高可靠性海量数据无线传输系统的制作方法

文档序号:10661691阅读:329来源:国知局
高可靠性海量数据无线传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及数据无线传输相关技术领域,是一种高可靠性海量数据无线传输系统,包括微处理器、无线传输单元和工作站,无线传输单元包括用于指示其是否在线的在线指示管脚和用于指示其存储空间是否达到饱和预警设定值的饱和指示管脚。数据传输时,微处理器首先对数据编码,当无线传输单元在线且其内部存储空间未达到饱和预警设定值时再将数据包发送至无线传输单元,无线传输单元将数据通过公共网络上传至工作站,工作站对数据包进行校验,校验无误后再允许发送下一包数据,否则重新发送该数据包。本发明有效解决了无线传输单元“假在线”期间存储空间因饱和对原存储数据进行覆盖造成丢包率较高的问题,提高了数据无线传输的可靠性。
【专利说明】
高可靠性海量数据无线传输系统
技术领域
[0001] 本发明涉及数据无线传输相关技术领域,特别是高可靠性海量数据无线传输系 统,主要应用于户外高频采集等数据量较大且对数据无线传输可靠性要求较高的工业场 合。
【背景技术】
[0002] 在现代工业生产过程中,为进行安全、有效地生产管理,需及时了解生产现场设备 的运行状况。随着在线监测技术的发展,实时监测现场设备运行状况,获取相关参数并上传 至工作站,对数据进行集中处理、分析、存档,进一步对现场突发故障进行诊断查明故障原 因已成为研究的热点。在实际应用中,由于现场监测设备安装位置相对偏僻,若通过有线方 式连接到工作站进行数据通信,在工程实施上往往存在布线困难或造价太高等诸多问题, 因此,对于远距离数据传输常采用基于公共网络的无线传输模式。
[0003] 现有技术中,针对海量数据进行无线传输时,常常采用微处理器检测无线传输单 元在线时就对其发送数据的机制,而在实际工业应用中发现,无线传输单元掉线瞬间,由于 需向基站多次发送请求连接失败后才判定掉线,因此这段时间无线传输单元出现"假在线" 现象,在此期间微处理器仍不断向无线传输单元发送大量数据,可能导致其存储空间因饱 和而对原接收数据进行覆盖的现象,造成数据丢失。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的是,针对现有技术中对海量数据进行无线传输时丢包率较高的问 题,提出一种高可靠性海量数据无线传输系统,通过对无线传输单元增加存储空间饱和预 警机制和对数据包在发送端和接收端进行互校验机制提高数据无线传输的可靠性和实时 性。
[0005] 本发明的技术方案为:高可靠性海量数据无线传输系统,包括微处理器、无线传输 单元和工作站,无线传输单元包括用于指示其是否在线的在线指示管脚和用于指示其存储 空间是否达到饱和预警设定值的饱和指示管脚,微处理器的数据发送管脚与无线传输单元 的数据接收管脚连接,微处理器的数据接收管脚与无线传输单元的数据发送管脚连接,无 线传输单元的在线指示管脚与微处理器的第一 I/O端口连接,无线传输单元的饱和指示管 脚与微处理器的第二I/O端口连接,无线传输单元通过公用网络与工作站进行无线通信,包 括以下步骤: 步骤一:微处理器将待发送海量数据分成若干个数据段,对数据段进行编码,分配包头 和包尾形成数据包,包头包含该数据包包号,包尾包含对该数据包进行校验的校验位; 步骤二:微处理器检测第一I/O端口电平高低状态,若为高电平则无线传输单元在线, 之后进入步骤三;若为低电平则无线传输单元掉线,继续执行步骤二; 步骤三:微处理器检测第二I/O端口电平高低状态,若为低电平则无线传输单元存储空 间未达到饱和预警设定值,微处理器将待发送数据包发送给无线传输单元,无线传输单元 向微处理器发送允许发送下一包数据指令,微处理器接收到该指令后准备发送下一数据 包,之后返回步骤二,同时进入步骤四;若为高电平则无线传输单元存储空间不足,已达到 饱和预警设定值,无线传输单元向微处理器发送停止发送数据指令,微处理器接收到该指 令后,停止发送数据,之后进入步骤四; 步骤四:无线传输单元将接收到的数据包发送给工作站,工作站将接收到的数据包进 行数据校验得出校验值,若校验值与该数据包校验位结果一致则向无线传输单元发送允许 发送下一包数据指令,无线传输单元接收到该指令后准备发送下一数据包,之后继续执行 步骤四;若校验值与该数据包校验位结果不一致则向无线传输单元发送重新发送该数据包 指令,无线传输单元接收到该指令后将该数据包重新发送,继续执行步骤四。
[0006] 下面是对本发明技术方案的进一步优化或/和改进: 上述微处理器发送的数据包包尾的校验位等于该数据包数据段各数值之和,工作站对 接收到的数据包进行校验得出的校验值等于该数据包数据段各数值之和。
[0007] 上述微处理器为单片机或/和DSP。
[0008] 上述无线传输单元包含CDMA或GPRS无线通信模块及相应手机卡。
[0009] 上述无线传输单元用于指示其存储空间是否达到饱和预警设定值为存储空间总 容量的0.8~0.9倍。
[0010] 上述高可靠性海量数据无线传输系统还包括数据采集单元和外部存储器,数据采 集单元与微处理器第三I/O端口连接,外部存储器与微处理器第四I/O端口连接,包括以下 步骤: 步骤一:数据采集单元将现场采集的数据发送给微处理器,微处理器将数据实时存储 于外部存储器; 步骤二:微处理器将待发送海量数据分成若干个数据段,对数据段进行编码,分配包头 和包尾形成数据包,包头包含该数据包包号,包尾包含对该数据包进行校验的校验位; 步骤三:微处理器检测第一 I/O端口电平高低状态,若为高电平则无线传输单元在线, 之后进入步骤四;若为低电平则无线传输单元掉线,继续执行步骤三; 步骤四:微处理器检测第二I/O端口电平高低状态,若为低电平则无线传输单元存储空 间未达到饱和预警设定值,微处理器将待发送数据包发送给无线传输单元,无线传输单元 向微处理器发送允许发送下一包数据指令,微处理器接收到该指令后准备发送下一数据 包,之后返回步骤三,同时进入步骤五;若为高电平则无线传输单元存储空间不足,已达到 饱和预警设定值,无线传输单元向微处理器发送停止发送数据指令,微处理器接收到该指 令后,停止发送数据,之后进入步骤五; 步骤五:无线传输单元将接收到的数据包发送给工作站,工作站将接收到的数据包进 行数据校验得出校验值,若校验值与该数据包校验位结果一致则向无线传输单元发送允许 发送下一包数据指令,无线传输单元接收到该指令后准备发送下一数据包,之后继续执行 步骤五;若校验值与该数据包校验位结果不一致则向无线传输单元发送重新发送该数据包 指令,无线传输单元接收到该指令后将该数据包重新发送,继续执行步骤五。
[0011] 上述外部存储器为SRAM静态存储器。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明实施例一无线传输系统的结构框图。
[0013] 图2是本发明实施例一无线传输系统数据传输流程图。
[0014]图3是本发明数据包结构图。
[0015]图4是本发明微处理器数据传输时序图。
[0016]图5是本发明饱和预警机制数据存储示意图。
[0017] 图6是本发明实施例二无线传输系统的结构框图。
[0018] 图7是本发明实施例二无线传输系统数据传输流程图。
[0019] 图8是本发明无线传输系统测试装置系统图。
[0020]附图中的编码分别为:1为微处理器,2为无线传输单元,3为工作站,4为数据采集 单元,5为外部存储器,ONLINE为在线指示管脚,BUFFER为饱和指示管脚,UTXD为微处理器 的数据发送管脚,RXD为无线传输单元的数据接收管脚,URXD为微处理器的数据接收管脚, TXD为无线传输单元的数据发送管脚,P1为微处理器的第一 I/O端口,P2为微处理器的第二 I/O端口,P3为微处理器的第三I/O端口,P4为微处理器的第四I/O端口,6为信号发生器,7 为数据采集触发器,801为第一数据采集装置,802为第二数据采集装置,201为第一无线传 输单元,202为第二无线传输单元,301为第一工作站,302为第二工作站,901第一示波器, 902第二示波器。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0022] 实施例一 如图1所示为无线传输系统的结构框图。无线传输系统包括微处理器1、无线传输单元2 和工作站3,无线传输单元2包括用于指示其是否在线的在线指示管脚ONLINE和用于指示其 存储空间是否达到饱和预警设定值的饱和指示管脚BUFFER,微处理器1的数据发送管脚 UTXD与无线传输单元2的数据接收管脚RXD连接,微处理器1的数据接收管脚URXD与无线传 输单元2的数据发送管脚TXD连接,无线传输单元2的在线指示管脚ONLINE与微处理器1的第 一 I/O端口 P1连接,无线传输单元2的饱和指示管脚BUFFER与微处理器1的第二I/O端口 P2连 接,无线传输单元2通过公用网络与工作站3进行无线通信。在本实施例中,微处理器1为单 片机,无线传输单元2为GPRS DTU,工作站为装有能够接收无线传输单元2上传数据并进行 处理的软件的计算机组。
[0023] 如图2所示为无线传输系统数据传输流程图。无线传输系统数据传输时主要包括 以下步骤: S210:微处理器将待发送海量数据分成若干个数据段,对数据段进行编码,分配包头和 包尾形成数据包,包头包含该数据包包号,包尾包含对该数据包进行校验的校验位; S220:微处理器检测第一I/O端口电平高低状态,若为高电平则无线传输单元在线,之 后进入S230;若为低电平则无线传输单元掉线,继续执行S220; S230:微处理器检测第二I/O端口电平高低状态,若为低电平则无线传输单元存储空间 未达到饱和预警设定值,微处理器将待发送数据包发送给无线传输单元,无线传输单元向 微处理器发送允许发送下一包数据指令,微处理器接收到该指令后准备发送下一数据包, 之后返回S220,同时进入S240;若为高电平则无线传输单元存储空间不足,已达到饱和预警 设定值,无线传输单元向微处理器发送停止发送数据指令,微处理器接收到该指令后,停止 发送数据,之后进入S240; S240:无线传输单元将接收到的数据包发送给工作站,工作站将接收到的数据包进行 数据校验得出校验值,若校验值与该数据包校验位结果一致则向无线传输单元发送允许发 送下一包数据指令,无线传输单元接收到该指令后准备发送下一数据包,之后继续执行 S240;若校验值与该数据包校验位结果不一致则向无线传输单元发送重新发送该数据包指 令,无线传输单元接收到该指令后将该数据包重新发送,继续执行S240。
[0024]如图3所示为数据包结构图。微处理器将海量数据分成若干个数据段,每个数据段 为1KB,包头包含指示该包数据的包号,包尾包含数据段各数值相加得到的校验位。
[0025]如图4所示为微处理器数据传输时序图。在t=0~T0、t=T2~T3时间段内,无线传输单 元的在线指示管脚ONLINE为高电平,饱和指示管脚BUFFER为低电平则该状态为无线传输单 元在线且缓存空间未达到饱和预警设定值,此时微处理器向无线传输单元发送数据;在t= T1~T2时间段内,无线传输单元的在线指示管脚ONLINE为高电平,饱和指示管脚BUFFER为高 电平则该状态为无线传输单元在线但缓存空间出现饱和预警,此时微处理器停止无线传输 单元发送数据;在t>T3时间段内,无线传输单元的在线指示管脚ONLINE为低电平,无线传输 单元掉线,无论饱和指示管脚BUFFER为何种电平,微处理器均停止向无线传输单元发送数 据。
[0026]如图5所示为饱和预警机制数据存储示意图。微处理器向无线传输单元发送数据, 无线传输单元将接收到的数据首先存入内部存储器数据段,指针指向首地址,将后续接收 到的数据包依次存入,指针依次指向下一地址,同时,无线传输单元将数据包从第1组数据 依次发送至工作站,每发送一包数据,各数据包依次移至前一地址存储区,指针下移至前一 地址。设内部存储器存入第N组数据时,内部存储器已使用存储空间占总容量的85%,该参数 根据实际情况可以设置成其他值,无线传输单元向微处理器发出饱和预警,此时微处理器 停止发送数据,无线传输单元继续向工作站发送数据。
[0027]实施例二 如图6所示为本实施例无线传输系统的结构框图。与实施例一不同的是本实施例高可 靠性海量数据无线传输系统还包括数据采集单元4和外部存储器5,数据采集单元3与微处 理器1的第三I/O端口连接,外部存储器5与微处理器1的第四I/O端口连接,数据采集单元4 一般为高频数据采集,将大量数据发送给微处理器1,微处理器1将接收到的数据存入外部 存储器5。由于微处理器1内部缓存区较小,可能无法满足实际需求,因此本实施例增加一外 部存储器5,一般采用容量较大且掉电后数据不会丢失的SRAM静态存储器。
[0028]如图7所示为本实施例无线传输系统数据传输流程图。无线传输系统数据传输时 主要包括以下步骤: S710:数据采集单元将现场采集的数据发送给微处理器,微处理器将数据实时存储于 外部存储器; S720:微处理器将待发送海量数据分成若干个数据段,对数据段进行编码,分配包头和 包尾形成数据包,包头包含该数据包包号,包尾包含对该数据包进行校验的校验位; S730:微处理器检测第一I/O端口电平高低状态,若为高电平则无线传输单元在线,之 后进入S740;若为低电平则无线传输单元掉线,继续执行S730; S740:微处理器检测第二I/O端口电平高低状态,若为低电平则无线传输单元存储空间 未达到饱和预警设定值,微处理器将待发送数据包发送给无线传输单元,无线传输单元向 微处理器发送允许发送下一包数据指令,微处理器接收到该指令后准备发送下一数据包, 之后返回S730,同时进入S750;若为高电平则无线传输单元存储空间不足,已达到饱和预警 设定值,无线传输单元向微处理器发送停止发送数据指令,微处理器接收到该指令后,停止 发送数据,之后进入S750; S750:无线传输单元将接收到的数据包发送给工作站,工作站将接收到的数据包进行 数据校验得出校验值,若校验值与该数据包校验位结果一致则向无线传输单元发送允许发 送下一包数据指令,无线传输单元接收到该指令后准备发送下一数据包,之后继续执行 S750;若校验值与该数据包校验位结果不一致则向无线传输单元发送重新发送该数据包指 令,无线传输单元接收到该指令后将该数据包重新发送,继续执行S750。
[0029] 实施例三 具体地,根据以下实施例对本发明进行进一步地说明其优点和工程应用价值。为测试 本发明数据传输的可靠性,进行海量数据传输对比实验,如图8所示是无线传输系统测试装 置系统图,信号发生器6作为信号源为数据采集触发器7提供正弦交流信号,数据采集触发 器7控制正弦交流信号的时间窗口,并触发第一数据采集装置801和第二数据采集装置802 开始对正弦交流信号进行高频数据采集,采样频率为5兆赫兹,第一数据采集装置801未检 测第一无线传输单元202的在线指示管脚ONLINE和饱和指示管脚BUFFER,第二数据采集装 置802实时检测第一无线传输单元202的在线指示管脚ONLINE和饱和指示管脚BUFFER电平 高低状态,该试验装置第一工作站301和第二工作站302均为与联网的计算机,计算机装有 能够接收无线传输单元发送的数据并进行处理的软件。数据采集触发器7复位一次产生 320Kbytes数据量,第一示波器901和第二示波器902可以观测在线指示管脚ONLINE和饱和 指示管脚BUFFER电平高低状态,进一步判断无线传输单元是否掉线和数据是否出现饱和, 测试结果统计表如表1所示。
[0030]表1.无线传输系统测试结果对比统计表
根据试验结果知,第2次试验无线传输单元201和202出现短时间掉线时两者均未出现 数据丢包现象,对于不带在线指示和缓存区饱和预警机制的第一数据采集装置801,第4次、 第5次试验无线传输单元201出现长时间掉线使内部缓存区饱和,造成数据大量丢失,第9次 试验无线传输单元201出现"假在线",内部缓存区出现短时间的饱和,造成数据丢失;而对 于带有在线指示和缓存区饱和预警机制的第二数据采集装置802,10次试验在出现无线传 输单元202掉线和缓存区饱和报警的情况下,未出现数据丢失情况,有效说明本发明能够提 高海量数据无线传输的可靠性,但需要注意的是,现场测试时对于出现无线传输单元长时 间掉线的情况,数据无线传输所需时间相对第一数据采集装置801较长,要求第二数据采集 装置802数据存储区不能饱和,因此对外部存储器容量要求较高。
[0031]以上所述实施例仅表达了本发明的【具体实施方式】,但并不能因此而理解为对本发 明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思 的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利 的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种高可靠性海量数据无线传输系统,包括微处理器、无线传输单元和工作站,无线 传输单元包括用于指示其是否在线的在线指示管脚和用于指示其存储空间是否达到饱和 预警设定值的饱和指示管脚,微处理器的数据发送管脚与无线传输单元的数据接收管脚连 接,微处理器的数据接收管脚与无线传输单元的数据发送管脚连接,无线传输单元的在线 指示管脚与微处理器的第一 I/O端口连接,无线传输单元的饱和指示管脚与微处理器的第 二I/O端口连接,无线传输单元通过公用网络与工作站进行无线通信,其特征在于,包括以 下步骤: 步骤一:微处理器将待发送海量数据分成若干个数据段,对数据段进行编码,分配包头 和包尾形成数据包,包头包含该数据包包号,包尾包含对该数据包进行校验的校验位; 步骤二:微处理器检测第一 I/O端口电平高低状态,若为高电平则无线传输单元在线, 之后进入步骤三;若为低电平则无线传输单元掉线,继续执行步骤二; 步骤三:微处理器检测第二I/O端口电平高低状态,若为低电平则无线传输单元存储空 间未达到饱和预警设定值,微处理器将待发送数据包发送给无线传输单元,无线传输单元 向微处理器发送允许发送下一包数据指令,微处理器接收到该指令后准备发送下一数据 包,之后返回步骤二,同时进入步骤四;若为高电平则无线传输单元存储空间不足,已达到 饱和预警设定值,无线传输单元向微处理器发送停止发送数据指令,微处理器接收到该指 令后,停止发送数据,之后进入步骤四; 步骤四:无线传输单元将接收到的数据包发送给工作站,工作站将接收到的数据包进 行数据校验得出校验值,若校验值与该数据包校验位结果一致则向无线传输单元发送允许 发送下一包数据指令,无线传输单元接收到该指令后准备发送下一数据包,之后继续执行 步骤四;若校验值与该数据包校验位结果不一致则向无线传输单元发送重新发送该数据包 指令,无线传输单元接收到该指令后将该数据包重新发送,继续执行步骤四。2. 根据权利要求1所述高可靠性海量数据无线传输系统,其特征在于,微处理器发送的 数据包包尾的校验位等于该数据包数据段各数值之和,工作站对接收到的数据包进行校验 得出的校验值等于该数据包数据段各数值之和。3. 根据权利要求1或2所述高可靠性海量数据无线传输系统,其特征在于,微处理器为 单片机或/和DSP。4. 根据权利要求1或2所述高可靠性海量数据无线传输系统,其特征在于,无线传输单 元包含CDMA或GPRS无线通信模块及相应手机卡。5. 根据权利要求1或2所述高可靠性海量数据无线传输系统,其特征在于,无线传输单 元用于指示其存储空间是否达到饱和预警设定值为存储空间总容量的0.8~0.9倍。6. 根据权利要求1所述高可靠性海量数据无线传输系统,其特征在于,还包括数据采集 单元和外部存储器,数据采集单元与微处理器第三I/O端口连接,外部存储器与微处理器第 四I /0端口连接,包括以下步骤: 步骤一:数据采集单元将现场采集的数据发送给微处理器,微处理器将数据实时存储 于外部存储器; 步骤二:微处理器将待发送海量数据分成若干个数据段,对数据段进行编码,分配包头 和包尾形成数据包,包头包含该数据包包号,包尾包含对该数据包进行校验的校验位; 步骤三:微处理器检测第一 I/O端口电平高低状态,若为高电平则无线传输单元在线, 之后进入步骤四;若为低电平则无线传输单元掉线,继续执行步骤三; 步骤四:微处理器检测第二I/O端口电平高低状态,若为低电平则无线传输单元存储空 间未达到饱和预警设定值,微处理器将待发送数据包发送给无线传输单元,无线传输单元 向微处理器发送允许发送下一包数据指令,微处理器接收到该指令后准备发送下一数据 包,之后返回步骤三,同时进入步骤五;若为高电平则无线传输单元存储空间不足,已达到 饱和预警设定值,无线传输单元向微处理器发送停止发送数据指令,微处理器接收到该指 令后,停止发送数据,之后进入步骤五; 步骤五:无线传输单元将接收到的数据包发送给工作站,工作站将接收到的数据包进 行数据校验得出校验值,若校验值与该数据包校验位结果一致则向无线传输单元发送允许 发送下一包数据指令,无线传输单元接收到该指令后准备发送下一数据包,之后继续执行 步骤五;若校验值与该数据包校验位结果不一致则向无线传输单元发送重新发送该数据包 指令,无线传输单元接收到该指令后将该数据包重新发送,继续执行步骤五。7.根据权利要求6所述高可靠性海量数据无线传输系统,其特征在于,外部存储器为 SRAM静态存储器。
【文档编号】H04W28/04GK106028397SQ201610305641
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】李昌陵, 张勃, 赵欣, 门艳, 贾政豪
【申请人】国网新疆电力公司经济技术研究院, 国家电网公司
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