃氣設(shè)備有限公司、遼寧航宇星物聯(lián)儀表科技有限公司。標準使用過程中如有建議或意見請聯(lián)系中國城市燃氣協(xié)會標準工作委員會秘書處或負責起草單位。負責起草單位：深圳市燃氣集團股份有限公司(地址：深圳市福田區(qū)中康北路深燃大廈，郵政編碼：518000,E-mail:chenyw@本標準由中國城市燃氣協(xié)會制定，其版權(quán)為中國城市燃氣協(xié)會所有。除了用于國家法律或事先得到中國城市燃氣協(xié)會書面許可，標準的任何部分不得以任何形式和任何手段進行復(fù)制、發(fā)行、改編、翻譯和匯編。如需申請版權(quán)許可，請聯(lián)系中國城市燃氣協(xié)會標準工作委員會秘書處。聯(lián)系地址：北京市西城區(qū)金融大街27號投資廣場B座6層1技術(shù)的燃氣智能抄表系統(tǒng)本標準規(guī)定了基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-1oT)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、本標準適用于采用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。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。膜式燃氣表家用超聲波燃氣表熱式質(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演進的通用陸地無線接人(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。包含網(wǎng)絡(luò)管理軟件和硬件的專用系統(tǒng)，提供終端節(jié)點接人鑒權(quán)、網(wǎng)關(guān)接入控制、IoT聯(lián)接管理平臺IoTconnectivitymanagementplat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)備管理一次抄讀成功率successrateofoncereading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。NB-IoT模組NB-IoTmodule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。CEL:覆蓋增強等級(coverageenhancementlevel)DRX:非連續(xù)接收(discontinuousreception)loT:物聯(lián)網(wǎng)(internetofthings)MAC:消息認證碼(messageauthenticationcode)NB-IoT:窄帶物聯(lián)網(wǎng)(narrowbandinternetofthings)PSM:節(jié)能模式(powersavingmode)SINR:信號與干擾加噪聲比(signaltointerferenceplusnoiseratio)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-IoT互聯(lián)網(wǎng)主站燃氣表通過內(nèi)置的NB-IoT模組接人到NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，將用氣數(shù)據(jù)、電壓、信號強度、異常情況等數(shù)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?，并對?shù)據(jù)進行處理、存儲；當規(guī)定的時間內(nèi)收不到數(shù)據(jù)時，應(yīng)進行記錄并報警。設(shè)置時鐘系統(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；可切換選擇人工對時和自動對時，主站系統(tǒng)自動對時的間隔可設(shè)置。設(shè)置參數(shù)系統(tǒng)應(yīng)具有設(shè)置數(shù)據(jù)自動上傳時間、上傳頻次等參數(shù)的功能。5.1.2技術(shù)指標一次抄讀成功率一次抄讀成功率應(yīng)按式(1)計算。一次抄讀成功率不應(yīng)低于99%。式中：7.—一次抄讀成功率；ni——在規(guī)定時間內(nèi)，一次抄讀未成功的燃氣表次數(shù)；n——應(yīng)抄讀的燃氣表總次數(shù)。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%。式中：74——日抄讀成功率；nz——統(tǒng)計時段的24h內(nèi)，未抄讀成功的燃氣表數(shù)量；n一—應(yīng)抄讀的燃氣表總數(shù)量。5.1.3信息安全數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)采用燃氣表到主站的端到端安全控制方式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、安全性和真實性。?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)民用智能燃氣表應(yīng)滿足T/CGAS003的要求；膜式燃氣a)表號。b)抄表氣量讀數(shù)。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模組休眠模式電流應(yīng)不大于5μA。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-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5min。燃氣表傳輸?shù)钠渌f明參見附錄B。5.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)及IoT聯(lián)接管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6IoT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。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。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。當主站下發(fā)下行消息到燃氣7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。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)。.4數(shù)據(jù)查詢應(yīng)支持數(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。維護及故障記錄報表管理等應(yīng)用。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)有身份認證和加密措施。c)主站系統(tǒng)操作應(yīng)有權(quán)限及嚴格完善的密碼、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。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人，兼容其不同采集通訊協(xié)議或第三方平臺接人功能，應(yīng)提供開放的軟件平臺和標準接口，提供應(yīng)用開發(fā)環(huán)境和標準的應(yīng)用編程接口。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?？删S護性8統(tǒng)運行。主站系統(tǒng)容量宜有不小于30%的冗余度。在燃氣表大量接人的同時，主站應(yīng)具有高并發(fā)處理能力和低響應(yīng)時間，每秒事務(wù)燃氣表安裝的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境SINR宜不小于+3dB,且RSRP宜不小于一80dBm。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9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說明：1——穩(wěn)壓電源；4——安培電流表；5——微安電流表；6——恒壓空氣源；7——燃氣表。測試項目規(guī)格或范圍準確度等級可調(diào)0V~36V,3A1級電壓測試電壓表1級電流測試1級電流測試安培電流表1級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b)NB-IoT模組休眠電流應(yīng)由模組供應(yīng)商提供已符合b)要求的證明文件，其測試方法參見附錄D。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不宜小于見附錄D。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6.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)及IoT聯(lián)接管理平臺IoT聯(lián)接管理平臺的試驗方法見表3。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,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,如可以正確查看無線環(huán)境參數(shù)則證明平臺已符合.1的要求√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.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)接管理平對應(yīng)燃氣表的相關(guān)信息，則證明平臺已符合√表3(續(xù))章條編號以下方式二選一：√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.4的合格證明文件。b)系統(tǒng)通電并運行抄表系統(tǒng)軟件，主站能夠獲取到燃√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的合格證明文件。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：a)由LoT聯(lián)接管理平臺供應(yīng)商提供符合.6的合格證明文件。b)系統(tǒng)通電并運行抄表系統(tǒng)軟件，燃氣表更換為不√△△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)計文檔以產(chǎn)品在定型時(設(shè)計定型、生產(chǎn)定型)和生產(chǎn)過程中應(yīng)按照本部分和產(chǎn)品標檢驗項目章條編號檢驗類別出廠檢驗√√√√一一日抄讀成功率一一√√一√√√一√√一電壓及電流√一一長期未通信關(guān)閥√一一△一一√一一√一一本地通信接口√√一一一√loT聯(lián)接管理平臺一一√一一√一一√(資料性附錄)燃氣表錯峰時間A.1燃氣表應(yīng)在t?+T秒上傳數(shù)據(jù)，錯峰時間T宜按式A.1計算。SN——燃氣表的設(shè)備序列號。t2——燃氣表數(shù)據(jù)上傳結(jié)束時間；t?——燃氣表數(shù)據(jù)上傳起始時間；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，嚴重報警宜實時上報，一般報警宜隨抄表周期上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，則當日抄表任務(wù)結(jié)束。B.3數(shù)據(jù)包規(guī)格燃氣表上行數(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)項數(shù)據(jù)大小(字節(jié))周期(RSRP,SINR,CEL,小區(qū)標識周期型1次/d啟等燃氣表下行數(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。表B.2燃氣表下行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)大小峰系數(shù)、過流系數(shù)、APN,平臺IP地址、端口等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；B.4時鐘報警對時鐘系統(tǒng)而言，每次完成數(shù)據(jù)上行后，主站應(yīng)下行時間參數(shù)，完成校時；數(shù)據(jù)端時間相差過大(比如大于20min),宜作為報警信息。(資料性附錄)IoT聯(lián)接管理平臺與主站的傳輸協(xié)議C.1燃氣表(內(nèi)置NB-IoT模組)—IoT聯(lián)接管理平臺一主站之間的協(xié)議棧參見圖C.1?；ヂ?lián)網(wǎng)NB-IoT圖C.1協(xié)議棧示意圖C.2燃氣表(內(nèi)置NB-IoT模組)與IoT聯(lián)接管理平臺之間采用LwM2M協(xié)議傳輸應(yīng)用層數(shù)據(jù)。C.3