移动网络表计上行连接管理的方法技术领域
本发明涉及无线集抄系统，尤其是涉及无线集抄系统中移动网络表计上行连接管
理的方法。
背景技术
在现有的无线集抄系统中，诸如电表之类的移动网络表计的上行通讯普遍采用
GPRS/CDMA/3G/4G移动网络直接或者采用PLC/RF/RS485借助集中器间接间接地采用GPRS/
CDMA/3G/4G移动网络与主站进行通讯。移动网络的GPRS/CDMA/3G/4G的按流量收费的特性
特别适合远程抄表系统。
现有的移动网络表计与主站的连接建立和通讯过程有以下几种模式：
1、动态IP模式，长在线，表计为客户端方式主动连接前置机，主站询问设备名，双方通
过心跳来保持连接；其适用场合为：公、私有APN网络都可以，集中器、少量移动网络表计数
量在10000只以下；其实时性最高，但是存在一些缺陷：设备数很大时，需要扩展服务器，大
致为10000只/服务器；并且，心跳维持需要耗费一定流量。
2、唤醒+动态IP模式，移动网络表计平常GPRS网络不工作，要通过短信或拨号唤醒
后主动连接前置机，主站询问设备名，任务完成后空闲超时断开应用层及物理连接(Push)；
其适用场合为：私有APN网络，大量GPRS移动网络表计，公共资源、服务器资源消耗较少，但
是存在一些缺陷：流程繁琐，通讯程序不容易控制状态。
3、静态IP模式，移动网络表计作为服务端一直保持GPRS网络侦听，主站按需请求
连接，任务完成后断开应用层及物理连接；其适用场合为：私有APN网络，大量GPRS移动网络
表计；实时性高，程序简单、稳健，服务器资源消耗较少，但是存在一些缺陷：由于长期在线，
消耗较多公共GPRS资源。
4、唤醒+静态IP模式，移动网络表计作为服务端，平常GPRS网络不工作，要通过短
信或拨号唤醒后启动网络侦听，任务完成后断开应用层及物理连接；其适用场合为：私有
APN网络，大量GPRS移动网络表计；公共资源、服务器资源消耗较少，服务器资源消耗较少，
但是存在一些缺陷：流程繁琐，通讯程序不容易控制状态。
以上提到的几种模式各有优缺点，当普通居民的移动网络表计采用上述第1种连
接方式时，移动网络表计直接与主站长时间连接与通讯，由于普通居民的移动网络表计数
量巨大，一个城市可能有100万只以上，需要主站配置100台前置通讯机才能管理，硬件成
本、管理成本都很高，再加上该模式需要定期的心跳维持，需要耗费大量的流量，并且长期
占用移动网络也是对公共资源的一种负担和浪费，所以对于大量移动网络表计的情形，这
种模式是不适合的；上述第2、3、4种连接方式，需要移动网络表计有局域网IP才能通讯，局
域网IP需要使用私有APN网络，私有APN网络需要另外支付一笔费用给ISP，增加了管理的成
本。可见，为了减少服务器设备的投入，降低网络方面的费用，希望设计一种连接方式，在保
证功能不减少的前提下，它既不需要长期连接前置通讯机，又不需要使用私有APN网络很有
必要。
另外，由于诸如GPRS或者CDMA之类的移动网络可能存在不能通讯的情况，这时，一
个备用的通讯方案是必要的，可以起到诊断、容灾的作用，可以大大减少现场维护的次数；
表计固件的远程升级，如果采用协议包断点续传，非常耗时，主站如果对100万只表进行升
级，这种速度是不可想象的，因此一个快速的升级方案是非常重要的；地理信息在抄表系统
上的应用越来越广泛，由于目前大多数系统是通过人工记录设备的经、纬度与表计的对应
关系，工作量不小，所以需要一种简便易行的方案来管理表计的地理信息；整个系统的步调
一致是靠系统同步设备的时钟来完成的，对于100万只表计，设置一次时钟的工作量也是相
当大的。
可见，实有必要对无线集抄系统中移动网络表计上行连接管理的方法进行改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术所存在的不足，而提出一种移
动网络表计上行连接管理的方法，能够全面地、经济地构建无线集抄系统，以适用于具有大
规模移动网络表计的情形。
本发明针对上述技术问题提出一种移动网络表计上行连接管理的方法，包括：采
用表计侧定时唤醒机制，使得移动网络表计按照设定的周期上线移动网络连接主站一次，
在设定时长内维持与主站的连接，然后自动下线；以及采用表计侧主动唤醒机制，使得移动
网络表计在有重要事件发生需要实时上报主站时，移动网络表计上线移动网络连接主站，
上报事件，报完后自动下线。
在一些实施例中，在采用表计侧定时唤醒机制时，使每个移动网络表计的上线时
间错开。
在一些实施例中，在采用表计侧定时唤醒机制时，使所有移动网络表计的上线时
间在该设定的周期内或者该设定的周期的特定区域内是均匀分布的。
在一些实施例中，该设定的周期为24小时，该设定时长以分钟计。
在一些实施例中，还包括：采用表计侧短消息的备用通道机制，使得在移动网络表
计无法连接主站时，能够通过移动网络表计主动向主站发送短消息来起到应急、容灾的作
用。
在一些实施例中，还包括：采用主站侧短消息/拨号呼叫的唤醒机制，使得主站能
够通过短消息/拨号呼叫的方式主动连接移动网络表计。
在一些实施例中，还包括：采用安全机制，使得主站管理密钥，并且主站能够通过
短消息命令功能进行加密传输能够更换移动网络表计的密钥。
在一些实施例中，还包括：采用地理信息管理机制，使得移动网络表计在主动上连
接过程中，把自身的地理位置信息通知给主站。
在一些实施例中，还包括：采用远程升级机制，使得移动网络表计能够通过FTP/
TFTP方式下载升级包，在通过设定的规则校验升级包合格后，移动网络表计根据该升级包
进行固件的升级。
在一些实施例中，还包括：采用时间同步机制，使得主站发布NTP时间服务，移动网
络表计按照一定的周期，在上线后使用NTP同步自己的时间。
与现有技术相比，本发明的移动网络表计上行连接管理的方法，通过巧妙地采用
表计侧定时唤醒机制，可以确保大规模表计的日常的上行连接，通过巧妙地采用表计侧主
动唤醒机制，可以确保大规模表计的突发的上行连接，能够全面地、经济地构建无线集抄系
统，以适用于具有大规模移动网络表计的情形。
附图说明
图1是采用本发明的移动网络表计上行连接管理的方法构成的无线集抄系统的框
图示意。
图2是本发明的表计侧定时唤醒机制的激活时段的状态转换示意。
图3是本发明的表计侧定时唤醒机制的流程示意。
图4是本发明的表计侧主动唤醒机制的模式状态转换示意。
图5是本发明的表计侧主动唤醒机制的上报实现模型的示意。
图6是本发明的表计侧主动唤醒机制的流程示意。
图7是本发明的主站侧拨号唤醒机制的流程示意。
具体实施方式
以下结合本说明书的附图，对本发明的较佳实施例予以进一步地详尽阐述。
参见图1，图1是采用本发明的移动网络表计上行连接管理的方法构成的无线集抄
系统的框图示意。本发明的无线集抄系统100大致包括：大量的移动网络表计110、主站150
以及用于辅助主站150与这些移动网络表计110通信连接的若干前置机130。其中，主站150
与移动网络表计110之间的移动网络通信连接，遵照本发明提出的一种移动网络表计上行
连接管理的方法190。
本发明提出的一种移动网络表计上行连接管理的方法190大致包括：
1、采用表计侧定时唤醒机制191，使得移动网络表计按照设定的周期上线移动网络连
接主站一次，在设定时长内维持与主站的连接，然后自动下线。其中，使每个移动网络表计
的上线时间错开。使所有移动网络表计的上线时间在设定的一个周期内/一个周期的特定
区域内是均匀分布的。该设定的周期为24小时，该设定时长以分钟计。采用这种机制1911，
移动网络表计110上线后，前置机130触发后台任务进行读写操作，移动网络表计110一天的
数据通过GPRS传递一般一分钟内可以传完，如此一来，对于100万只表的应用而言，每分钟
只有695只的移动网络表计110连线前置机130，大大低于 10000并发连接/前置机130的管
理能力，从而配置1台前置机130即可满足100万只移动网络表计110的管理。
2、采用表计侧主动唤醒机制192，使得移动网络表计在有重要事件发生需要实时
上报主站时，移动网络表计上线移动网络连接主站，上报事件，报完后自动下线。
3、采用主站侧短消息/拨号呼叫的唤醒机制193，使得主站能够通过短消息/拨号
呼叫的方式主动连接移动网络表计。
4、采用表计侧短消息的备用通道机制194，使得在移动网络表计无法连接主站时，
能够通过移动网络表计主动向主站发送短消息来起到应急、容灾的作用。具体而言，短消息
通信的功能包括：唤醒、连接前置机、密钥传输等；以及应急、容灾命令。
5、采用安全机制195，使得主站管理密钥，并且主站能够通过短消息命令功能进行
加密传输能够更换移动网络表计的密钥。具体而言，在硬件方面可采用SIM卡白名单，SIM卡
号通配符合度来控制，在协议方面，可设置与前置机之间的连接采用交换由对称密钥加密
的随机数来进行认证控制，主站负责管理密钥，可以利用短信命令功能进行加密传输更换
设备的密钥，从而达到安全的目的。
6、采用地理信息管理机制196，使得移动网络表计在主动上连接过程中，把自身的
地理位置信息通知给主站。具体而言，在主动上连接过程中，表计把地理位置信息（X经度、Y
纬度）字段通知前置机，地理位置信息可用于主站进行设备定位、能效分布、用电管理等智
能电网的应用。
7、采用远程升级机制197，使得移动网络表计能够下载升级包，在通过设定的规则
校验升级包合格后，移动网络表计根据该升级包进行固件的升级。具体而言，采用FTP/TFTP
方式，主站下发升级命令给表计，模块先用FTP/TFTP将升级包高速下载到模块中，通过一定
的规则校验升级包正确后，即可以使用通信协议分包传输给表计主体，这种方法能够大大
提高升级的速度。
8、采用时间同步机制198，使得主站发布NTP（Network Time Protocol，网络时间
协议）时间服务，移动网络表计按照一定的周期，在上线后使用NTP同步自己的时间。具体而
言，当表计的时间漂移 0.5秒/天左右，考虑采用NTP协议来同步表计时间，服务器发布NTP
时间服务，表计按照一定的周期，在上线后使用NTP同步自己的时间，如果偏差不大（300秒
以内），则校正自己的时间，不需要上报校时事件。
采用本发明的方法190带来的有益效果包括：公共APN、私有APN网络都可以采用；
不需要部署特别多的前置机130，非常适合大规模移动网络表计110的应用；由于移动网络
表计110绝大多数时间不登陆移动网络，可大大节省公共网络的资源的占用和心跳维持的
流量；可以大大减少服务器设备的投入，降低了网络方面的费用；通过短信息作为备用通信
通道，可以起到应急、容灾的作用；通过记录经、纬度等地理信息到移动网络表计110中，便
于主站管理地理信息；通过FTP远程升级方式，可大大缩短升级时间，提高了整个系统的可
维护性；通过NTP网络校时，可减少后台任务的工作压力。
以下，对本发明的方法190的各个方面予以详细说明。
参见图2，图2是本发明的表计侧定时唤醒机制的激活时段的状态转换示意。由于
普通居民的表计数量巨大，结算数据、负荷曲线数据抄读实时性要求不高，一般24小时之内
抄回数据即可。针对这一特点，本发明设计了一种移动网络表计在24小时的设定周期之内
只主动上线连接前置机一次，其余时间段移动网络表计不上线的连接机制。这种机制大大
减少了前置机的并行连接数，同时也节省了公共网络的资源的占用，且不需要运行在私有
APN网络。值得一提的是，在本实施例中，每个表计可以理解为由一个负责计量的表计主体
和一个负责移动网络通信的模块组成。
具体而言，模块上电，并正常运行后平时处于空闲状态，允许设置一天中的某些时
段激活模块的网络连接。其中，1) 在当前时间=时间窗的开始时间时, 激活时段处于活动
状态210，此时开始建立连接，连接成功或失败后状态处于锁定状态220，若连接成功但空闲
超时，断开连接后由于处于锁定状态220，将不会再次激活连接；2)当前时间=时间窗的结束
时间时，由锁定状态220变为不活动状态230，模块将一直工作于不活动状态230，等待下次
激活时段处于活动状态210；3)为了避免大量表计同时连接前置机，导致拥塞，采用算法错
开每个表的上线时间，使上线时间平均分布于一天中的24个小时（也可以设置一天中某时
段为上线时间段，比如00:00-08:00）。
参见图3，图3是本发明的表计侧定时唤醒机制的流程示意。其中，空闲状态下，若
模块320当前时钟处于激活时段内，且该时段内未被唤醒过，则将会触发模块320上线主动
连接前置机330，若在该时段内曾经被唤醒过则不再响应触发信号，为避免多设备同时访问
冲突，模块320随机延时主动连接远程前置机，在激活时间内若首次唤醒上线失败，则延时
一定时间后再重新尝试上线，若激活时间内多次重试失败则放弃连接，待下个激活时段或
通过其他方式来尝试连接。
参见图4，图4是本发明的表计侧主动唤醒机制的模式状态转换示意。上电后处于
空闲状态410，等待触发并唤醒420激活连接，若唤醒420则开始建立连接上线430，完成任务
后等待超时自动断开连接回到空闲状态410。通过表计侧主动唤醒机制可以实现事件驱动
主动上报。当有事件发生并通过下行连接发送上报请求给模块时，之后根据上线注册与否，
来决定事件主动上报至主站的时机。事件发生时，可以规定三种场景：1、模块已在线注册；
2、模块未上线注册但尝试上线成功；3、模块未上线，且尝试上线注册失败。
参见图5，图5是本发明的表计侧主动唤醒机制的上报实现模型的示意。当处于以
上某个场景时，事件上报需要不同的处理方式。对于模块已在线，事件请求并响应后，直接
将事件上报至服务器一侧；对于模块未上线，连接上线后服务器成功请求设备地址，再上报
事件到服务器一侧；当多次尝试上线不成功时，采用其它方式上报事件（如短消息）。
参见图6，图6是本发明的表计侧主动唤醒机制的流程示意。大致包括以下步骤：1)
表计主体610一侧发生事件将会发送上报请求至模块620；2) 若当前处于连接空闲状态时，
则触发模块620上线，确认连接建立之后，主站请求模块620的设备地址，模块620应答设备
地址，转至3）；若当前已处于在线状态时，直接转至4）；3)前置机630在确认TCP连接建立并
收到模块620发送的报文后，解析报文知道终端设备的基本信息，此时前置机630处于接收
数据状态，并打开数据空闲超时定时，若空闲超时则将主动关闭TCP连接；4) 确认在线注册
后返回上报请求应答，表计主体610将缓存的主动上报事件经模块620转发至前置机630，之
后处于数据空闲状态，空闲超时后关闭模块620与前置机630的连接。
参见图7，图7是本发明的主站侧拨号唤醒机制的流程示意。当主站请求实时操作
表计，表计不在线，可以应用短信/拨号呼叫等方式请求表计上线。当主站需要与移动网络
表计通信时，拨号或发送短信给终端设备，若设备收到来电或短信时匹配电话号码在允许
访问白名单中，则上线连接前置机。对于来电，根据振铃次数执行不同动作；对于短信，则解
析短信若符合指定的帧格式和内容，之后主动连接远程数据中心，等待远程数据访问，并将
接收短信删除。若否，对于来电则直接挂断，对于短信则不处理直接删除。值得一提的是，由
于移动网络信号、占用信道等因素的影响，对于来电拨号和短信接收存在一定的延迟，短信
比来电的延迟更大，且短信可能由于网络问题造成丢失，拨号可能由于占线、忙音等原因无
法拨通，当主站一侧长时间没有收到回应，需要在一定时间内进行重试。
具体而言，主站侧拨号唤醒机制的流程包括：1)当需要实时采集数据时，前置机
730发起拨号后（规定振铃次数及自动挂断时间），直到模块720收到来电振铃；2) 若前置机
730在发起拨号后，振铃时间超过规定时间时前置机730一侧自动挂断拨号，此时因为语音
链路或模块一侧忙无法收到振铃或响应，前置机730需要等待一段时间后在尝试发起拨号
请求；3) 模块720收到来电振铃指示后（不要设置自动应答），判断来电号码是否匹配，且来
电振铃指示达到规定限值（2-3次）时主动挂断后开始建立TCP/UDP连接；4)连接建立后，当
网络中无数据交换，空闲超时的时候，断开模块720与前置机730间的TCP/UDP连接。
与现有技术相比，本发明的移动网络表计上行连接管理的方法，通过巧妙地采用
表计侧定时唤醒机制，可以确保大规模表计的日常的上行连接，通过巧妙地采用表计侧主
动唤醒机制，可以确保大规模表计的突发的上行连接，能够全面地、经济地构建无线集抄系
统，以适用于具有大规模移动网络表计的情形。
值得一提的是，本发明的移动网络表计可以是水、电、气、热表计，其所采用的移动
网络可以是GPRS/CDMA/3G/4G。
上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普
通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本
发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。