[发明专利]一种基于NB-IoT技术的远程采集装置

权利要求书

1.一种基于NB-IoT技术的远程采集装置，其特征在于，所述装置包括：中央处理单元，安全模块，NB-IoT通信模块，电源模块，太阳能电池板，存储部件，传感器组，数据预处理模块，唤醒模块，其中，所述安全模块，电源模块，存储部件，数据预处理模块与所述中央处理单元相连接，所述NB-IoT通信模块与所述安全模块相连接，所述传感器组与数据预处理模块连接；太阳能电池板与电源模块连接；所述唤醒模块分别于NB-IoT通信模块以及中央处理单元相连接；

所述数据预处理模块提供多种通信协议接口，每个通信协议接口对应连接相应协议接口的传感器，接收来自传感器的数据，并对数据进行预处理，此外，数据预处理模块包括多条缓存路径和输出路径，每条缓存路径对应同一类型的传感器采集到的数据，所述多条缓存路径相互隔离，将预处理后的传感器采集到的数据，进行筛选和缓存，并将缓存的数据进行分组，通过输出路径进一步传输至中央处理单元；

所述唤醒模块通过NB-IoT通信模块接收网络侧设备发送的唤醒信号，并对唤醒信号进行解析，当解析出唤醒信号中包含的认证信息与之前存储的认证信息一致，则向中央处理单元发送唤醒信号，中央处理单元在接收到唤醒信号后，由深度睡眠状态转变为浅度睡眠状态或业务激活状态；中央处理单元通过NB-IoT通信模块向网络侧设备发送应答信号，更新计数器，并使用被更新的计数器、自身的身份信息、网络侧设备的身份信息和与网络侧设备的共享的密匙，更新存储的认证信息，并将更新存储的认证信息发送给唤醒模块以及网络侧设备；

所述安全模块保存有上行数据密钥和下行数据密钥，当获取到待上传的传输数据，调用上行数据密钥对所述待上传的传输数据进行加密，将经过加密的传输数据和所述远程采集装置的标识发送给网络侧设备，以及调用下行数据密钥对接收到的数据进行解密，将解密后的数据发送至中央处理单元。

2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的远程采集装置，其特征在于，所述传感器组包括水质传感器，空气温湿度传感器、水位传感器、烟雾传感器、气味传感器、气压传感器、加速度计，麦克风，摄像头。

3.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的远程采集装置，其特征在于，所述数据预处理模块对接收到的来自传感器的数据进行预处理，包括：在接收到来自传感器的数据到缓存至缓存路径前增加一个数据过滤过程，通过卡尔曼滤波器去除噪声。

4.根据权利要求3所述的基于NB-IoT技术的远程采集装置，其特征在于，所述通过卡尔曼滤波器去除噪声，包括：步骤1、设定过程噪声和测量噪声的协方差，分别用Q和R表示，用于使用卡尔曼滤波器对传感器采集数据进行处理；步骤2、用设定的Q和R构造出卡尔曼滤波器模型的递归公式；步骤3、在一个时间周期内，将传感器采集的实测数据通过卡尔曼滤波器得到剔除噪声的实际数据，并且根据时间序列模型以及本缓存路径所缓存的前N个周期的历史数据，计算出本周期的预测数据；N的数值由所采用时间序列模型决定；步骤4、计算该传感器节点本周期的实际数据与预测数据的差值，将该差值作为预测误差；步骤5、当预测误差小于或等于预先设定的误差阈值时，所述缓存路径向中央处理单元传输数据，当预测误差大于误差阈值时，所述缓存路径不向中央处理单元传输数据。

5.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的远程采集装置，其特征在于，所述中央处理单元在没有数据发送或接收的情况下，进入浅度睡眠状态，当定时器的定时到达后，仍然没有数据发送或接收，进入深度睡眠状态，在进入深度睡眠状态之前的预设时间内，唤醒模块开始工作，从而实时地接收网络侧设备发来的外部唤醒信号。

6.根据权利要求1所述的基于NB-IoT技术的远程采集装置，其特征在于，所述更新存储的认证信息包括：将计数器和远程采集装置的身份信息和网络侧设备的身份信息连接生成初始输入值，将所述初始输入值和初始向量以比特单位通过或逻辑运算出来，生成AES算法的输入值，通过生成的AES算法的输入值和密匙生成AES算法的输出值，作为更新的认证信息并存储。