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基于M5310-A的NB-IoT水表节电方案分享

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基于M5310-A的NB-IoT水表节电方案分享

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【摘要】:
基于M5310-A的NB-IoT水表节电方案分享

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节电方式类别

 

M5310-A节电方式主要分为三种模式:

①PSM(Power Saving Mode)模式;

②EDRX(Extended DRX)模式;

③关机模式。PSM模式下功耗约为3uA。

 

网络手段节电方式介绍

 

PSM模式原理:PSM即低功耗模式,是3GPP R12引入的技术,其原理是允许UE在空闲态一段时间后,关闭信号的收发和AS(接入层)相关功能,相当于部分关机,从而减少天线、射频、信令处理等的功耗消耗。

 

模组在与网络端建立连接或跟踪区更新(TAU)时,会在请求消息中申请进入PSM,网络端在应答消息中配置 T3324 定时器数值返给模组,并启动可达定时器。当 T3324 定时器超时后,模组进入 PSM。模组在针对紧急业务进行连网或进行公共数据网络初始化时,不能申请进入 PSM。当模组处于 PSM 模式时,将关闭大部分连网活动,包括停止搜寻小区消息、小区重选等。但是 T3412 定时器(与周期性 TAU 更新相关)仍然继续工作。进入 PSM 后,网络端将不能寻呼模组,直到下次模组启动连网程序或 TAU 时,才能发起寻呼。

 

模组有两种方式退出 PSM,一种是 DTE 主动发送上行数据,模组退出 PSM;另一种是当 T3412 定时器超时后,TAU 启动,模组退出 PSM。

 

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图 1 PSM功耗参考流程图

 

 

eDRX模式原理

 

eDRX(增强型不连续接收)技术,是3GPP R13引入的技术。R13之前已经有DRX技术,eDRX是对原DRX技术的增强,支持更长周期的寻呼,减少了终端的 DRX 次数和频率,从而达到节电的目的。eDRX 可工作于空闲模式和连接模式。在连接模式下,eDRX 把接收间隔扩展至 10.24 秒;在空闲模式下,eDRX 将寻呼监测和 TAU 更新间隔扩展至超过 40 分钟。节电效果相比 PSM 要差些,但相对于 PSM,eDRX 提高了下行通信链路的可到达性,较为适合保持长连接等的应用。

 

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图 2 EDRX功耗参考流程图

 

PSM与关机模式区别:PSM模式下模组仍在开机状态,关闭了大部分连网活动,AT指令仍然响应,模组VDD_EXT等引脚不掉电。

 

关机模式下,模组完全不工作,AT指令不响应,模组引脚全部掉电。

 

 

PSM和eDRX过程

 

关键状态收发数据、数据收发停止、进入idle、进入PSM态、tau过程、退出PSM态介绍,以M5310-A收发一次UDP数据为例,PSM T3324时间设置为8S,说明模组进入PSM的整个过程,如下图:

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图 3 M5310-A进入PSM 流程图

         

TAU及EDRX由于模组侧没有明显指示,结合功耗图来进行说明,如下图:

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图 4 TAU及EDRX过程说明图

 

 

参数设置

 

APN与PSM、eDRX之间的关系,PSM态与eDRX参数设置和查询方式,APN与PSM、eDRX参数设置与SIM卡开通时紧密相关,目前不允许开卡后通过终端修改T3412时间,统一模板如下图所示:

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图 5 APN与PSM、EDRX模板

 

  • PSM设置命令:AT+CPSMS=1,,,”T3412”,”T3324”

  • 查询命令:AT+CEREG=4,AT+CEREG?(以网络端查询结果判断是否生效)

  • EDRX常用设置命令:AT+CEDRXS=1,5,”EDRX value”

  • 配置PTW命令:AT+NPTWEDRXS=1,5,“PTW”,”EDRX value”

  • 查询命令:AT+CEDRXRDP

 

 

工作逻辑

 

运用PSM、eDRX方式实现水表节电方案介绍,运用关机方式实现节电方式介绍,综合方案节电方式介绍,目前水表节电方案结合水表应用特点:上传数据频率少,一周甚至一月上传一次,基本没有下行业务。建议使用PSM或者关机方式实现节电模式。

 

使用PSM模式有以下优点:从PSM退出后,若网络正常,可以直接发送数据,恢复时间大约为10S以内,使用功耗少。缺点为:若网络异常或波动,发送数据可能会失败,可靠性较差。

 

eDRX模式在水表应用场景中较少,可在开发初期设置远端配置功能,若水表后续使用中有下行业务需求,可从远端下发命令开启eDRX模式。

 

使用关机模式有以下优点:可靠性较高,发送完数据后关机,每次需发送数据初始化开机。缺点为:消耗时间长,模组开机入网功耗高。

 

综合方案节电方式,由于水表上传周期可能会按照需求有变化,比如从每周上传1次变为每月上传1次,上传频率较高情况下,可考虑使用PSM模式,上传频率较低情况下,可考虑使用关机模式。建议在开发初期设置远端配置功能,这样可按需调整上传策略以达到更好的省电效果。

 

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