CN104537815A - 一种移动物料计量信息传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动物料计量信息传输方法，其特征在于，所述方法是在每个物料计量点设置2个终端采集模块，终端采集模块采集到的计量信息经数据中继站和网络交换机自动传输到数据服务器进行显示和存储，同时，另一终端采集模块将采集的相同计量信息由数据中继站主动转发到信号覆盖区内的手持移动终端，由手持移动终端对计量信息数据（计量时间、称重编号、毛重、皮重、净重、来源地、目的地、操作人员）进行分类归档后，再经数据中继站和网络交换机传输到数据服务器；两路数据信息采用划分通讯子网和逻辑通讯链路两种方式进行隔离，通过各自对应的信息管道进行冗余传输。本发明能极大提高数据传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及数据网络技术领域，尤其涉及一种移动物料计量信息传输方法。
背景技术
在工业生产流程中，受生产现场温度、空间环境等条件限制，移动物料计量信息的传输普遍采用无线电台接收和无线终端模块发射方式。无线电台经过多年发展，经历从模拟信号调制向数字传输的演变过程，传输速率、安全可靠性有一定的提高。无线电台可以用于组建通讯点数不多、传输数据流量小的无线网络。由于无线电台采用无线设备终端逐一扫描的工作方式，其数据传输实时性不高。同时无线电台占用特定通讯频段，须向无线电管理委员会申请批准后方可架设。接收电台周围环境严重影响计量信息的传输效果，在电磁辐射国标许可范围内，尤其是钢结构厂房、高温冶金炉窑聚集区，数据丢包、误码率相当严重。传统无线电台用于数据采集时，包括设备采集终端、发射天线、无线电台、接收天线、网络交换机、数据服务器、通讯线缆等主要部分，其系统基本架构如图1所示。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种移动物料计量信息冗余传输方法。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种移动物料计量信息传输方法，其特征在于，所述方法是在每个物料计量点设置2个终端采集模块，终端采集模块采集到的计量信息经数据中继站和网络交换机自动传输到数据服务器进行显示和存储，同时，另一终端采集模块将采集的相同计量信息由数据中继站主动转发到信号覆盖区内的手持移动终端，由手持移动终端对计量信息数据进行分类归档后，再经数据中继站和网络交换机传输到数据服务器；两路数据信息采用划分通讯子网和逻辑通讯链路两种方式进行隔离，通过各自对应的信息管道进行冗余传输。
根据上述的信息传输方法，其特征在于，所述数据中继站自动跟踪覆盖区域内的手持移动终端位置和信号探测强度，并根据位置和信号强度调整部分阵列天线的方位角和增益强度，实现通讯链路最佳化。
根据上述的信息传输方法，其特征在于，所述移动手持终端对物料计量数据进行的相关计量信息操作存储在移动手持终端嵌入式数据库中，同时同步更新数据服务器计量数据。
根据上述的信息传输方法，其特征在于：依据覆盖区内每个数据中继站分布的终端数量 ，主动漫游阈值，选择数据传输路径；根据数据传输路径，调整阵列天线方位、数量和射频发射功率；实时更新系统状态，根据终端在覆盖区的空间位置状况、障碍物分布、各数据中继站接收到的终端射频信号强度，调整参数信息，重新规划数据传输路径；各参数计算公式和含义如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
是发射射频信号强度类型；
是数据中继站数量；
是第个数据中继站接入的授权终端数量；
是覆盖区域内的接入授权移动终端数量；
是数据中继站接收到的移动终端信号强度类型等级，，数据中继站接收信号强度低，，数据中继站接收信号强度一般，，数据中继站接收信号强度高；
是数据中继站信号强度等级下限值，若覆盖网络内存在较强信号，则主动进行切换；
是数据中继站信号强度信号上限值，高于该值时，移动终端不进行中继站漫游；
是数据中继站对移动终端进行管理的阈值；
是当前移动终端对应所有数据中继站射频信号强度最大值；
是当前移动终端对应的每个数据中继站射频信号强度；
是数据中继站接收到的移动终端射频信号强度值；
是数据中继站接收到的第个移动终端的射频信号强度值；
是数据中继站阵列天线对应第个移动终端的调整方向角，单位为弧度；
是个移动终端应分配的天线数量；
是中继站阵列天线总数量；
是移动终端距中继站的直线距离，单位为m；
是移动终端距中继站的水平直线距离，单位为m；
是无线电波传输速度，为；
是中继站无线信号到对应移动终端所用时间，单位为s；
是中继站单根天线的最大射频功率，单位是dB。
本发明的有益效果：
1.本发明采用多中继分布式传输技术，避免传统无线数字电台射频发射功率大，存在传输死区，不符合行业和国标要求，无法克服现场干扰，存在死角问题，实现绿色，安全，环保；
2.本发明采用双通道冗余传输技术，两通道计量数据之间可以相互校验，及时发现误操作；
3.本发明采用手持移动终端对移动物料走向及计量信息进行分类，避免传统集中式计量系统，物料操作人员既要操作移动车辆，又要操作计量设备状态信息的问题，有效缓解车辆操作人员的劳动强度。
4.本发明在系统通讯线路出现故障时，手持终端具有数据缓冲功能，可以对所有操作状态和数据进行离线数据存储，等系统网络恢复后，手持终端数据同步更新上传到数据服务器。本发明精确实用，性价比高，有利于大规模推广应用。
附图说明
图1是传统数字电台网络构架示意图；
图2是本发明的分布式网络构架示意图；
图3是本发明的数据传输功能图；
图4是本发明的一个实施例的测试结果示意图。
具体实施方式
本发明采用的网络构架如图2所示，包括移动物料计量主机1、数据采集终端2、数据中继站3、手持移动终端4（如PDA）、无线网络控制器5、网络交换机6、数据服务器7（即上位机）、通讯线缆8等组成。
本发明的移动物料计量信息传输方法在每个物料计量点设置2个终端采集模块，终端采集模块采集到的计量信息经数据中继站和网络交换机自动传输到数据服务器进行显示和存储，同时，另一终端采集模块将采集的相同计量信息由数据中继站主动转发到信号覆盖区内的手持移动终端，由手持移动终端对计量信息数据（计量时间、称重编号、毛重、皮重、净重、来源地、目的地、操作人员）后经数据中继站和网络交换机传输到上位机；两路数据信息采用划分通讯子网和逻辑通讯链路两种方式进行隔离，通过各自对应的信息管道进行冗余传输。
数据中继站自动跟踪覆盖区域内的手持移动终端位置和信号探测强度，并根据位置和信号强度调整部分阵列天线的方位角和增益强度，实现通讯链路最佳化。
根据上述的信息传输方法，其特征在于，所述移动手持终端对物料计量数据进行的相关计量信息操作存储在移动手持终端嵌入式数据库中，同时同步更新数据服务器计量数据。
具体的实现步骤如下：
1）根据数据中继站数量,确定数据中继站覆盖区内手持移动终端和终端采集模块数量及其特性描述（入网标识码、物理地址、逻辑地址和发射射频信号强度类型）；2）依据覆盖区内每个数据中继站分布的手持移动终端和终端采集模块数量，主动漫游阈值，选择数据传输路径； 3）根据数据传输路径，调整阵列天线方位、数量和射频发射功率；4）建立终端采集模块-数据中继站-网络交换机-数据服务器第一条信息传输路径；5）建立终端采集模块-数据中继站-移动手持-数据中继站-网络交换机-数据服务器第二条冗余传输路径；6）数据存储及归类；7）实时更新系统状态，根据终端在覆盖区的空间位置状况、障碍物分布、各数据中继站接收到的终端射频信号强度,调整参数信息，开始步骤（1）-（7）重新规划数据传输路径。
计算公式如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
（7)
(8)
是发射射频信号强度类型；
是数据中继站数量；
是第个数据中继站接入的授权终端数量；
是覆盖区域内的接入授权移动终端数量；
是数据中继站接收到的移动终端信号强度类型等级，，数据中继站接收信号强度低，，数据中继站接收信号强度一般，，数据中继站接收信号强度高；
是数据中继站信号强度等级下限值，若覆盖网络内存在较强信号，则主动进行切换；
是数据中继站信号强度信号上限值，高于该值时，移动终端不进行中继站漫游；
是数据中继站对移动终端进行管理的阈值；
是当前移动终端对应所有数据中继站射频信号强度最大值；
是当前移动终端对应的每个数据中继站射频信号强度；
是数据中继站接收到的移动终端射频信号强度值；
是数据中继站接收到的第个移动终端的射频信号强度值；
是数据中继站阵列天线对应第个移动终端的调整方向角，单位为弧度；
是个移动终端应分配的天线数量；
是中继站阵列天线总数量；
是移动终端距中继站的直线距离，单位为m；
是移动终端距中继站的水平直线距离，单位为m；
是无线电波传输速度，为；
是中继站无线信号到对应移动终端所用时间，单位为s；
是中继站单根天线的最大射频功率，单位是dB。
下面结合具体实施例，对冶金熔炼生产系统的部分投入产出及中间转运物料计量信息采用本发明的方案进行详细描述说明。
在长度为450m，宽度25m的高温高粉尘冶金熔炼生产车间内实施时，共部署5台数据中继站，每台间隔距离70m。为实现对多客户端的自动跟踪和数据信息交互，选择0.5W低功率高增益防尘防水360°全域阵列天线型数据中继站。数据中继站沿厂房长度方向均匀固定在生产车间的房顶处。
移动物料计量主机安装在行车上，用于行车称重数据的大屏现场显示，并提供2路串口通讯接口。本发明中计量主机分别连接2个数据采集终端模块，输入数据采用串口RS232协议，传输数据校验和波特率与计量主机保持一致。两路输出均采用TCP/IP无线透明传输协议，但两者数据运行在不同的通讯链路信道和vLan子网中。其中一路计量信息经数据中继站、网络交换机上传到数据服务器，另一路计量信息由该通讯子网内的手持移动终端定时主动触发数据服务请求，将计量主机编号、计量数据、操作信息（包括毛重、皮重、净重、操作时间、物料来源、物料去向等）经手持移动终端、数据中继站、网络交换机同步更新到数据服务器。
手持移动终端用于接收来自网络覆盖区内计量主机发出的称重数据信息及称重主机编号，同时根据移动物料操作状态，对不同物料进行归类。手持移动终端部署SQLCE嵌入式数据库，可以通过通讯网络与数据服务器SQL Server数据库视图字段信息进行同步更新。计量操作信息在操作完成后存储于手持终端嵌入式数据库中，并与数据服务器中数据库同步更新。
无线网络控制器用于对数据中继站、数据采集终端、手持移动终端进行管理监控。监测客户端的信号强度，动态计算每个客户端与数据中继站的通讯距离。并根据信号强度变化进行主动漫游切换。
本实施例中：计量主机选择梅特勒托利多XK3130，数据采集终端选择USR-WIFI 600系列工业级三防模块，数据中继站选择美国工业级室外型低功耗RUCKUS Zoneflex2741，无线网络控制器选择美国RUCKUS ZoneDirector3000型，手持移动终端选择军工级户外型美国天宝公司的IP68高防护等级Trimble Nomad。针对本实施例的数据信息传输链路选择及具体实现过程如下：
1.根据进入数据中继站的客户端数量，自动调整阵列天线的分布和天线阵列方位角；
2.根据无线网络控制器接入网络客户端对应数据中继站的反馈信号强度和相对距离，选择客户端需连接的数据中继站：
且,则对应客户端连接的数据中继站为
对应数据中继站的调节阵列天线的射频增益为 ；
，且，则对应客户端连接数据中继站为
对应数据中继站的调节阵列天线的射频增益为；
对应客户端连接数据中继站不发生变化，阵列天线的射频增益为
。
3. 选择冗余传输链路
根据手持移动终端、数据采集终端模块所属子网及其对应的网关地址将计量数据信息划分到不同vLan子网；
4. 一路计量数据经数据采集终端发送至手持移动终端，手持移动终端对来自数据采集终端的计量信息进行分类归档，包括计量时间、毛重、皮重、净重、物料来源和去向选择，操作完成后确认暂存至手持移动终端内SQLCE嵌入式数据库，同时启动数据更新模式将当前操作信息同步到远程数据服务器；
5. 另一路计量数据经数据采集终端直接由数据中继站设定的vLan子网通道传输至远程数据服务器。
6. 结束，等待执行下一次操作。
以高温、高粉尘、复杂钢结构条件下冶金熔炼生产系统厂房内分布式移动物料计量信息传输方法和传统集中式无线电台模式从射频功率大小、数据误码率方面进行对比，其中横坐标为传输距离，纵坐标为射频功率和误码率。如表1和图4所知，将本发明依据生产实际测算数据与电台式移动物料计量系统的数据进行绘图表示，横坐标为传输距离，纵坐标为采用本发明测得的数据中继站最大射频功率和对应误码率。可以看出，本发明中分布式冗余传输的主要指标如下：
1）该发明可以有效克服在复杂工业生产环境中传输距离所导致的误码率过大，数据丢包问题，做到数据传输稳定可靠；
2）该发明可以解决长距离传输条件下射频功率急剧增大所导致的一系列问题，分布式数据中继站射频功率调整始终在《电磁辐射防护标准》GB8702-88可控范围内，达到生产与安全两者兼顾；
3）系统开放，可扩展及系统兼容性高，数据通讯协议完全开放，构思巧妙、简单易实施。
表1
Claims (4)
1.一种移动物料计量信息传输方法，其特征在于，所述方法是在每个物料计量点设置2个终端采集模块，终端采集模块采集到的计量信息经数据中继站和网络交换机自动传输到数据服务器进行显示和存储，同时，另一终端采集模块将采集的相同计量信息由数据中继站主动转发到信号覆盖区内的手持移动终端，由手持移动终端对计量信息数据（计量时间、称重编号、毛重、皮重、净重、来源地、目的地、操作人员）进行分类归档后，再经数据中继站和网络交换机传输到数据服务器；两路数据信息采用划分通讯子网和逻辑通讯链路两种方式进行隔离，通过各自对应的信息管道进行冗余传输。
2.根据权利要求1所述的信息传输方法，其特征在于，所述数据中继站自动跟踪覆盖区域内的手持移动终端位置和信号探测强度，并根据位置和信号强度调整部分阵列天线的方位角和增益强度，实现通讯链路最佳化。
3.根据权利要求1所述的信息传输方法，其特征在于，所述移动手持终端对物料计量数据进行的分类归档操作信息存储在移动手持终端嵌入式数据库中，同时同步更新上位机计量数据。
4.根据权利要求2所述的信息传输方法，其特征在于，依据覆盖区内每个数据中继站分布的终端数量 ，主动漫游阈值，选择数据传输路径；根据数据传输路径，调整阵列天线方位、数量和射频发射功率；实时更新系统状态，根据终端在覆盖区的空间位置状况、障碍物分布、各数据中继站接收到的终端射频信号强度，调整参数信息，重新规划数据传输路径；各参数计算公式和含义如下：
(1)
(2)
(3)
（4）
(5)
(6)
(7)
(8)
是发射射频信号强度类型；
是数据中继站数量；
是第个数据中继站接入的授权终端数量；
是覆盖区域内的接入授权移动终端数量；
是数据中继站接收到的移动终端信号强度类型等级，，数据中继站接收信号强度低，，数据中继站接收信号强度一般，，数据中继站接收信号强度高；
是数据中继站信号强度等级下限值，若覆盖网络内存在较强信号，则主动进行切换；
是数据中继站信号强度信号上限值，高于该值时，移动终端不进行中继站漫游；
是数据中继站对移动终端进行管理的阈值；
是当前移动终端对应所有数据中继站射频信号强度最大值；
是当前移动终端对应的每个数据中继站射频信号强度；
是数据中继站接收到的移动终端射频信号强度值；
是数据中继站接收到的第个移动终端的射频信号强度值；
是数据中继站阵列天线对应第个移动终端的调整方向角，单位为弧度；
是个移动终端应分配的天线数量；
是中继站阵列天线总数量；
是移动终端距中继站的直线距离，单位为m；
是移动终端距中继站的水平直线距离，单位为m；
是无线电波传输速度，为；
是中继站无线信号到对应移动终端所用时间，单位为s；
是中继站单根天线的最大射频功率，单位是dB。
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