一种自动切换线路的无线传输系统及方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种自动切换线路的无线传输系统及方法。

背景技术：

在有线通信和蜂窝移动通信不能覆盖的区域，当通信距离在几十公里的范围之内时，射频无线通信是一种方便且经济的通信方式，一般将多个终端通过网络设备组网后，使用电台或者无线网桥等无线传输设备传输网络数据。在军事、安全、交通、监控等领域，由于传输的数据非常重要，而设备往往处在强电气或电磁干扰、恶劣高温或低温、剧烈温差变化等恶劣工作环境下，因此一般要求对数据传输链路设计冗余热备份，当一条链路发生异常时，能够切换到另一条链路以维持正常通信。

如果使用二层交换机对多终端进行组网，再连接到电台或者无线网桥等无线传输设备，由于这些设备都工作在数据链路层，当电台或者无线网桥等无线传输设备发生异常时，其数据帧的收发仍然存在，此时发送的是空的或异常的数据帧，二层交换机无法识别到异常和切换链路。为解决这个问题，目前一般采用具有NQA(网络质量分析)功能的路由器或三层交换机组网，采用网络质量分析的方法，在异常发生后选择备用链路。此方案可以实现链路热备份的功能，但具有NQA功能的路由器或三层交换机的价格昂贵，且对组网人员的技术能力要求较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动切换线路的无线传输系统及方法，能够在线路出现故障时，断开无线传输设备与二层交换机的连接，并自动切换其他备用无线传输设备，实现无线传输线路的自动切换，安全方便，并且网络配置要求低，价格低廉。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种自动切换线路的无线传输系统，包括第一终端、第二终端、第一传输装置以及与第一传输装置完全相同的第二传输装置，其中第一终端和第二终端互为第一终端和第二终端；

所述第二终端，与所述第二传输装置相连接，用于发送第二普通数据帧至所述第二传输装置；

所述第二传输装置，与所述第一传输装置无线连接，用于根据自身的线路状态生成第二控制数据帧，并将其与接收的所述第二普通数据帧一起发送至所述第一传输装置；

所述第一传输装置，与所述第一终端相连接，用于将接收的所述第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，并将所述第二普通数据帧发送至所述第一终端，并在根据所述第二控制数据帧判断出所述第二传输装置中当前连接的线路异常时，对自身的当前连接线路进行切换；以及用于根据自身的线路状态信息生成第一控制数据帧并将其发送至所述第二传输装置，并在判断自身线路出现异常时，对自身的当前连接线路进行切换；

所述第一终端，用于接收所述第一传输装置传输的第二普通数据帧。

本发明的有益效果：本发明提供的一种自动切换线路的无线传输系统，第二传输装置根据网络状况生成控制数据帧，并将其与第二终端传输的第二普通数据帧一起发送至所述第一传输装置，第一传输装置将接收的第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，并将第二普通数据帧传输给第一终端，同时第一传输装置还判断分离出来的第二控制数据帧是否表示第二传输装置中当前连接的线路出现故障，若出现故障，则所述第一传输装置对自身的当前连接线路进行切换；另外，所述第一传输装置根据自身的线路状态信息生成第一控制数据帧，并将其传输至第二传输装置，并在根据自身的状态信息判断自身线路出现故障时，对自身的当前连接线路进行切换。本发明中第一传输装置根据第二传输装置传输的第二控制数据帧判断第二传输装置中当前连接的线路是否出现故障，还根据自身的状态信息判断自身当前连接的线路是否出现故障，无论是第二传输装置当前连接的线路出现线路故障还是自身当前连接的线路出现故障，所述第一传输装置都会对自身的当前连接线路进行切换，本发明在无线传输主线路发生异常的时候，能够自动发现故障，自动切换到备用线路，不需要使用相对价格昂贵的三层网络设备，只需要使用相对廉价的具有生成树协议功能的二层交换机组网，对使用现场工程人员的网络配置水平要求较低，价格经济，实用性较好。

进一步的，所述第一传输装置具体包括多个结构相同的互为备份的第一传输模块和一个第一二层交换机，所述第一二层交换机的一端与其中一个第一传输模块建立连接，另一端与第一终端建立连接；所述第二传输装置具体包括多个结构相同的互为备份的第二传输模块和一个第二二层交换机，所述第二二层交换机的一端与其中一个第二传输模块建立连接，另一端与第二终端建立连接；

所述第一传输模块，用于将接收的第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，并将第二普通数据帧传输至第一二层交换机，并在判断出第二控制数据帧表示所述第二传输装置中对应的第二传输模块线路异常时，断开与第一二层交换机的连接；以及用于根据自身的线路状态信息生成第一控制数据帧，并将其传输至所述第二传输装置中对应的第二传输模块，并在根据自身的线路状态信息判断自身线路出现异常时，断开与第一二层交换机的连接；

所述第一二层交换机，用于将接收的所述第二普通数据帧发送至所述第一终端，并在所述第一传输模块断开与自身的连接时，从其他的备份第一传输模块中选择一个第一传输模块建立连接；

所述第一终端，用于接收所述第一二层交换机发送的所述第二普通数据帧。

采用上述进一步方案的有益效果：第一传输模块根据第二传输装置传输的第二控制数据帧判断第二传输装置当前连接的线路是否出现线路故障，还根据自身的状态信息判断自身的线路是否出现故障，无论是第二传输装置当前连接的线路出现故障还是自身的线路出现故障，第一传输模块都会断开与第一二层交换机的连接，由第一二层交换机再从备份的第一传输模块中选择一个第一传输模块建立连接，在无线传输主线路发生异常的时候，第一二层交换机自动切换到备用线路，价格经济，实用性较好。

进一步的，没有与第一二层交换机建立连接的其他的备份第一传输模块分别与第二传输装置中的相对应的备份第二传输模块进行控制数据帧的传输。

采用上述进一步方案的有益效果：时刻对备份传输线路进行检查，保证在主线路出现故障时，能够立刻切换到线路正常的备份传输线路。

进一步的，所述第一传输模块具体包括第一传输天线、第一无线传输单元以及第一无线链路控制单元；所述第二传输模块具体包括第二传输天线、第二无线传输单元以及第二无线链路控制单元；

所述第一传输天线，用于将第二传输装置中对应的第二传输天线传输的第二普通数据帧和第二控制数据帧发送至所述第一无线传输单元，以及用于将第一无线传输单元发送的第一控制数据帧传输至所述第二传输装置中对应的第二传输天线；

所述第一无线传输单元，用于将所述第一传输天线发送的第二普通数据帧和第二控制数据帧和自身的线路状态信息发送至所述第一无线链路控制单元，以及用于将所述第一无线链路控制单元发送的第一控制数据帧传输至所述第一传输天线；

所述第一无线链路控制单元，用于对接收的第一无线传输单元发送的第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，将分离出的第二普通数据帧转发给所述第一二层交换机，并在判断出所述第二控制数据帧表示第二传输装置中对应的第二无线传输单元线路异常时，断开与所述第一二层交换机的连接；以及用于根据第一无线传输单元传输的所述线路状态信息生成第一控制数据帧，将其发送至所述第一无线传输单元，并在根据所述线路状态信息判断所述第一无线传输单元线路异常时，断开与第一二层交换机的连接。

采用上述进一步方案的有益效果：在传统无线传输设备中加入无线链路控制单元，无线链路控制单元在无线传输数据中加入控制帧，无线链路控制单元根据控制帧的数据，在线路发生异常时断开无线传输设备与网络设备的连接，触发交换机的STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)功能，从而实现线路切换，只需要使用相对廉价的具有STP功能的二层交换机组网，具有价格经济，网络配置要求低的有益效果。

进一步的，第二普通数据帧和第二控制数据帧的传输按照预设比例N：1进行传输，在传输N个第二普通数据帧后传输1个第二控制数据帧；

第一普通数据帧和第一控制数据帧的传输按照预设比例N:1进行传输，在传输N个第一普通数据帧后传输1个第一控制数据帧。

采用上述进一步方案的有益效果：调整数据帧与控制帧的比例值N:1可以在带宽和切换速度之间做出权衡，N值小可获得较快的切换速度，但对带宽的占用大；N值大则对带宽的影响较小，但是发生故障时的切换时间较长，可根据实际需要调整比例值N。

进一步的，所述第一无线链路控制单元，还用于在超过预设时间没有接收到第二控制数据帧时，断开自身与所述第一二层交换机的连接。

采用上述进一步方案的有益效果：超过预设时间没有接收到第二控制数据帧时，表明第二传输装置当前连接的线路出现问题，第一无线链路控制单元就可以自动断开与第一二层交换机的连接，自动切换线路，避免无法传输数据。

进一步的，所述第一终端，还用于发送第一普通数据帧至所述第一二层交换机；

所述第一二层交换机，还用于将第一终端发送的第一普通数据帧传输至所述第一无线链路控制单元；

所述第一无线链路控制单元，还用于将接收的所述第一普通数据帧和自身生成的第一控制数据帧一起发送至所述第一无线传输单元；

所述第一无线传输单元，还用于将接收的第一普通数据帧和第一控制数据帧一起发送至所述第一传输天线；

所述第一传输天线，还用于将接收的第一普通数据帧和第一控制数据帧一起发送至所述对端传输装置中的相对应的第二传输天线。

采用上述进一步方案的有益效果是：第一终端也可以通过第一传输装置向第二传输装置传输第一普通数据帧，再通过第二传输装置传输给第二终端，实现第一终端和第二终端之间的数据交互。

进一步的，所述二层交换机具有生成树协议；

所述无线传输单元具体包括无线网桥或者电台；

所述无线链路单元具体包括主控芯片、程序存储器、数据存储器和供电电路。

采用上述进一步方案的有益效果：具有生成树协议功能的二层交换机能够自动实现线路切换。

进一步的，所述第一传输装置和第二传输装置均工作在数据链路层。

另一方面，本发明提供了一种自动切换线路的无线传输方法，所述方法包括：

S1、第一传输装置接收第二传输装置发送的第二普通数据帧和第二控制数据帧，并将二者进行分离，其中，所述第二普通数据帧为第二终端发送给第二传输装置的数据，所述第二控制数据帧为第二传输装置根据自身的线路状态生成的数据；

S2、将所述第二普通数据帧发送至所述第一终端，并在根据所述第二控制数据帧判断出所述第二传输装置中当前连接的线路异常时，对自身的当前连接线路进行切换；

S3、根据自身的线路状态信息生成第一控制数据帧并将其发送至所述第二传输装置，并在判断自身线路出现异常时，对自身的当前连接线路进行切换。

本发明的有益效果：本发明提供的一种自动切换线路的无线传输方法，第二传输装置根据网络状况生成控制数据帧，并将其与第二终端传输的第二普通数据帧一起发送至所述第一传输装置，第一传输装置将接收的第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，并将第二普通数据帧传输给第一终端，同时第一传输装置还判断分离出来的第二控制数据帧是否表示第二传输装置中当前连接的线路出现故障，若出现故障，则所述第一传输装置对自身的当前连接线路进行切换；另外，所述第一传输装置根据自身的线路状态信息生成第一控制数据帧，并将其传输至第二传输装置，并在根据自身的状态信息判断自身线路出现故障时，对自身的当前连接线路进行切换。本发明中第一传输装置根据第二传输装置传输的第二控制数据帧判断第二传输装置中当前连接的线路是否出现故障，还根据自身的状态信息判断自身当前连接的线路是否出现故障，无论是第二传输装置当前连接的线路出现线路故障还是自身当前连接的线路出现故障，所述第一传输装置都会对自身的当前连接线路进行切换，本发明在无线传输主线路发生异常的时候，能够自动发现故障，自动切换到备用线路，不需要使用相对价格昂贵的三层网络设备，只需要使用相对廉价的具有生成树协议功能的二层交换机组网，对使用现场工程人员的网络配置水平要求较低，价格经济，实用性较好。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种自动切换线路的无线传输系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1的一种自动切换线路的无线传输系统中传输装置的结构示意图；

图3为本发明实施例2的一种自动切换线路的无线传输方法流程图；

图4为本发明实施例2的一种自动切换线路的无线传输方法详细流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1、一种自动切换线路的无线传输系统。下面结合图1和图2对本实施例提供的系统进行详细说明。

参见图1和图2，本发明提供的一种自动切换线路的无线传输系统，所述系统包括第一终端、第二终端、第一传输装置以及与第一传输装置完全相同的第二传输装置，其中第一终端和第二终端互为本地终端和对端终端。

所述第二终端，与所述第二传输装置相连接，用于发送第二普通数据帧至所述第二传输装置。

所述第二传输装置，与所述第一传输装置无线连接，用于根据自身的线路状态生成第二控制数据帧，并将其与接收的所述第二普通数据帧一起发送至所述第一传输装置。

所述第一传输装置，与所述第一终端相连接，用于将接收的所述第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，并将所述第二普通数据帧发送至所述第一终端，并在根据所述第二控制数据帧判断出所述第二传输装置中当前连接的线路异常时，对自身的当前连接线路进行切换；以及用于根据自身的线路状态信息生成第一控制数据帧并将其发送至所述第二传输装置，并在判断自身线路出现异常时，对自身的当前连接线路进行切换。

所述第一终端，用于接收所述第一传输装置传输的第二普通数据帧。

具体的，所述第一传输装置具体包括多个结构相同的互为备份的第一传输模块和一个第一二层交换机，所述第一二层交换机的一端与其中一个第一传输模块建立连接，另一端与第一终端建立连接。所述第二传输装置具体包括多个结构相同的互为备份的第二传输模块和一个第二二层交换机，所述第二二层交换机的一端与其中一个第二传输模块建立连接，另一端与第二终端建立连接。第一传输装置中第一传输模块有n个，n>1，第二传输装置中第二传输模块也有n个，与第一传输装置中n个第一传输模块一一对应。

所述第一传输模块，用于将接收的第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，并将第二普通数据帧传输至第一二层交换机，并在判断出第二控制数据帧表示所述第二传输装置中对应的第二传输模块线路异常时，断开与第一二层交换机的连接；以及用于根据自身的线路状态信息生成第一控制数据帧，并将其传输至所述第二传输装置中对应的第二传输模块，并在根据自身的线路状态信息判断自身线路出现异常时，断开与第一二层交换机的连接。

所述第一二层交换机，用于将接收的所述第二普通数据帧发送至所述第一终端，并在所述第一传输模块断开与自身的连接时，从其他的备份第一传输模块中选择一个第一传输模块建立连接。无线链路控制单元将连接到交换机的线路设置为断开，从而触发交换机的STP功能，将传输线路切换到备份线路。

所述第一终端，用于接收所述第一二层交换机发送的所述第二普通数据帧。

具体的，所述第一传输模块具体包括第一传输天线、第一无线传输单元以及第一无线链路控制单元；所述第二传输模块具体包括第二传输天线、第二无线传输单元以及第二无线链路控制单元。

所述第一传输天线，用于将第二传输装置中对应的第二传输天线传输的第二普通数据帧和第二控制数据帧发送至所述第一无线传输单元，以及用于将第一无线传输单元发送的第一控制数据帧传输至所述第二传输装置中对应的第二传输天线。

所述第一无线传输单元，用于将所述第一传输天线发送的第二普通数据帧和第二控制数据帧和自身的线路状态信息发送至所述第一无线链路控制单元，以及用于将所述第一无线链路控制单元发送的第一控制数据帧传输至所述第一传输天线。所述状态信息具体包括信噪比、接收功率以及链路锁定状态等信息。

所述第一无线链路控制单元，用于对接收的第一无线传输单元发送的第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，将分离出的第二普通数据帧转发给所述第一二层交换机，并在判断出所述第二控制数据帧表示第二传输装置中对应的第二无线传输单元线路异常时，断开与所述第一二层交换机的连接；以及用于根据第一无线传输单元传输的所述线路状态信息生成第一控制数据帧，将其发送至所述第一无线传输单元，并在根据所述线路状态信息判断所述第一无线传输单元线路异常时，断开与第一二层交换机的连接。所述控制数据帧为区别于普通数据帧的有效数据帧，其内容表示的是线路状态。所述无线链路控制单元能够识别数据链路层中的控制数据帧和普通数据帧。

另外，没有与第一二层交换机建立连接的其他的备份第一传输模块分别与第二传输装置中的相对应的备份第二传输模块进行控制数据帧的传输。时刻对备份传输线路进行检查，保证在主线路出现故障时，能够立刻切换到线路正常的备份传输线路。

另外，第二普通数据帧和第二控制数据帧的传输按照预设比例N：1进行传输，在传输N个第二普通数据帧后传输1个第二控制数据帧；第一普通数据帧和第一控制数据帧的传输按照预设比例N:1进行传输，在传输N个第一普通数据帧后传输1个第一控制数据帧。调整数据帧与控制帧的比例值N可以在带宽和切换速度之间做出权衡，N值小可获得较快的切换速度，但对带宽的占用大；N值大则对带宽的影响较小，但是发生故障时的切换时间较长，可根据实际需要调整比例值N。

所述第一无线链路控制单元，还用于在超过预设时间没有接收到第二控制数据帧时，断开自身与所述第一二层交换机的连接。所述第一无线链路控制单元超过预设时间没有接收到第二控制数据帧时，表明第二传输装置当前连接的线路出现问题，第一无线链路控制单元就可以自动断开与第一二层交换机的连接，由第一二层交换机自动切换线路，切换到线路正常的备份第一传输线路中，避免无法传输数据。

第一终端也可以通过第一传输装置向第二传输装置发送第一普通数据帧，并由第二传输装置将第一普通数据传输至第二终端，实现第一终端和第二终端之间双向的数据传输。第一终端和第二终端之间通过所述第一传输装置和第二传输装置可以相互传输数据，第一终端既可以接收第二终端发送的第二普通数据帧，也可以向第二终端发送第一普通数据帧。

具体的，所述第一终端，还用于发送第一普通数据帧至所述第一二层交换机。

所述第一二层交换机，还用于将第一终端发送的第一普通数据帧传输至所述第一无线链路控制单元。

所述第一无线链路控制单元，还用于将接收的所述第一普通数据帧和自身生成的第一控制数据帧一起发送至所述第一无线传输单元。

所述第一无线传输单元，还用于将接收的第一普通数据帧和第一控制数据帧一起发送至所述第一传输天线。

所述第一传输天线，还用于将接收的第一普通数据帧和第一控制数据帧一起发送至所述对端传输装置中的相对应的第二传输天线。

所述第二传输装置，还用于将接收的第一普通数据帧发送至所述第二终端。

所述第二终端，还用于接收第二传输装置发送的第一普通数据帧。

所述二层交换机具有生成树协议功能，所述生成树协议功能能够保证二层交换机在被无线链路单元断开与自身的连接时，自动切换到与备份的正常的线路连接。所述无线传输单元具体包括无线网桥或者电台。所述无线链路单元具体包括主控芯片、程序存储器、数据存储器和供电电路。具体的，所述程序存储器采用Flash Rom ST25P16，用于存储程序；所述数据存储器采用DDR Ram NT5CB64M16，用于缓存接收的第二数据、第一普通数据帧以及生成的第一控制数据帧；所述供电电路用于供电；所述主控制芯片具体采用FPGA XC6SLX45，用于接收无线传输单元发送的第二数据，并从中分离出第二普通数据帧和第二控制数据帧，将第二普通数据帧转发给所述二层交换机，并在判断出所述第二控制数据帧表示第二传输装置线路异常时，断开与所述二层交换机的连接；以及用于根据无线传输单元传输的所述状态信息生成第一控制数据帧，将其发送至所述无线传输单元，并在根据所述状态信息判断所述无线传输单元线路异常时，断开与二层交换机的连接。

所述第一传输装置和第二传输装置均工作在数据链路层。

实施例2、一种自动切换线路的无线传输方法。下面结合图3至图4对本实施例提供的方法进行详细说明。

参见图3至图4，本实施例提供的一种自动切换线路的无线传输方法，所述方法包括以下步骤：

S1、第一传输装置接收第二传输装置发送的第二普通数据帧和第二控制数据帧，并将二者进行分离，其中，所述第二普通数据帧为第二终端发送给第二传输装置的数据，所述第二控制数据帧为第二传输装置根据自身的线路状态生成的数据。

S2、将所述第二普通数据帧发送至所述第一终端，并在根据所述第二控制数据帧判断出所述第二传输装置中当前连接的线路异常时，对自身的当前连接线路进行切换。

S3、根据自身的线路状态信息生成第一控制数据帧并将其发送至所述第二传输装置，并在判断自身线路出现异常时，对自身的当前连接线路进行切换。

另外，所述第一传输装置在超过预设时间没有接收到第二传输装置发送的第二控制数据帧时，断开自身与所述第一二层交换机的连接。

具体的，包括以下步骤：

步骤1.1、无线收发天线连接到无线传输单元；无线传输单元连接到无线链路控制单元；无线链路控制单元连接到二层交换机；二层交换机的网口对外连接各种终端。

步骤1.2、无线链路控制单元按照事先约定的特定数据，从数据链路层数据中分离普通数据帧和控制帧，普通数据帧直接转发给二层交换机，控制帧用于判定传输线路状态；如果控制帧中的内容显示线路异常，或者一段时间内未收到控制帧，则跳转到步骤1.3，否则继续重复步骤1.2。

步骤1.3、无线链路控制单元将连接到二层交换机的接口设置为断开状态。

步骤1.4、二层交换机发现此线路断开，启动STP功能，选择备用线路重新建立起通信连接。

通过上述步骤，在无线传输主线路发生异常的时候，能够自动发现故障，自动切换到备用线路。调整数据帧与控制帧的比例值N可以在带宽和切换速度之间做出权衡；N值小可获得较快的切换速度，但对带宽的占用大；N值大则对带宽的影响较小，但是发生故障时的切换时间较长。

本发明提供的一种自动切换线路的无线传输系统及方法，第二传输装置根据网络状况生成第二控制数据帧，并将其与第二终端传输的第二普通数据帧一起发送至所述第一传输装置，第一传输装置中的传输模块将接收的第二普通数据帧和第二控制数据帧进行分离，并将第二普通数据帧转发给第一二层交换机，以便第一二层交换机将第二普通数据帧传输给第一终端，同时第一传输模块还判断分离出来的第二控制数据帧是否表示第二传输装置中当前连接的线路是否出现故障，若出现故障，则所述第一传输模块断开与第一二层交换机的连接，第一二层交换机再从备份的第一传输模块中选择一个第一传输模块建立连接；另外，第一传输模块根据自身的状态信息生成第一控制数据帧，并将其传输至第二传输装置，并在根据自身的状态信息判断自身线路出现故障时，所述第一传输模块也会断开与第一二层交换机的连接，由第一二层交换机从备份的第一传输模块中选择一个第一传输模块建立连接。本发明中第一传输装置根据第二传输装置传输的第二控制数据帧判断第二传输装置当前连接的线路是否出现线路故障，还根据自身的状态信息判断自身的线路是否出现故障，无论是第二传输装置出现线路故障还是自身的线路出现故障，第一传输模块都会断开与第一二层交换机的连接，由第一二层交换机再从备份的第一传输模块中选择一个第一传输模块建立连接，本发明在无线传输主线路发生异常的时候，能够自动发现故障，自动切换到备用线路，不需要使用相对价格昂贵的三层网络设备，只需要使用相对廉价的具有生成树协议功能的二层交换机组网，对使用现场工程人员的网络配置水平要求较低，价格经济，实用性较好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。