當前數(shù)字化技術的發(fā)展極大地推動了國內(nèi)外各油田企業(yè)的信息化建設,同時數(shù)字化油田建設也是各油田企業(yè)在未來發(fā)展趨勢的必然選擇。其中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)字化油田建設整個價值鏈中尤為重要的一個環(huán)節(jié),然而油氣田的開采大部分處于偏遠地區(qū),大多分散且距離遠,這無疑對當前數(shù)字化油氣田的發(fā)展是一種挑戰(zhàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的日益發(fā)展,NB-IoT（Narrow Band Internet of Thing,窄帶物聯(lián)網(wǎng)）技術應時而生,該技術很好地滿足了對低功率、長待機、深覆蓋、大容量有所要求的低速率業(yè)務。本文分析了當前油氣田井口數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸所存在的不足,通過將NB-IoT技術作為紐帶,并結合運營商開放的物聯(lián)網(wǎng)平臺設計實現(xiàn)了一種基于NB-IoT技術的物聯(lián)網(wǎng)儀表數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括硬件和軟件設計兩個主要部分,硬件設計選擇基于Cortex-M3內(nèi)核的芯片作為無線儀表的MCU,實現(xiàn)超低功率,同時將NB通信模組與數(shù)據(jù)采集模塊集成在無線儀表中,完成系統(tǒng)硬件設計;軟件設計是在硬件設計完成基礎上進行的,實現(xiàn)了油氣田井口的數(shù)據(jù)采集、處理以及存儲的功能,進而通過NB-IoT通信模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至基站,最終由基站轉發(fā)至... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

NB-IoT網(wǎng)絡架構

NB-IoT是一種專為萬物互聯(lián)打造的蜂窩網(wǎng)絡連接技術，其所占用的頻譜帶寬大約為200KHZ，其速率為幾K到幾十K，且可以與現(xiàn)有網(wǎng)絡共存。為了便于各運營商根據(jù)自由網(wǎng)絡條件靈活運用，NB-IoT網(wǎng)絡可以直接在GSM（2G）、UMTS（3G）或LTE（4G）網(wǎng)絡這三種不同的無線頻帶上進行部署，無需重新建網(wǎng)，支持終端接入量比現(xiàn)有無線技術多達百倍，，一個扇區(qū)可以接入十萬個終端連接，降低新網(wǎng)絡部署成本，實現(xiàn)平滑升級[34-36]。NB-IoT支持在頻段內(nèi)（Inband），獨立頻段（Standalone）以及保護頻帶（Guardband）三種運行模式，如圖2-2所示。圖2-2NB-IoT部署模式Standalone模式是利用非LTE帶內(nèi)頻段進行部署，NB-IoT的功率譜密度增益12.3dB左右，頻帶資源豐富、覆蓋更廣[37-38]。相當于是獨立的即在運營商的網(wǎng)絡外面重做，不依賴LTE。Guardband模式是利用LTE載波內(nèi)的保護帶內(nèi)進行部署[39]。其頻帶資源一般，覆蓋一般。Inband模式是利用LTE頻帶內(nèi)的選擇180K做主載波進行部署[40]，即占用LTE的1個PRB資源，12個載波RE組成一個PRB資源，1RE相當于15KHZ的帶寬，那么一個PRB資源就有180KHZ，可以選擇性的占用其中的一個PRB資源進行數(shù)據(jù)傳輸。

西安石油大學碩士學位論文12圖2-3PSM模式在PSM狀態(tài)下，如核心網(wǎng)要下發(fā)數(shù)據(jù)，此時終端不接收下行數(shù)據(jù)，需要服務網(wǎng)關對于下行數(shù)據(jù)進行緩存并延遲，等待終端從PSM模式喚醒后，下發(fā)該數(shù)據(jù)。如圖2-3所示喚醒終端即退出PSM模式有以下兩種具體方式：第一是當終端有發(fā)送上行數(shù)據(jù)或執(zhí)行周期性位置更新的需求時，它會退出PSM模式進入空閑態(tài)，最終進入連接態(tài)，主動喚醒，實現(xiàn)終端與網(wǎng)絡通信，執(zhí)行上行業(yè)務流程，即主動進行網(wǎng)絡通信，上傳業(yè)務數(shù)據(jù)。第二是TAU周期請求定時器超時，在該周期內(nèi)，終端存在小段激活時間，可以與IoT平臺進行網(wǎng)絡交互，實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。使用定時器的激活時長來結束通信完成后的空閑態(tài)，超時后終端進入PSM模式。PSM周期支持的最長時間可達310H，一般默認為54min。它主要決定了終端必須多久上報一次數(shù)據(jù)，類似于心跳。（2）eDRX模式eDRX作為新引入的省電技術,是原DRX技術的增強版。eDRX是在模塊空閑態(tài)中引入了eDRX機制，能夠周期性的在某些時刻進入睡眠狀態(tài)，此時網(wǎng)絡無法訪問到終端設備，接收不到下行數(shù)據(jù)，在一定程度上達到省電的目的，并在下行數(shù)據(jù)傳輸時延和終端設備之間取得平衡。采用eDRX的終端一個TAU周期有一個Connecte_eDRX狀態(tài)周期和一個Idle_eDRX狀態(tài)周期。Idle_eDRX，顧名思義，即終端處于Idle狀態(tài)下，而在一個完整的Idle過程中，會有存在多個eDRX周期，最大周期為174.76min（2.92h）。每個eDRX周期中又包含了一個PTW（尋呼時間窗口）和一個PSM周期，PTW是由MME配置給終端，是由多個DRX周期組成。由于在Idle狀態(tài)RRC連接斷開，不接收業(yè)務數(shù)據(jù)，不監(jiān)聽物理下行控制信道（NPDCCH），關閉收發(fā)單元。因此終端在PTW周期間使用DRX周期監(jiān)聽呼叫信道與廣播信道，在尋呼時刻出現(xiàn)的位置上去物理信道讀取P-RNTI（網(wǎng)絡?

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3535349