监管流动人口居住场所出入的信息传递系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种监管流动人口居住场所出入的信息传递系统和方法。系统由LoRa终端集、LoRa网关、NB‑IoT终端集、NB‑IoT基站、信息融合处理平台组成。信息传递系统采用融入NB‑IoT的LoRa架构，满足零星分布和连片集中居住场所出入监管的需求，降低了系统的TCO；维系LoRa完整体系设计门内/外双天线，消除金属门对LoRa信号的屏蔽效应，提升了系统的可靠性；借助声表面波滤波器改进LoRa的LC滤波电路，蓝牙模块保障房屋产权人对开/关门授权的法定权力；根据承租人居住场所的出入数据，因人按需设置LoRa工作模式，兼顾信息传递系统的低功耗和实时性。

【技术实现步骤摘要】
监管流动人口居住场所出入的信息传递系统和方法
本专利技术属物联网的信息传递范畴。特别是指融入NB-IoT，采用门内/外双天线、因人设置LoRa工作模式的、监管流动人口居所出入的信息传递系统和方法。
技术介绍
随着我国城镇化进程的持续推进，大量流动人口涌入城市。2019年，上海、广州、深圳、北京、杭州的常住流动人口分别为972.69、967.33、818.11、794.30、450.44万人。探索城市流动人口监管课题的应对之策，经过多年的实践，各地各级管理部门形成共识：立足居住场所的门锁监管流动人口，纲举目张、事半功倍。物联网由感知层、网络层和应用层组成；参照物联网的技术架构，考量监管流动人口居住场所出入的物联网，物联网的应用层、感知层技术已完全成熟或基本成熟。即使就执行信息传递和处理的网络层而言，其信息处理部分亦不存在技术难题；关键的问题、问题的关键是网络层的信息传递部分迄今尚无理想的解决方案，量身打造服务于监管流动人口居住场所出入的信息传递系统，亟待破题。高房价和政府调控催生下的流动人口居所犹如万花筒般多姿，业态的多样性令人膛目结舌。传统狭义的居所：居民和农民的出租房、企业经营的出租房，以及二房东赖以媒利的群租房。现代广义的居所则在传统狭义居所的基础上，拓展出产权和经营分离为主要特征的房产中介代管房，房地产搅局者的长租公寓等；政府调控还推出经济适用房、共有产权房、廉租房、蓝领公寓、白领公寓、引进人才用房，以及土地招投标派生出的配建房、自持房(开发商只能用于租赁)等，林林总总令人眼花缭乱。流动人口的居所根据房屋的产权可分为，个人、企业、政府所有，或上述三者的某种组合；根据房屋的地理分布又分为，连片集中、零星分布两类，或上述二类的某种混合体。因此，监管流动人口居所出入的系统要关注房屋不同产权人的需求，重视房屋不同地理分布的特点。此外，要兼顾系统工程的通常目标：降低TCO、提高可靠性和通用性。监管流动人口居住场所不能克隆单位的门禁系统，流动人口居所的出入决定权在租户，门禁系统的出入决定权在单位，前者是监管，后者是监控。有鉴于此，确定信息传递系统功能。上行数据提供：开/关门状态，非法入侵报警提示；重要下行业务数据的回复确认帧，本地设备请求消息。下行数据提供：入住时登记指纹/密码等授权命令；门锁参数的设置或修改，重要上行业务数据的回复确认帧。考虑到房屋产权人拥有开/关门授权的法定权力，而且不排除房屋产权人对开/关门授权保密的高度敏感性，故需提供支持“高度敏感性”的技术手段，如在LoRa终端上配置蓝牙模块：允许房屋产权人独立于信息传递系统的信息融合处理平台，借助手机APP自行完成指纹/密码等授权，当且仅当公安获批，才能调取指纹/密码等授权信息。法制社会要厘清公权与私权的边界，规范公权、保障私权；例如，房屋出租后，除公安获批、其它管理部门无权索要钥匙；事实上，房屋产权人也只有征得承租人同意方可进屋。低功耗广域网(LowPowerWideAreaNetwork，LPWAN)是物联网的核心技术。根据使用的频谱LPWAN分为：工作于未授权频谱的SigFox、LoRa等；工作于授权频谱3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信，如NB-IoT(NarrowBand-InternetofThings，窄带物联网)、EC-GSM、LTE-M等。NB-IoT运维费用适中，优势是连接能力强、覆盖能力强、功耗低、标准化；窄带蜂窝物联网部署于原有蜂窝网络，部署成本低廉、技术平滑升级具有高可靠性；NB-IoT的劣势是使用了并非免费午歺的授权频谱。2016年6月，NB-IoT标准获国际组织3GPP批准，是运营商主导的广域物联网公网。2015年1月，思科、IBM、Semtech先科等公司成立LoRa联盟；2016年1月，中兴与20家厂商建立中国LoRa联盟；2016年7月，LoRaWAN规范形成最终定稿；荷兰KPN电信和韩国SK电信已部署覆盖各自国家的LoRa网络，提供基于LoRa的物联网服务。LoRa工作于未授权Sub-GHz频段，采用线性调频扩频跳频、前向纠错、速率自适应(ADR)、主动和空中唤醒机制、单跳星型网络等系列技术，具有低功耗、长距离、低成本、大网络容量等特点；面向设备间互联的WiFi、ZigBee、Bluetooth等无法满足物联网对连接的需求--远距离与低功耗只能二选一--LoRa则填补了技术空缺，工程技术人员得以从更远距离通信与更低功耗间的痛苦抉择中解脱。LoRa的优势是使用免费的未授权频谱，有利于降低运行开支。LoRa的劣势亦源由使用免费的未授权频谱，通信质量不及NB-IoT；同时，用户需自行支付部署、维护LoRa网络的费用。LoRa和NB-IoT是LPWAN领域的竞争对手，更是竞合伙伴。目前，LPWAN典型应用场景有二，分散/集中型应用场景。分散型应用场景：用户是分散的、或产品在地域分布上是分散的、或产品具有移动属性；此类应用场景的需求是大范围网络覆盖，满足区域分布和移动属性对网络的要求，常以消费电子和基于定位的应用为主。集中型应用场景：单客户具有在小范围部署局部网络的条件，即局部范围内具有分担网络建设成本的足够数量的终端。本文的信息传递系统则两者兼而有之：既有连片集中的蓝/白领公寓、长租公寓、经济适用房；也有零星分布的居/农民出租房、房产中介代管房、开发商自持房。因此，信息传递系统采用融入NB-IoT的LoRa架构：NB-IoT满足零星分布居住场所出入的监管，LoRa实施连片集中居住场所出入的监管。2016年，中国LoRa联盟建立。初期LoRa研究集中在LoRa的介绍、性能评估，简单的LoRa应用。随着时间的推移，研究的深度和广度均取得长足进步。[1]牛朝.基于TDMA的LoRa通信网络设计[J].计算机测量与控制，2019，27(3)：206-210.提出借鉴TDMA组网方法，使同一信道容纳多个通信设备。[2]谭华峰.基于LoRa通信的延时控制研究[J].信息系统工程，2019，34(11)：44-45.提出采用时间同步中的时间戳交换技术，实现较精准的延时控制。[3]汪平.基于LoRa的低功耗通信网络性能优化技术研究[D].重庆理工大学，2019.3.提出引入ACB(AccessClassBarring)机制，解决大量终端接入的拥塞问题。[4]刘乃安.基于LoRa的无线传感器网络MAC协议的实现方法[P].ZL2016103902162.提出网关节点根据到不同终端节点的距离将终端节点分为多个组，解决MAC协议网络容量较小、功耗较大及可扩展性不强的问题。上述有益探索是LoRa研究成果的汇总；研究成果有参考价值，但存在局限，有必要作进一步的创新。LoRa是一个完整的体系；无论是借鉴TDMA组网、时间戳交换技术，还是ACB机制、终端节点分组，均对LoRa体系作了修正，修正是有代价的，代价是系统的通用性、兼容性受损，且工程可行性有待验证。本申请维系LoRa完整体系，设计门内/外双天线，克服金属门对LoRa信号的屏蔽效应，LoRa终端可根据RSSI或SNR选择门内/外的LoRa信号(无线信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监管流动人口居住场所出入的信息传递系统，其特征在于系统由LoRa终端集(10)、LoRa网关(20)、NB-IoT终端集(30)、NB-IoT基站(40)、信息融合处理平台(50)组成；LoRa终端集(10)包括第一LoRa终端(11)，按序递增至第N LoRa终端(1N)，N≥1；NB-IoT终端集(30)包括第一NB-IoT终端(31)，按序递增至第M NB-IoT终端(3M)，M≥1；LoRa终端集(10)与LoRa网关(20)，NB-IoT终端集(30)与NB-IoT基站(40)，分别借助LoRa、蜂窝无线通信传递信息；LoRa网关(20)、NB-IoT基站(40)通过Internet接入信息融合处理平台(50)；/n第一LoRa终端(11)由LoRa模块(100)、RFID模块(200)、蓝牙模块(300)、主控和数据处理模块(500)、指纹密码模块(600)、电机模块(700)、地址模块(800)组成，LoRa模块(100)、RFID模块(200)、蓝牙模块(300)、指纹密码模块(600)、电机模块(700)、地址模块(800)分别与主控和数据处理模块(500)相连；LoRa模块(100)包括天线选择单元(110)、收发切换单元(120)、收发滤波单元(130)、LoRa收发单元(140)，LoRa网关(20)的下行数据经天线选择单元(110)、收发切换单元(120)、收发滤波单元(130)至LoRa收发单元(140)，LoRa模块(100)的上行数据反之亦然；/nLoRa终端集(10)内其它LoRa终端的LoRa模块，与第一LoRa终端(11)的LoRa模块(100)相同；LoRa终端集(10)的LoRa终端与NB-IoT终端集(30)的NB-IoT终端类同，两者的唯一差异是，LoRa终端的主控和数据处理模块通过SPI接口与LoRa模块相连，NB-IoT终端的主控和数据处理模块则通过USART接口与NB-IoT模块相连；信息传递系统采用融入NB-IoT的LoRa架构，LoRa模块配置门内/外双天线，声表面波滤波器的滤波电路和蓝牙模块，根据承租人居住场所的出入数据，因人按需设置LoRa工作模式；LoRa模块配置的门内/外双天线分别位于流动人口居住场所门的室内/外侧。/n...

【技术特征摘要】
1.一种监管流动人口居住场所出入的信息传递系统，其特征在于系统由LoRa终端集(10)、LoRa网关(20)、NB-IoT终端集(30)、NB-IoT基站(40)、信息融合处理平台(50)组成；LoRa终端集(10)包括第一LoRa终端(11)，按序递增至第NLoRa终端(1N)，N≥1；NB-IoT终端集(30)包括第一NB-IoT终端(31)，按序递增至第MNB-IoT终端(3M)，M≥1；LoRa终端集(10)与LoRa网关(20)，NB-IoT终端集(30)与NB-IoT基站(40)，分别借助LoRa、蜂窝无线通信传递信息；LoRa网关(20)、NB-IoT基站(40)通过Internet接入信息融合处理平台(50)；
第一LoRa终端(11)由LoRa模块(100)、RFID模块(200)、蓝牙模块(300)、主控和数据处理模块(500)、指纹密码模块(600)、电机模块(700)、地址模块(800)组成，LoRa模块(100)、RFID模块(200)、蓝牙模块(300)、指纹密码模块(600)、电机模块(700)、地址模块(800)分别与主控和数据处理模块(500)相连；LoRa模块(100)包括天线选择单元(110)、收发切换单元(120)、收发滤波单元(130)、LoRa收发单元(140)，LoRa网关(20)的下行数据经天线选择单元(110)、收发切换单元(120)、收发滤波单元(130)至LoRa收发单元(140)，LoRa模块(100)的上行数据反之亦然；
LoRa终端集(10)内其它LoRa终端的LoRa模块，与第一LoRa终端(11)的LoRa模块(100)相同；LoRa终端集(10)的LoRa终端与NB-IoT终端集(30)的NB-IoT终端类同，两者的唯一差异是，LoRa终端的主控和数据处理模块通过SPI接口与LoRa模块相连，NB-IoT终端的主控和数据处理模块则通过USART接口与NB-IoT模块相连；信息传递系统采用融入NB-IoT的LoRa架构，LoRa模块配置门内/外双天线，声表面波滤波器的滤波电路和蓝牙模块，根据承租人居住场所的出入数据，因人按需设置LoRa工作模式；LoRa模块配置的门内/外双天线分别位于流动人口居住场所门的室内/外侧。


2.根据权利要求1所述的监管流动人口居住场所出入的信息传递系统，其特征在于所述的天线选择单元(110)包括门内天线(111)、门外天线(112)、SPDT模拟开关(113)，SPDT的型号为Ts5a3154，门内天线(111)的天线安装在流动人口居住场所门的室内侧，门外天线(112)的天线安装在流动人口居住场所门的室外侧；门内天线(111)的天线经C111、L111、C112构成的π型滤波电路、C113与Ts5a3154的脚7相连，门外天线(112)与门内天线(111)相同，接Ts5a3154的脚6；Ts5a3154的脚2、3、4接地，脚5、脚1分别与端子Switch1、A内&A外相连；Switch1低电平时，Ts5a3154的脚1接通脚7、即启用门内天线(111)，Switch1高电平时，Ts5a3154的脚1接通脚6、即启用门外天线(112)。


3.根据权利要求1所述的监管流动人口居住场所出入的信息传递系统，其特征在于所述的收发切换单元(120)以AS179射频开关芯片为核心，AS179脚2接地，脚5、1、3分别与端子A内&A外、RF_Receive1、RF_Send1相连，脚6、4分别经R121、R122与端子Switch2_1、Switch2_2相连，C121、C122的一端分别与AS179的脚6、4相连，C121、C122的另一端接地；Switch2_1低电平、Switch2_2高电平时，脚5接通脚1，即LoRa模块(100)处于接收状态；Switch2_1高电平，Switch2_2低电平时，脚5接通脚3，即LoRa模块(100)转发射状态。


4.根据权利要求1所述的监管流动人口居住场所出入的信息传递系统，其特征在于所述的收发滤波单元(130)包括接收电路的声表面波滤波器(131)、C132、L131、C133构成的π型滤波电路(132)，以及发射电路的C142、L141，C144、L142并联成两组、再串联的谐振滤波电路(133)；声表面波滤波器(131)以8572115芯片为核心，8572115的脚1、3、4、6接地，脚2与端子RF_Receive1相连，脚5经C131、π型滤波电路(132)与端子RF_Receive2相连；两组并联再串联谐振滤波电路(133)的C142一端、C141的一端与端子RF_Send1相连，C141的另一端接地；两组并联再串联谐振滤波电路(133)的C144一端、C145的一端经C146与端子RF_Send2相连，C145的另一端接地；C147的一端、L143的一端与端子RF_Send2_1相连，C147的另一端接地，L143的另一端与C148的一端、端子RF_Send2_2相连，C148的另一端接地；C149的一端与端子RF_Send2_3相连，C149的另一端接地。


5.根据权利要求1所述的监管流动人口居住场所出入的信息传递系统，其特征在于所述的LoRa收发单元(140)以SX1278芯片为核心，SX1278的脚1、27、25、24分别与端子RF_Receive2、RF_Send2_1、RF_Send2_2、RF_Send2_3相连，SX1278的脚16～19分别与端子SCLK、MISO、MOSI、NSS相连，SX1278的脚8～13分别与端子DIO0～DIO5相连；SX1278接收/发射完成时，DIO0～DIO5执行中断输出。


6.根据权利要求1所述的监管流动人口居住场所出入的信息传递系统，其特征在于所述的第一LoRa终端(11)的主控和数据处理模块(500)以STM32F103芯片为核心，STM32F103的脚14～17分别与端子NSS、SCLK、MISO、MOSI相连，脚37～42分别与端子DIO0～DIO5相连，STM32F103控制LoRa模块(100)无线信号的收发和数据处理；STM32...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云斌，杨煜，郑植，温新叶，吴明光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33