随着万物互联时代的到来,物联网技术得到了前所未有的发展。以窄带物联网为代表的低功耗广域覆盖技术应运而生,同时也成为了智能电网进一步发展的强大动力。然而在面向电力井盖和电力管廊等应用场景中的电力监测时,如何延长终端的使用寿命依然是一个难题。虽然这类监测所获取的数据量较小,但电力监测终端分布范围广且所处的地理环境复杂多样,往往难以更换监测终端的电池,从而限制了终端的生存期。因此,在电力监测场景下,研究面向电力监测的LPWA终端能耗优化具有重要的意义。本文主要研究内容如下:(1)针对面向电力监测的NB-IoT终端的能耗优化问题,本文以电力监测终端承载的体量最大且最为基础的周期主动上报业务为例,构建了基于马尔可夫的终端状态转换模型。该模型的优点是首次加入了终端掉线状态,同时将终端连接状态和休眠状态进一步分成随机接入状态、数据收发状态、短周期休眠状态和长周期休眠状态,从而进一步细化了终端能量的耗散源。然后根据该模型提出相应的能耗、时延分析模型,通过系统的分析得出NB-IoT终端状态的能耗分布情况,为NB-IoT终端能耗优化研究提供有针对性的优化方向,同时根据分析结果给出了终端参数配置方案。(2)随机接入状态中出现严重的网络拥塞时会消耗NB-IoT终端大量的能量。首先通过分析随机接入过程中的ACB策略的工作过程,对面向电力监测的网络负载建立数学模型,并对网络负载的变化进行预测估计。然后根据网络负载预测结果构建一个自适应参数更新函数,对随机接入限制因子p进行自适应更新,以最大化系统吞吐量。之后结合NB-IoT电力监测终端中不同终端的任务优先级需求,提出了以时延为导向的终端接入优先级分类方案。最后综合以上分析提出了mACB算法。仿真结果表明,与ACB算法和EAB算法相比,本文算法可以在大规模NB-IoT终端随机接入的场景下保持更高的接入成功率和更低的接入平均时延,可以有效避免NB-IoT终端在进行随机接入过程时因网络拥塞而消耗大量的能量。(3)以面向电力井盖的监测任务为例,设计了一个面向电力井盖监测的NB-IoT终端低能耗系统。本文从硬件芯片选择、程序控制与硬件电路相互结合、数据传输协议与平台算法相互结合等方面出发进行低能耗系统设计,同时还为终端设计了终端附网方案和数据传输方案,从而达到降低终端能耗的目的。