CN103346870A - 一种数据采集系统的大用户量广播确认方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据采集系统的大用户量广播确认方法，地面终端、卫星和地面控制中心组成数据采集系统，（1）地面控制中心对数据信息进行检测，（2）地面控制中心根据步骤（1）的检测结果控制卫星采取不同的广播确认方式和广播确认方法，（3）卫星根据不同的确认方式和确认方法生成包含数据确认码的数据接收确认信令，卫星将包含数据确认码的数据接收确认信令通过卫星广播到地面终端；（4）地面终端接收到包含数据确认码的数据接收确认信令后，按照卫星采取的确认方式和确认方法上传数据信息。本发明在保证数据传输实时性的同时提高了数据采集系统的效率和准确度，延长了终端的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种大用户量广播确认方法，尤其涉及一种数据采集系统的大用户量广播确认方法，属于卫星通信数据传输技术领域。
背景技术
我国是一个自然灾害多发、频发的国家，同时伴随着工业化的飞速发展，一系列的环境问题渐渐彰显出来，如何做好灾害预警，环境监测，以及灾后搜救工作的需求越来越高。目前基本有两种技术，一种是基于地面无线网络，利用大量无线传感器终端抛撒到对象区域实现实时监测；另一种是利用卫星通信技术，利用北斗及GPS来完成对目标的定位、导航、监测和实时通信。对于利用卫星通信技术的监测型终端，无论是国外的Orbcomm、Argos系统，还是国内的资源、风云系列，在环境及气象监测等方面，多数以DCP平台或者站点的固定形式出现，当然也有PTT移动型终端。
早期的数据采集系统（DCS）大多不具备下行确认功能，如Argos-1/2系统用户链路只具有上行数传功能，采集终端通过多次发送同一数据的方法增加卫星接收数据的可靠性。这种数据传输方式使得系统实现和管理简单，但是系统资源利用率低，特别是在突发灾变等特殊情况下出现终端集中上传数据时，容易出现拥塞现象，造成数据采集系统传输效率急剧降低。到了后期，Argos-3及其它DCS系统开始具备下行确认功能，其中Orbcomm系统用户下行确认方式分两种，当卫星可视区域内存在地面网关站时，由地面网关站发送确认信息，当卫星可视区域无网关站连接时，由卫星通过下行链路向终端发送确认信息。这种确认机制，一方面尽可能减少卫星转发器的工作负荷，另一方面保证了信息传输的实时性。
在设计本DCS系统广播确认方法时，参考了以上系统的下行广播确认功能。DCS数据采集系统设计支持1000万台终端，在系统的运行过程中可能会出现某一区域内的终端在某一段时间内集中向卫星发送数据的情况，在这种情况下，使用现有Argos-3或者Orbcomm系统的用户下行确认方式，无法满足大用户量的数据上传，可能会引起大量数据冲突，从而出现大量接收数据异常的情况，并且会导致卫星转发器工作负荷剧增；同时，由于部分终端采用电池供电，持续的发送上行数据，则会导致电池寿命缩短。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种数据采集系统的大用户量广播确认方法，在保证数据传输实时性的同时提高了数据采集系统的效率和准确度，延长了终端的使用寿命。
本发明的技术解决方案是：一种数据采集系统的大用户量广播确认方法，地面终端、卫星和地面控制中心组成数据采集系统，包括以下步骤：
（1）地面终端向卫星上传数据信息，卫星将接收到的数据信息转发至地面控制中心，地面控制中心对数据信息进行检测，当卫星每秒钟收到的终端数据包数≤100，确定为数据信息安全级别为1级，即无灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数在(100，200]范围内，确定为数据信息安全级别为2级，即有轻微灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数在（200，300]范围内，确定为数据信息安全级别为3级，即有灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数（300，360）范围内，确定为数据信息安全级别为4级，即有中级灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数≥360，确定为数据信息安全级别为5级，即有严重灾害预警数据包；
（2）地面控制中心根据步骤（1）的检测结果控制卫星采取不同的广播确认方式和广播确认方法，当数据信息的安全级别处于1～2级，地面控制中心控制卫星采取P2P确认方式和基于终端ID确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于3级，地面控制中心控制卫星采取P2P确认方式和基于消息摘要确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于4级，地面控制中心控制卫星采取优先级确认方式和基于终端ID确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于5级，地面控制中心控制卫星采取优先级确认方式和基于消息摘要确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；
（3）卫星根据不同的确认方式和确认方法生成包含数据确认码的数据接收确认信令，卫星将包含数据确认码的数据接收确认信令通过卫星广播到地面终端；
（4）地面终端接收到包含数据确认码的数据接收确认信令后，按照卫星采取的确认方式和确认方法上传数据信息。
基于终端ID确认方法为：
（1）各地面终端向卫星上传包含自身ID码的数据信息；
（2）卫星收到各地面终端的数据信息后提取地面终端的ID码并生成数据接收确认信令，数据接收确认信令中包含各地面终端的ID码，各地面终端的ID码作为数据接收确认信令中的数据确认码；
（3）卫星将生成的包含数据确认码的数据接收确认信令广播到地面终端；
（4）地面终端将自身ID码与接收到的数据接收确认信令中的数据确认码进行比对，如果相同，则停止向卫星发送当前数据信息，准备发送下一包数据信息，否则继续向卫星发送当前数据信息。
基于信息摘要确认方法为：
（1）各地面终端向卫星上传数据信息，并使用MD5计算出上传数据信息的信息摘要；
（2）卫星接收到各地面终端上传的数据信息后使用MD5计算出接收数据信息的信息摘要同时生成数据接收确认信令，数据确认信令中包含计算出的各地面终端的信息摘要，各地面终端的信息摘要作为数据接收确认信令中的数据确认码；
（3）卫星将生成的包含数据确认码的数据接收确认信令广播到地面终端；
（4）地面终端将自身计算出的信息摘要与接收到的数据接收确认信令中的信息摘要进行比对，如果相同，则停止向卫星发送当前数据信息，准备发送下一包数据信息，否则继续向卫星发送当前数据信息。
数据接收确认信令的格式包括包区分码、数据确认码和CRC效验码。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明下行采用TDM复用方式，通过2种确认方式和2种确认方法的组合，有效地减少了卫星转发器的工作负荷，保证数据信息传输的实时性，提高系统的效率和准确度，延长了终端的使用寿命。本发明通过大用户量的广播确认方法，可容纳1000万级用户量，相比之下，Argos-3和Orbcomm等系统在带宽和传输速率与本系统相差无几的情况下，仅具有中、小规模的用户数量，本系统的扩容和服务能力远超其他DCS系统。
附图说明
图1为本发明的广播确认流程图。
具体的实施方式
本发明基于数据采集系统DCS，但不局限于该系统，可广泛应用于卫星通信系统，在表述不引起歧义的情况下，本发明中数据采集系统简称系统，用户终端简称终端，用户终端接入的系统网络简称网络。
本发明针对应用场景设计了两类广播确认方式：P2P确认方式和优先级确认方式。P2P确认方式是指卫星接收每个地面终端的上传数据信息，并对接收到的数据信息分别进行确认、广播，该方式的优点在于数据传输的可靠性高，缺点是实时性较差。优先级确认方式是指卫星接收每个终端的上传数据信息，根据地面终端上传数据的优先级，（当卫星每秒钟收到的终端数据包数≤100，确定为数据信息安全级别为1级，即无灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数在(100，200]范围内，确定为数据信息安全级别为2级，即有轻微灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数在（200，300]范围内，确定为数据信息安全级别为3级，即有灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数（300，360）范围内，确定为数据信息安全级别为4级，即有中级灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数≥360，确定为数据信息安全级别为5级，即有严重灾害预警数据包；
1级级别最低，5级级别最高；地面控制中心通过TDM时隙对地面终端上传数据包进行统计分析，终端上传数据包分为25字节和50字节两种，分别对应200bps和400bps两种信息速率），选择其中需要确认的终端进行广播确认，对无需确认的终端则不进行广播确认。该方式的优点在于数据传输的实时性高，缺点是部分终端数据的可靠性较差。本发明以上两种确认方式设计了通过网络自行切换或者人工切换，从而实现网络通信的最佳状态，确保数据的高可靠性和高实时性。
同时，针对以上两种广播确认方式设计了两种广播确认方法：基于终端ID的确认方法和基于信息摘要的确认方法。基于终端ID确认方法:终端有两个地址，一个是物理地址，由厂家分配，每个用户终端有一个唯一的物理地址，另一个是逻辑ID，地面终端入网时向卫星发送物理地址，卫星为地面终端分配逻辑ID。在地面终端入网后，（1）各地面终端向卫星上传包含自身ID码的数据信息；（2）卫星收到各地面终端的数据信息后提取地面终端的ID码并生成数据接收确认信令，数据接收确认信令中包含各地面终端的ID码，各地面终端的ID码作为数据接收确认信令中的数据确认码；（3）卫星将生成的包含数据确认码的数据接收确认信令广播到地面终端；（4）地面终端将自身ID码与接收到的数据接收确认信令中的数据确认码进行比对，如果相同，则停止向卫星发送当前数据信息，准备发送下一包数据信息，否则继续向卫星发送当前数据信息。该方法的优点是确认速度快，无需过多的计算资源；缺点是网络安全性能不好。数据接收确认信令字段格式为：
| 包区分码 | 数据确认码（终端ID） | CRC校验 |
基于信息摘要的确认方法：（1）各地面终端向卫星上传数据信息，并使用MD5计算出上传数据信息的信息摘要；（2）卫星接收到各地面终端上传的数据信息后使用MD5计算出接收数据信息的信息摘要同时生成数据接收确认信令，数据确认信令中包含计算出的各地面终端的信息摘要，各地面终端的信息摘要作为数据接收确认信令中的数据确认码；（3）卫星将生成的包含数据确认码的数据接收确认信令广播到地面终端；（4）地面终端将自身计算出的信息摘要与接收到的数据接收确认信令中的信息摘要进行比对，如果相同，则停止向卫星发送当前数据信息，准备发送下一包数据信息，否则继续向卫星发送当前数据信息。该方法的优点是网络安全性能很强；缺点是确认速度略低，并且会消耗部分计算资源。数据接收确认信令字段格式为：
| 包区分码 | 数据确认码（消息摘要） | CRC校验 |
MD5是Ronald Rivest设计的一系列消息摘要算法中的第5个算法。它通过一种足够复杂的方法来弄乱明文消息中的所有位，每一个输出位都要受到每一个输入位的影响。简短来说，它首先将原始的明文消息填补到448位（以512为模）的长度。然后，消息的长度被追加成64位整数，因而整个输入的长度是512位的倍数。最后一个预计算步骤是将一个128位的缓冲区初始化成一个固定的值。
地面终端、卫星和地面控制中心组成数据采集系统，本发明的实现流程如图1所示，包括以下步骤：
（1）地面终端向卫星上传数据信息，卫星将接收到的数据信息转发至地面控制中心，地面控制中心对数据信息进行检测，当卫星每秒钟收到的终端数据包数≤100，确定为数据信息安全级别为1级，即无灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数在(100，200]范围内，确定为数据信息安全级别为2级，即有轻微灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数在（200，300]范围内，确定为数据信息安全级别为3级，即有灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数（300，360）范围内，确定为数据信息安全级别为4级，即有中级灾害预警数据包；当卫星每秒钟收到的终端数据包数≥360，确定为数据信息安全级别为5级，即有严重灾害预警数据包；
（2）地面控制中心根据步骤（1）的检测结果控制卫星采取不同的广播确认方式和广播确认方法，当数据信息的安全级别处于1～2级，地面控制中心控制卫星采取P2P确认方式和基于终端ID确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于3级，地面控制中心控制卫星采取P2P确认方式和基于消息摘要确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于4级，地面控制中心控制卫星采取优先级确认方式和基于终端ID确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于5级，地面控制中心控制卫星采取优先级确认方式和基于消息摘要确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；
（3）卫星根据不同的确认方式和确认方法生成包含数据确认码的数据接收确认信令，卫星将包含数据确认码的数据接收确认信令通过卫星广播到地面终端；
（4）地面终端接收到包含数据确认码的数据接收确认信令后，按照卫星采取的确认方式和确认方法上传数据信息。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (4)
1.一种数据采集系统的大用户量广播确认方法，地面终端、卫星和地面控制中心组成数据采集系统，其特征在于包括以下步骤：
（1）地面终端向卫星上传数据信息，卫星将接收到的数据信息转发至地面控制中心，地面控制中心对数据信息进行检测，当卫星每秒钟收到的终端数据包数≤100，确定为数据信息安全级别为1级；当卫星每秒钟收到的终端数据包数在(100，200]范围内，确定为数据信息安全级别为2级；当卫星每秒钟收到的终端数据包数在（200，300]范围内，确定为数据信息安全级别为3级；当卫星每秒钟收到的终端数据包数（300，360）范围内，确定为数据信息安全级别为4级；当卫星每秒钟收到的终端数据包数≥360，确定为数据信息安全级别为5级；
（2）地面控制中心根据步骤（1）的检测结果控制卫星采取不同的广播确认方式和广播确认方法，当数据信息的安全级别处于1～2级，地面控制中心控制卫星采取P2P确认方式和基于终端ID确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于3级，地面控制中心控制卫星采取P2P确认方式和基于消息摘要确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于4级，地面控制中心控制卫星采取优先级确认方式和基于终端ID确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；当数据信息的安全级别处于5级，地面控制中心控制卫星采取优先级确认方式和基于消息摘要确认方法的组合方式对地面终端发送的数据信息进行广播确认；
（3）卫星根据不同的确认方式和确认方法生成包含数据确认码的数据接收确认信令，卫星将包含数据确认码的数据接收确认信令通过卫星广播到地面终端；
（4）地面终端接收到包含数据确认码的数据接收确认信令后，按照卫星采取的确认方式和确认方法上传数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种数据采集系统的大用户量广播确认方法，其特征在于：所述基于终端ID确认方法为：
（1）各地面终端向卫星上传包含自身ID码的数据信息；
（2）卫星收到各地面终端的数据信息后提取地面终端的ID码并生成数据接收确认信令，数据接收确认信令中包含各地面终端的ID码，各地面终端的ID码作为数据接收确认信令中的数据确认码；
（3）卫星将生成的包含数据确认码的数据接收确认信令广播到地面终端；
（4）地面终端将自身ID码与接收到的数据接收确认信令中的数据确认码进行比对，如果相同，则停止向卫星发送当前数据信息，准备发送下一包数据信息，否则继续向卫星发送当前数据信息。
3.根据权利要求1所述的一种数据采集系统的大用户量广播确认方法，其特征在于：所述基于信息摘要确认方法为：
（1）各地面终端向卫星上传数据信息，并使用MD5计算出上传数据信息的信息摘要；
（2）卫星接收到各地面终端上传的数据信息后使用MD5计算出接收数据信息的信息摘要同时生成数据接收确认信令，数据确认信令中包含计算出的各地面终端的信息摘要，各地面终端的信息摘要作为数据接收确认信令中的数据确认码；
（3）卫星将生成的包含数据确认码的数据接收确认信令广播到地面终端；
（4）地面终端将自身计算出的信息摘要与接收到的数据接收确认信令中的信息摘要进行比对，如果相同，则停止向卫星发送当前数据信息，准备发送下一包数据信息，否则继续向卫星发送当前数据信息。
4.根据权利要求1所述的一种数据采集系统的大用户量广播确认方法，其特征在于：所述数据接收确认信令的格式包括包区分码、数据确认码和CRC效验码。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhu Feng Inventor after: Wu Xinqiao Inventor after: Cao Guixing Inventor after: Yang Bo Inventor after: Zhang Guifeng Inventor after: Liu Yu Inventor after: Shi Yun Inventor after: Zou Guangnan Inventor before: Zhu Feng Inventor before: Cao Guixing Inventor before: Yang Bo Inventor before: Liu Yu Inventor before: Shi Yun Inventor before: Zou Guangnan |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170309 Address after: 100089 Haidian District, Zhichun Road, No. 82, Patentee after: SPACE STAR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: China South Power Grid International Co.,Ltd. Patentee after: TIANJIN ZHONG WEI AEROSPACE DATA SYSTEM TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100086 Zhichun Road, Beijing, No. 82 hospital, Haidian District Patentee before: SPACE STAR TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160504 Termination date: 20200624 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |