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一種高可靠性海量數據無線傳輸系統的制作方法

文檔序號:10934758
一種高可靠性海量數據無線傳輸系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及數據無線傳輸相關技術領域,是一種高可靠性海量數據無線傳輸系統,包括微處理器、無線傳輸單元和工作站,無線傳輸單元包括用于指示其是否在線的在線指示管腳和用于指示其存儲空間是否達到飽和預警設定值的飽和指示管腳。數據傳輸時,微處理器先對數據編碼,當無線傳輸單元在線且其內部存儲空間未達到飽和預警設定值時再將數據包發送至無線傳輸單元,無線傳輸單元將數據通過公共網絡上傳至工作站,工作站對數據包進行校驗,校驗無誤后再允許發送下一包數據,否則重新發送該數據包。本實用新型有效解決了無線傳輸單元 “假在線”期間存儲空間因飽和而對原存儲數據進行覆蓋,造成丟包率較高的問題,提高了數據無線傳輸的可靠性。
【專利說明】
一種高可靠性海量數據無線傳輸系統
技術領域
[0001] 本實用新型涉及數據無線傳輸相關技術領域,特別是高可靠性海量數據無線傳輸 系統,主要應用于戶外高頻采集等數據量較大且對數據無線傳輸可靠性要求較高的工業場 合。
【背景技術】
[0002] 在現代工業生產過程中,為進行安全、有效地生產管理,需及時了解生產現場設備 的運行狀況。隨著在線監測技術的發展,實時監測現場設備運行狀況,獲取相關參數并上傳 至工作站,對數據進行集中處理、分析、存檔,進一步對現場突發故障進行診斷查明故障原 因已成為研究的熱點。在實際應用中,由于現場監測設備安裝位置相對偏僻,若通過有線方 式連接到工作站進行數據通信,在工程實施上往往存在布線困難或造價太高等諸多問題, 因此,對于遠距離數據傳輸常采用基于公共網絡的無線傳輸模式。
[0003] 現有技術中,針對海量數據進行無線傳輸時,常常采用微處理器檢測無線傳輸單 元在線時就對其發送數據的機制,而在實際工業應用中發現,無線傳輸單元掉線瞬間,由于 需向基站多次發送請求連接失敗后才判定掉線,因此這段時間無線傳輸單元出現"假在線" 現象,在此期間微處理器仍不斷向無線傳輸單元發送大量數據,可能導致其存儲空間因飽 和而對原接收數據進行覆蓋的現象,造成數據丟失。

【發明內容】

[0004] 本實用新型的目的是,針對現有技術中對海量數據進行無線傳輸時丟包率較高的 問題,提出一種高可靠性海量數據無線傳輸系統,通過對無線傳輸單元增加存儲空間飽和 預警機制和對數據包在發送端和接收端進行互校驗機制提高數據無線傳輸的可靠性。
[0005] 本實用新型的技術方案為:高可靠性海量數據無線傳輸系統,包括微處理器、無線 傳輸單元和工作站,無線傳輸單元包括用于指示其是否已與工作站建立連接的在線指示管 腳和用于指示其存儲空間是否達到飽和預警設定值的飽和指示管腳,微處理器的數據發送 管腳與無線傳輸單元的數據接收管腳連接,微處理器的數據接收管腳與無線傳輸單元的數 據發送管腳連接,無線傳輸單元的在線指示管腳與微處理器的第一 I/O端口連接,無線傳輸 單元的飽和指示管腳與微處理器的第二I/O端口連接,無線傳輸單元已與工作站建立連接 且存儲空間未達到飽和預警設定值時微處理器向無線傳輸單元發送數據,無線傳輸單元通 過公用網絡與工作站建立連接并將接收到的數據發送給工作站,包括以下步驟:
[0006] 步驟一:微處理器將待發送海量數據分成若干個數據段,對數據段進行編碼,分配 包頭和包尾形成數據包,包頭包含該數據包包號,包尾包含對該數據包進行校驗的校驗位;
[0007] 步驟二:微處理器檢測第一I/O端口電平高低狀態,若為高電平則無線傳輸單元在 線,之后進入步驟三;若為低電平則無線傳輸單元掉線,繼續執行步驟二;
[0008] 步驟三:微處理器檢測第二I/O端口電平高低狀態,若為低電平則無線傳輸單元存 儲空間未達到飽和預警設定值,微處理器將待發送數據包發送給無線傳輸單元,無線傳輸 單元向微處理器發送允許發送下一包數據指令,微處理器接收到該指令后準備發送下一數 據包,之后返回步驟二,同時進入步驟四;若為高電平則無線傳輸單元存儲空間不足,已達 到飽和預警設定值,無線傳輸單元向微處理器發送停止發送數據指令,微處理器接收到該 指令后,停止發送數據,之后進入步驟四;
[0009]步驟四:無線傳輸單元將接收到的數據包發送給工作站,工作站將接收到的數據 包進行數據校驗得出校驗值,若校驗值與該數據包校驗位結果一致則向無線傳輸單元發送 允許發送下一包數據指令,無線傳輸單元接收到該指令后準備發送下一數據包,之后繼續 執行步驟四;若校驗值與該數據包校驗位結果不一致則向無線傳輸單元發送重新發送該數 據包指令,無線傳輸單元接收到該指令后將該數據包重新發送,繼續執行步驟四。
[0010]下面是對本實用新型技術方案的進一步優化或/和改進:
[0011] 上述微處理器發送的數據包包尾的校驗位等于該數據包數據段各數值之和,工作 站對接收到的數據包進行校驗得出的校驗值等于該數據包數據段各數值之和。
[0012] 上述微處理器為單片機或/和DSP。
[0013] 上述無線傳輸單元包含CDMA或GPRS無線通信模塊及相應手機卡。
[0014]上述無線傳輸單元用于指示其存儲空間是否達到飽和預警設定值為存儲空間總 容量的0.8~0.9倍。
[0015] 上述高可靠性海量數據無線傳輸系統還包括數據采集單元和外部存儲器,數據采 集單元與微處理器第三I/O端口連接,外部存儲器與微處理器第四I/O端口連接,包括以下 步驟:
[0016] 步驟一:數據采集單元將現場采集的數據發送給微處理器,微處理器將數據實時 存儲于外部存儲器;
[0017] 步驟二:微處理器將待發送海量數據分成若干個數據段,對數據段進行編碼,分配 包頭和包尾形成數據包,包頭包含該數據包包號,包尾包含對該數據包進行校驗的校驗位;
[0018] 步驟三:微處理器檢測第一I/O端口電平高低狀態,若為高電平則無線傳輸單元在 線,之后進入步驟四;若為低電平則無線傳輸單元掉線,繼續執行步驟三;
[0019] 步驟四:微處理器檢測第二I/O端口電平高低狀態,若為低電平則無線傳輸單元存 儲空間未達到飽和預警設定值,微處理器將待發送數據包發送給無線傳輸單元,無線傳輸 單元向微處理器發送允許發送下一包數據指令,微處理器接收到該指令后準備發送下一數 據包,之后返回步驟三,同時進入步驟五;若為高電平則無線傳輸單元存儲空間不足,已達 到飽和預警設定值,無線傳輸單元向微處理器發送停止發送數據指令,微處理器接收到該 指令后,停止發送數據,之后進入步驟五;
[0020]步驟五:無線傳輸單元將接收到的數據包發送給工作站,工作站將接收到的數據 包進行數據校驗得出校驗值,若校驗值與該數據包校驗位結果一致則向無線傳輸單元發送 允許發送下一包數據指令,無線傳輸單元接收到該指令后準備發送下一數據包,之后繼續 執行步驟五;若校驗值與該數據包校驗位結果不一致則向無線傳輸單元發送重新發送該數 據包指令,無線傳輸單元接收到該指令后將該數據包重新發送,繼續執行步驟五。
[0021]上述外部存儲器為SRAM靜態存儲器。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本實用新型實施例一無線傳輸系統的結構框圖。
[0023] 圖2是本實用新型實施例一無線傳輸系統數據傳輸流程圖。
[0024]圖3是本實用新型數據包結構圖。
[0025]圖4是本實用新型微處理器數據傳輸時序圖。
[0026] 圖5是本實用新型飽和預警機制數據存儲示意圖。
[0027] 圖6是本實用新型實施例二無線傳輸系統的結構框圖。
[0028] 圖7是本實用新型實施例二無線傳輸系統數據傳輸流程圖。
[0029] 圖8是本實用新型無線傳輸系統測試裝置系統圖。
[0030] 附圖中的編碼分別為:1為微處理器,2為無線傳輸單元,3為工作站,4為數據采集 單元,5為外部存儲器,ONLINE為在線指示管腳,BUFFER為飽和指示管腳,UTXD為微處理器 的數據發送管腳,RXD為無線傳輸單元的數據接收管腳,URXD為微處理器的數據接收管腳, TXD為無線傳輸單元的數據發送管腳,P1為微處理器的第一 I/O端口,P2為微處理器的第二 I/O端口,P3為微處理器的第三I/O端口,P4為微處理器的第四I/O端口,6為信號發生器,7 為數據采集觸發器,801為第一數據采集裝置,802為第二數據采集裝置,201為第一無線傳 輸單元,202為第二無線傳輸單元,301為第一工作站,302為第二工作站,901第一示波器, 902第二示波器。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0032] 實施例一
[0033] 如圖1所示為無線傳輸系統的結構框圖。無線傳輸系統包括微處理器1、無線傳輸 單元2和工作站3,無線傳輸單元2包括用于指示其是否在線的在線指示管腳ONLINE和用于 指示其存儲空間是否達到飽和預警設定值的飽和指示管腳BUFFER,微處理器1的數據發送 管腳UTXD與無線傳輸單元2的數據接收管腳RXD連接,微處理器1的數據接收管腳URXD與無 線傳輸單元2的數據發送管腳TXD連接,無線傳輸單元2的在線指示管腳ONLINE與微處理器1 的第一 I/O端口 P1連接,無線傳輸單元2的飽和指示管腳BUFFER與微處理器1的第二I/O端口 P2連接,無線傳輸單元2通過公用網絡與工作站3進行無線通信。在本實施例中,微處理器1 為單片機,無線傳輸單元2為GPRS DTU,工作站為裝有能夠接收無線傳輸單元2上傳數據并 進行處理的軟件的計算機組。
[0034] 如圖2所示為無線傳輸系統數據傳輸流程圖。無線傳輸系統數據傳輸時主要包括 以下步驟:
[0035] S210:微處理器將待發送海量數據分成若干個數據段,對數據段進行編碼,分配包 頭和包尾形成數據包,包頭包含該數據包包號,包尾包含對該數據包進行校驗的校驗位; [0036] S220:微處理器檢測第一I/O端口電平高低狀態,若為高電平則無線傳輸單元在 線,之后進入S230;若為低電平則無線傳輸單元掉線,繼續執行S220;
[0037] S230:微處理器檢測第二I/O端口電平高低狀態,若為低電平則無線傳輸單元存儲 空間未達到飽和預警設定值,微處理器將待發送數據包發送給無線傳輸單元,無線傳輸單 元向微處理器發送允許發送下一包數據指令,微處理器接收到該指令后準備發送下一數據 包,之后返回S220,同時進入S240;若為高電平則無線傳輸單元存儲空間不足,已達到飽和 預警設定值,無線傳輸單元向微處理器發送停止發送數據指令,微處理器接收到該指令后, 停止發送數據,之后進入S240;
[0038] S240:無線傳輸單元將接收到的數據包發送給工作站,工作站將接收到的數據包 進行數據校驗得出校驗值,若校驗值與該數據包校驗位結果一致則向無線傳輸單元發送允 許發送下一包數據指令,無線傳輸單元接收到該指令后準備發送下一數據包,之后繼續執 行S240;若校驗值與該數據包校驗位結果不一致則向無線傳輸單元發送重新發送該數據包 指令,無線傳輸單元接收到該指令后將該數據包重新發送,繼續執行S240。
[0039] 如圖3所示為數據包結構圖。微處理器將海量數據分成若干個數據段,每個數據段 為1KB,包頭包含指示該包數據的包號,包尾包含數據段各數值相加得到的校驗位。
[0040] 如圖4所示為微處理器數據傳輸時序圖。在t=0~T0、t=T2~T3時間段內,無線傳輸單 元的在線指示管腳ONLINE為高電平,飽和指示管腳BUFFER為低電平則該狀態為無線傳輸單 元在線且緩存空間未達到飽和預警設定值,此時微處理器向無線傳輸單元發送數據;在t= T1~T2時間段內,無線傳輸單元的在線指示管腳ONLINE為高電平,飽和指示管腳BUFFER為高 電平則該狀態為無線傳輸單元在線但緩存空間出現飽和預警,此時微處理器停止無線傳輸 單元發送數據;在t>T3時間段內,無線傳輸單元的在線指示管腳ONLINE為低電平,無線傳輸 單元掉線,無論飽和指示管腳BUFFER為何種電平,微處理器均停止向無線傳輸單元發送數 據。
[0041] 如圖5所示為飽和預警機制數據存儲示意圖。微處理器向無線傳輸單元發送數據, 無線傳輸單元將接收到的數據首先存入內部存儲器數據段,指針指向首地址,將后續接收 到的數據包依次存入,指針依次指向下一地址,同時,無線傳輸單元將數據包從第1組數據 依次發送至工作站,每發送一包數據,各數據包依次移至前一地址存儲區,指針下移至前一 地址。設內部存儲器存入第N組數據時,內部存儲器已使用存儲空間占總容量的85%,該參數 根據實際情況可以設置成其他值,無線傳輸單元向微處理器發出飽和預警,此時微處理器 停止發送數據,無線傳輸單元繼續向工作站發送數據。
[0042] 實施例二
[0043]如圖6所示為本實施例無線傳輸系統的結構框圖。與實施例一不同的是本實施例 高可靠性海量數據無線傳輸系統還包括數據采集單元4和外部存儲器5,數據采集單元3與 微處理器1的第三I/O端口連接,外部存儲器5與微處理器1的第四I/O端口連接,數據采集單 元4 一般為高頻數據采集,將大量數據發送給微處理器1,微處理器1將接收到的數據存入外 部存儲器5。由于微處理器1內部緩存區較小,可能無法滿足實際需求,因此本實施例增加一 外部存儲器5,一般采用容量較大且掉電后數據不會丟失的SRAM靜態存儲器。
[0044]如圖7所示為本實施例無線傳輸系統數據傳輸流程圖。無線傳輸系統數據傳輸時 主要包括以下步驟:
[0045] S710:數據采集單元將現場采集的數據發送給微處理器,微處理器將數據實時存 儲于外部存儲器;
[0046] S720:微處理器將待發送海量數據分成若干個數據段,對數據段進行編碼,分配包 頭和包尾形成數據包,包頭包含該數據包包號,包尾包含對該數據包進行校驗的校驗位; [0047] S730:微處理器檢測第一I/O端口電平高低狀態,若為高電平則無線傳輸單元在 線,之后進入S740;若為低電平則無線傳輸單元掉線,繼續執行S730;
[0048] S740:微處理器檢測第二I/O端口電平高低狀態,若為低電平則無線傳輸單元存儲 空間未達到飽和預警設定值,微處理器將待發送數據包發送給無線傳輸單元,無線傳輸單 元向微處理器發送允許發送下一包數據指令,微處理器接收到該指令后準備發送下一數據 包,之后返回S730,同時進入S750;若為高電平則無線傳輸單元存儲空間不足,已達到飽和 預警設定值,無線傳輸單元向微處理器發送停止發送數據指令,微處理器接收到該指令后, 停止發送數據,之后進入S750;
[0049] S750:無線傳輸單元將接收到的數據包發送給工作站,工作站將接收到的數據包 進行數據校驗得出校驗值,若校驗值與該數據包校驗位結果一致則向無線傳輸單元發送允 許發送下一包數據指令,無線傳輸單元接收到該指令后準備發送下一數據包,之后繼續執 行S750;若校驗值與該數據包校驗位結果不一致則向無線傳輸單元發送重新發送該數據包 指令,無線傳輸單元接收到該指令后將該數據包重新發送,繼續執行S750。
[0050] 實施例三
[0051] 具體地,根據以下實施例對本實用新型進行進一步地說明其優點和工程應用價 值。為測試本實用新型數據傳輸的可靠性,進行海量數據傳輸對比實驗,如圖8所示是無線 傳輸系統測試裝置系統圖,信號發生器6作為信號源為數據采集觸發器7提供正弦交流信 號,數據采集觸發器7控制正弦交流信號的時間窗口,并觸發第一數據采集裝置801和第二 數據采集裝置802開始對正弦交流信號進行高頻數據采集,采樣頻率為5兆赫茲,第一數據 采集裝置801未檢測第一無線傳輸單元202的在線指示管腳ONLINE和飽和指示管腳 BUFFER,第二數據采集裝置802實時檢測第一無線傳輸單元202的在線指示管腳ONLINE和 飽和指示管腳BUFFER電平高低狀態,該試驗裝置第一工作站301和第二工作站302均為與聯 網的計算機,計算機裝有能夠接收無線傳輸單元發送的數據并進行處理的軟件。數據采集 觸發器7復位一次產生320Kbytes數據量,第一示波器901和第二示波器902可以觀測在線指 示管腳ONLINE和飽和指示管腳BUFFER電平高低狀態,進一步判斷無線傳輸單元是否掉線 和數據是否出現飽和,測試結果統計表如表1所示。
[0052]表1.無線傳輸系統測試結果對比統計表 [0053]
[0054]根據試驗結果知,第2次試驗無線傳輸單元201和202出現短時間掉線時兩者均未 出現數據丟包現象,對于不帶在線指示和緩存區飽和預警機制的第一數據采集裝置801,第 4次、第5次試驗無線傳輸單元201出現長時間掉線使內部緩存區飽和,造成數據大量丟失, 第9次試驗無線傳輸單元201出現"假在線",內部緩存區出現短時間的飽和,造成數據丟失; 而對于帶有在線指示和緩存區飽和預警機制的第二數據采集裝置802,10次試驗在出現無 線傳輸單元202掉線和緩存區飽和報警的情況下,未出現數據丟失情況,有效說明本實用新 型能夠提高海量數據無線傳輸的可靠性,但需要注意的是,現場測試時對于出現無線傳輸 單元長時間掉線的情況,數據無線傳輸所需時間相對第一數據采集裝置801較長,要求第二 數據采集裝置802數據存儲區不能飽和,因此對外部存儲器容量要求較高。
[0055]以上所述實施例僅表達了本實用新型的【具體實施方式】,但并不能因此而理解為對 本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是,對于本領域的普通技術人員來說,在不脫離本 實用新型構思的前提下,還可以做出若干變形和改進,這些都屬于本實用新型的保護范圍。 因此,本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種高可靠性海量數據無線傳輸系統,包括微處理器、無線傳輸單元和工作站,其特 征在于,無線傳輸單元包括用于指示其是否已與工作站建立連接的在線指示管腳和用于指 示其存儲空間是否達到飽和預警設定值的飽和指示管腳,微處理器的數據發送管腳與無線 傳輸單元的數據接收管腳連接,微處理器的數據接收管腳與無線傳輸單元的數據發送管腳 連接,無線傳輸單元的在線指示管腳與微處理器的第一 I/O端口連接,無線傳輸單元的飽和 指示管腳與微處理器的第二I/O端口連接,無線傳輸單元已與工作站建立連接且存儲空間 未達到飽和預警設定值時微處理器向無線傳輸單元發送數據,無線傳輸單元通過公用網絡 與工作站建立連接并將接收到的數據發送給工作站。2. 根據權利要求1所述高可靠性海量數據無線傳輸系統,其特征在于,還包括用于采集 現場參數且將參數數據發送給微處理器的數據采集單元和用于存儲海量數據的外部存儲 器,數據采集單元與微處理器第三I/O端口連接,外部存儲器與微處理器第四I/O端口連接。3. 根據權利要求2所述高可靠性海量數據無線傳輸系統,其特征在于,外部存儲器為 SRAM靜態存儲器。4. 根據權利要求1或2或3所述高可靠性海量數據無線傳輸系統,其特征在于,微處理器 為單片機或/和DSP。5. 根據權利要求1或2或3所述高可靠性海量數據無線傳輸系統,其特征在于,無線傳輸 單元包含CDMA或GPRS無線通信模塊及相應手機卡。
【文檔編號】H04L1/00GK205622885SQ201620418761
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】李昌陵, 張勃, 趙欣, 門艷, 賈政豪
【申請人】國網新疆電力公司經濟技術研究院, 國家電網公司
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