基于窄带卫星通信的数据传输系统、方法、装置及电子设备与流程

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于窄带卫星通信的数据传输系统、方法、装置及电子设备。

背景技术：

随着卫星通信技术和物联网技术的发展，消息队列遥测传输(messagequeuingtelemetrytransport，mqtt)协议也逐渐广泛应用。mqtt协议是iso标准(iso/iecprf20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在tcp/ip协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的采用发布/订阅机制的消息协议，为此，它需要一个消息中间件。图1是本申请实施例提供的一种mqtt协议使用时的基本拓扑图，包括发布者101，mqtt中间件102和订阅者103。

最初，mqtt协议是ibm在帮助石油和天然气公司用于解决数千英里长的石油和天然气管道的无人值守监控问题，当时采取的设计方案是将管道上的传感器数据通过卫星通信传输到监控中心。这种应用场景有如下几个重要问题：

(1)石油天然气管道线路非常长，要接许多沿线的数据采集网关；服务器要能链接数万个通信客户端；

(2)石油管道传感器的数据采集频率不高，不需要一下子传输大量数据；

(3)石油管道会穿越很多无人区，附近没有网络设施，因此使用卫星通讯最为经济；

(4)高轨道的geo卫星覆盖范围广，但延迟大。中低轨道的leo/meo卫星延迟小，但是覆盖区域有限，每天都会出现卫星切换时的网络中断。因此需要客户端和服务器端都能够保留消息收发状态，在网络恢复正常后继续发送；

(5)卫星链路带宽低，通信流量费用高昂。因此需要尽量节省传输的消息的流量开销；

(6)有些数据发送失败，不需要重发。但是有些消息比如阀门泄露告警或控制石油管道阀门的命令，就必须要在网络有问题的情况下也要能确保发送成功。

如今mqtt协议已经在物联网领域广泛采用，但其基于tcp/ip协议的设计使其具有一定的局限性，无法满足高实时性需求的场景。同时mqtt协议中存在的大量控制报文使其有效载荷较低，带宽浪费较大。这一点在有线网络或蜂窝网络中不会产生较大影响，但在带宽十分紧张的窄带通信卫星上产生了数据传输延时高，失败率高的问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种基于窄带卫星通信的数据传输系统、方法、装置及电子设备，可以提高数据传输速度。

一方面，本申请实施例提供了一种基于窄带卫星通信的数据传输系统，该数据传输系统包括卫星侧设备集、第一服务器、第二服务器和地面侧设备集；

卫星侧设备集和第一服务器连接，基于窄带高速遥测nbqtt协议传输数据；

地面侧设备集和第二服务器连接，基于消息队列遥测传输mqtt协议传输数据；

第一服务器和第二服务器连接，第一服务器用于将nbqtt协议的数据转换至mqtt协议的数据并传输至第二服务器；第二服务器用于将mqtt协议的数据转换至nbqtt协议的数据并传输至第一服务器。

在一个可选的实施例中，

窄带高速遥测nbqtt协议包括用户数据报udp协议；

消息队列遥测传输mqtt协议包括传输控制tcp协议。

在一个可选的实施例中，卫星侧设备集包括卫星物联网设备、高轨窄带卫星和地面站及网关设备；

高轨窄带卫星的一侧连接卫星物联网设备，基于nbqtt协议和卫星物联网设备传输数据；

高轨窄带卫星的另一侧连接地面站及网关设备，基于nbqtt协议和地面站及网关设备传输数据；

该地面站及网关设备连接第一服务器。

在一个可选的实施例中，地面侧设备集包括移动网络物联网终端和移动网络基站及网关设备：

移动网络基站及网关设备的一侧连接第二服务器，基于mqtt协议和第二服务器传输数据；

移动网络基站及网关设备的另一侧连接移动网络物联网终端，基于mqtt协议和移动网络物联网终端传输数据。

在一个可选的实施例中，地面侧设备集还包括有线网络物联网终端；

有线网络物联网终端连接移动网络物联网终端，基于mqtt协议和第二服务器传输数据。

另一方面提供了一种数据传输方法，该数据传输方法包括：

第一服务器基于窄带高速遥测nbqtt协议接收卫星侧设备集发送的报文；

第一服务器解析报文；

若解析后的报文包括发布数据，第一服务器则将基于nbqtt协议的发布数据转换至基于mqtt协议的发布数据；

第一服务器将转换后的发布数据发送至第二服务器，以使第二服务器将发布数据发送至订阅发布数据的地面侧设备集。

在一个可选的实施例中，第一服务器解析报文之后，还包括：

若解析后的报文包括订阅话题，第一服务器将基于nbqtt协议的订阅话题转换至基于mqtt协议的订阅话题；

第一服务器将转换后的订阅话题发送至第二服务器；

第一服务器接收第二服务器基于nbqtt协议的订阅消息；

第一服务器确定订阅该订阅消息的目标卫星侧设备集，将订阅消息封装成订阅报文；

第一服务器将订阅报文传输至目标卫星侧设备集。

另一方面提供了一种数据传输装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于基于窄带高速遥测nbqtt协议接收卫星侧设备集发送的报文；

解析模块，用于解析报文；

协议转换模块，用于若解析后的报文包括发布数据，将基于nbqtt协议的发布数据转换至基于mqtt协议的发布数据；

发送模块，用于将转换后的发布数据发送至第二服务器，以使第二服务器将发布数据发送至订阅发布数据的地面侧设备集。

另一方面提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或该指令集由处理器加载并执行以实现如上述的数据传输方法。

另一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或该指令集由处理器加载并执行以实现如上述的数据传输方法。

本申请实施例提供的基于窄带卫星通信的数据传输系统、方法、装置及电子设备，具有如下技术效果：

数据传输系统包括卫星侧设备集、第一服务器、第二服务器和地面侧设备集；卫星侧设备集和第一服务器连接，基于窄带高速遥测nbqtt协议传输数据；地面侧设备集和第二服务器连接，基于消息队列遥测传输mqtt协议传输数据；第一服务器和第二服务器连接，第一服务器用于将nbqtt协议的数据转换至mqtt协议的数据并传输至第二服务器；第二服务器用于将mqtt协议的数据转换至nbqtt协议的数据并传输至第一服务器，通过nbqtt协议替换mqtt协议在部分设备之间传输数据，可以提高数据传输速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本申请实施例提供的一种mqtt协议使用时的基本拓扑图；

图2是本申请实施例提供的一种数据传输系统的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种数据传输系统的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种数据传输系统的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种数据传输方法的流程示意图；

图6是本申请实施例提供的一种数据传输方法的流程示意图；

图7是本申请实施例提供的一种数据传输装置的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种数据传输方法的服务器的硬件结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种数据传输系统的结构示意图，如图2所示，该数据传输系统包括卫星侧设备集201、第一服务器202、第二服务器203和地面侧设备集204。

其中，卫星侧设备集201和第一服务器202连接，两者之间基于窄带高速遥测nbqtt协议传输数据。地面侧设备集204和第二服务器203连接，两者之间基于消息队列遥测传输mqtt协议传输数据。可选的，卫星侧设备集201和第一服务器202可以通过无线链接或者有线链接进行通信。地面侧设备集204和第二服务器203可以通过无线链接或者有线链接进行通信。

第一服务器202和第二服务器203连接，第一服务器202用于将nbqtt协议的数据转换至mqtt协议的数据并传输至第二服务器203，第二服务器203用于将mqtt协议的数据转换至nbqtt协议的数据并传输至第一服务器202。可选的，第一服务器202和第二服务器203可以通过无线链接或者有线链接进行通信。

可选的，窄带高速遥测nbqtt协议包括用户数据报udp协议。消息队列遥测传输mqtt协议包括传输控制tcp协议。

mqtt协议在目前的窄带卫星应用中无法保证实时性，因其采用发布/订阅机制。其中，发布/订阅机制是指在软件架构中，发布-订阅是一种消息范式，消息的发送者(称为发布者)不会将消息直接发送给特定的接收者(称为订阅者)。而是将发布的消息分为不同的类别，无需了解哪些订阅者(如果有的话)可能存在。同样的，订阅者可以表达对一个或多个类别的兴趣，只接收感兴趣的消息，无需了解哪些发布者(如果有的话)存在。发布/订阅是和消息队列范式相近，通常是更大的面向消息中间件系统的一部分。大多数消息系统在api中同时支持消息队列模型和发布/订阅模型。

因为mqtt协议所采用的tcp协议本身会传输很多控制信息，其中包括面向连接所带来的三次握手相关控制信息，为保证可靠性的到达确认、数据校验等控制信息。由于卫星通讯中数据链路不是非常稳定，导致面向连接的tcp协议实际使用中经常发生中断，频繁的重新建立连接也加剧了对带宽的占用。为了解决上文的问题，将窄带卫星应用于实时性要求更高的物联网场景，本发明需要优化mqtt协议，减少控制信息的传输，将mqtt所使用的tcp协议改为udp协议，进一步减少数据传输时的控制信息。

同时由于udp协议是面向无连接的协议，需要维护连接状态，需要解决现有ipv4网络中nat(networkaddresstranslator)使用广泛导致服务器接收到udp数据报中源ip、端口与设备实际ip、端口不一致的问题。本公开可以在传输层采用udp协议，udp协议是osi参考模型中的一种面向无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，由于udp面向无连接的特性，免去了面向连接的协议所带来的三次握手相关控制信息的开销，同时由于其不可靠性，免去了传输层在保证可靠性时带来的开销。这样减少了额外控制信息带来的开销，同时也免去了面向连接的协议在建立连接时带来的不可用时间，提高了实时性。

可选的，窄带高速遥测nbqtt协议包括用户数据报udp协议。消息队列遥测传输mqtt协议包括传输控制tcp协议。

在一个可选的实施例中，卫星侧设备集201包括若干设备，地面侧设备集204也包括若干设备，用于通过这些设备进行卫星和地面设备的通信。图3是本申请实施例提供的一种数据传输系统的结构示意图，如图3所示，该卫星侧设备集201包括卫星物联网设备2011、高轨窄带卫星2012和地面站及网关设备2013，该地面侧设备集204包括移动网络物联网终端2041和移动网络基站及网关设备2042。

可选的，高轨窄带卫星2012的一侧连接卫星物联网设备2011，基于nbqtt协议和卫星物联网设备2011传输数据，高轨窄带卫星2012的另一侧连接地面站及网关设备2013，基于nbqtt协议和地面站及网关设备2013传输数据，地面站及网关设备2013连接第一服务器202。第一服务器202用于实时接收和处理高实时性消息，同第二服务器203交互数据。

可选的，移动网络基站及网关设备2042的一侧连接第二服务器203，基于mqtt协议和第二服务器203传输数据，移动网络基站及网关设备2042的另一侧连接移动网络物联网终端2041，基于mqtt协议和移动网络物联网终端2041传输数据。第二服务器203用于处理基于mqtt协议的数据，并发送至第一服务器202。

图4是本申请实施例提供的一种数据传输系统的结构示意图，如图4所示，地面侧设备集204除了如图3所示的包括移动网络物联网终端2041和移动网络基站及网关设备2042，还包括有线网络物联网终端2043。有线网络物联网终端2043连接移动网络物联网终端2041，基于mqtt协议和第二服务器203传输数据。

在一个可选的实施例中，本公开基于上述的数据传输系统的结构图，还公开了数据传输方法，图5是本申请实施例提供的一种数据传输方法的流程示意图，包括：

在步骤s501：第一服务器基于窄带高速遥测nbqtt协议接收卫星侧设备集发送的报文。

在一个可选的实施例中，卫星物联网设备收集传感器信息，并将传感器信息保存至数据结构中。卫星物联网设备根据bnqtt协议将传感器数据和控制指令封装为特定格式的报文，并将报文传输至高轨窄带卫星，由高轨窄带卫星发送至地面站及网关设备，随后，传输至第一服务器。

在步骤s503：第一服务器解析报文。

对应的，第一服务器接收到报文后，进行解析。

在步骤s505：若解析后的报文包括发布数据，第一服务器则将基于nbqtt协议的发布数据转换至基于mqtt协议的发布数据。

本公开实施例中，第一服务器对解析后报文判断其是否在发布消息，这可以通过解析后的报文是否存在发布数据来确定，若存在发布数据，第一服务器可以将基于nbqtt协议的发布数据转换至基于mqtt协议的发布数据。

在步骤s507中：第一服务器将转换后的发布数据发送至第二服务器，以使第二服务器将发布数据发送至订阅发布数据的地面侧设备集。

可选的，第一服务器将转换后的发布数据发送至第二服务器后，第二服务器可以将发布消息推送至相应的发布话题，随后，发布至订阅这些发布话题的移动网络物联网终端或者有线网络物联网终端。

图6是本申请实施例提供的一种数据传输方法的流程示意图，第一服务器202解析报文之后，还包括：

在步骤s601：若解析后的报文包括订阅话题，第一服务器将基于nbqtt协议的订阅话题转换至基于mqtt协议的订阅话题。

在一个可选的实施例中，在步骤s601之前，卫星物联网设备发送订阅指令给卫星物联网设备。卫星物联网设备根据bnqtt协议将订阅指令传输至高轨窄带卫星，由高轨窄带卫星发送至地面站及网关设备，随后，地面站及网关设备将订阅指令传输至第一服务器。第一服务器对订阅指令进行解析。若解析后的报文包括订阅话题，第一服务器将基于nbqtt协议的订阅话题转换至基于mqtt协议的订阅话题。

在步骤s603：第一服务器将转换后的订阅话题发送至第二服务器。

在步骤s605：第一服务器接收第二服务器基于nbqtt协议的订阅消息。

在步骤s607：第一服务器确定订阅该订阅消息的目标卫星侧设备集，将订阅消息封装成订阅报文。

在步骤s609：第一服务器将订阅报文传输至目标卫星侧设备集。

目标卫星侧设备接收到订阅报文可以包括：地面站及网关设备接收订阅报文，传输至高轨窄带卫星，并由高轨窄带卫星传输至目标卫星物联网设备，随后，目标卫星物联网设备根据报文内容进行相应的业务逻辑处理。

本申请实施例还提供了一种数据传输装置，图7是本申请实施例提供的一种数据传输装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括：

接收模块701，用于基于窄带高速遥测nbqtt协议接收卫星侧设备集发送的报文；

解析模块702，用于解析报文；

协议转换模块703，用于若解析后的报文包括发布数据，将基于nbqtt协议的发布数据转换至基于mqtt协议的发布数据；

发送模块703，用于将转换后的发布数据发送至第二服务器，以使第二服务器将发布数据发送至订阅发布数据的地面侧设备集。

在一种可选的实施方式中，该装置还包括确定模块，

若解析后的报文包括订阅话题，上述协议转换模块，用于将基于nbqtt协议的订阅话题转换至基于mqtt协议的订阅话题；

上述发送模块，用于将转换后的订阅话题发送至第二服务器；

上述接收模块，用于接收第二服务器基于nbqtt协议的订阅消息；

确定模块，用于确定订阅该订阅消息的目标卫星侧设备集，将订阅消息封装成订阅报文；

上述发送模块，用于将订阅报文传输至目标卫星侧设备集。

本申请实施例中的装置与方法实施例基于同样地申请构思。

本申请实施例所提供的方法实施例可以在计算机终端、服务器或者类似的运算装置中执行。以运行在服务器上为例，图8是本申请实施例提供的一种数据传输方法的服务器的硬件结构框图。如图8所示，该服务器800可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器(centralprocessingunits，cpu)810(处理器810可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)、用于存储数据的存储器830，一个或一个以上存储应用程序823或数据822的存储介质820(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器830和存储介质820可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质820的程序可以包括一个或一个以上模块，每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器810可以设置为与存储介质820通信，在服务器800上执行存储介质820中的一系列指令操作。服务器800还可以包括一个或一个以上电源860，一个或一个以上有线或无线网络接口850，一个或一个以上输入输出接口840，和/或，一个或一个以上操作系统821，例如windowsservertm，macosxtm，unixtm,linuxtm，freebsdtm等等。

输入输出接口840可以用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括服务器800的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，输入输出接口840包括一个网络适配器(networkinterfacecontroller，nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，输入输出接口840可以为射频(radiofrequency，rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

本领域普通技术人员可以理解，图8所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，服务器800还可包括比图8中所示更多或者更少的组件，或者具有与图8所示不同的配置。

本申请的实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或该指令集由处理器加载并执行以实现如上述的数据传输方法。

本申请的实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质可设置于服务器之中以保存用于实现方法实施例中一种数据传输方法相关的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现上述数据传输方法。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

由上述本申请提供的数据传输方法、车载终端或计算机存储介质的实施例可见，处理方法应用于设置于车辆内的乘客监控设备，乘客监控设备包括探测雷达和信号反馈设备集合；其中，探测雷达设置于驾驶员座椅靠背内；方法包括：从探测雷达中确定当前探测单元；若获取当前探测单元捕捉的生命体征信号，利用信号反馈设备集合发出反馈信号。本申请通过设置于驾驶员座椅靠背内的探测雷达对车内的生命体征信号进行充分的获取，结合信号反馈设备可以更充分的保证车内乘员的生命安全。

需要说明的是：上述本申请实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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