CN107071834A - 基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法，包括以下步骤：1)、无线通信模块基于同一运营商网络分别建立一条TCP子流，将RTK信息分组通过子流进行发送，负载均衡算法会综合考虑各条路径的网络时延和网络带宽，动态调整各个路径的负载；2)、当单个运营商的信号质量不能满足要求时，无线通信模块启用跨运营商的多路径传输，负载均衡算法也会综合考虑各条路径上的网络时延，选择一组信号最好的网络，分别建立一条TCP子流连接；3)、服务器会定时检查各路径的网络时延，并在时延最小的路径上定时发送心跳包，心跳包携带一个由服务器管理的唯一序列号，无线通信模块通过各条路径发送数据时会携带这个序列号。

Description

基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其是一种基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法。

背景技术

实时动态测量(RTK)Real Time Kinematic定位技术是基于载波相位观测值的实时动态GNSS(Global Navigation Satellite System即全球导航卫星系统)定位技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到1-2厘米的精度。RTK定位时，要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给移动站接收机。实时可靠的数据传输技术是GNSS RTK系统的关键技术。随着我国土地集约化经营的需求，基于RTK技术的智能农机的精准定位的需求越来越强烈。

传统的GNSS RTK数据链包括一块嵌入式安装在基准站内的小功率无线数据发射板，一台内置高能电池的便携式大功率无线数据中继电台和若干嵌入式安装在移动站内的无线数据接收板组成。RTK作业时，基准站通过嵌入式安装在基准站内部的小功率发射板，采用无线链接的方式，将数据传输给大功率无线数据中继电台，再由中继电台将数据同频或异频无线转发给移动站。

然而，这种传统的基于无线电台的RTK数据链，在功耗、便携性、抗干扰等方面存在诸多问题，极大影响RTK数据的可靠性，且非常不适应传统的大型农业作业环境。近年来，随着电信基础设施的完善和更新换代，逐步发展出基于有线宽带网、Wifi以及基于电信网络例如GPRS、3G、4G等数据链来传输RTK信息，这种方式的优点是不用架设基站、传输速率高，有效的保证了RTK数据的实时性。但在RTK作业时，比如典型的智能农机作业区域，作业位置往往距离城市较远、地广人稀的郊区，因此各项电信基础设施相对薄弱，城市中覆盖广泛的宽带网基本很难到达农田，能够利用的通讯方式往往只有各大运营商部署的2G/3G/4G网络，而且这些无线电信网络的覆盖质量也参差不齐，2G网络覆盖相对全面，但是网络带宽、网络质量较差；3G/4G网络虽然提升了带宽，但覆盖地区差异非常大；同时，各个运营商在同一地区的信号覆盖也不尽相同，同一地区可能出现某家运营商信号质量好，而另一家没有信号的情况。因此在智能农机作业环境中，要获得一个稳定可靠的RTK数据链实际上是非常不容易的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法，适合于基于移动电信网络的通讯条件下多种网络覆盖、信号质量不稳定的农机作业场合，综合利用多个运营商的不同网络，实现不同运营商信号互补，大大提高了RTK数据链的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法，实现智能农机的无线通信模块与云平台服务器之间通信，包括以下步骤：

1)、无线通信模块基于同一运营商的2G、3G、4G网络分别建立一条TCP子流连接，根据三个子流的网络时延，将RTK信息分组通过三个子流进行发送，负载均衡算法综合考虑各条路径的网络时延和网络带宽，动态调整各个路径的负载；

2)、当单个运营商的信号质量不能满足要求时，无线通信模块启用跨运营商的多路径传输，负载均衡算法综合考虑各条路径上的网络时延，选择一组信号最好的2G/3G/4G网络，分别建立一条TCP子流连接；

3)、服务器会定时检查各路径的网络时延，并在时延最小的路径上定时发送心跳包，心跳包携带一个由服务器管理的唯一序列号，无线通信模块通过各条路径发送数据时会携带这个序列号；

4)、随着农机的行进，负载均衡算法基于当前网络情况，会动态的调整和切换子流，始终保证当前使用的三个TCP子流最佳的网络时延和通讯带宽。

进一步地，步骤1)的负载均衡算法根据每条路径网络时延，来调整当前路径的发送频率；根据每条路径的网络带宽，动态调整当前路径数据包的大小。

本发明的有益效果是，

1、农机野外作业环境恶劣，无线信号不稳定，而对于高精度定位系统来说，稳定可靠的RTK数据链异常重要。传统农机定位系统中，RTK数据链的实现一般是通过现场架设通信电台的方式实现，需要在现场施工设置RTK基准站，系统架设难度大、周期长；本发明基于电信运营商网络建立数据链路，无需现场架设与设置RTK基准站，降低了定位系统现场施工难度，同时本发明设计实现的通讯方法可综合利用多个运营商的不同网络，实现不同运营商信号互补，大大提高了RTK数据链的稳定性，克服了单个运营商信号覆盖的地区差异。

2、传统TCP通讯协议用于无线通讯网络时，由于无线通讯信号不稳定、通讯时延大等固有问题，TCP的状态更新不及时，大大降低了通讯的实时性和可靠性。本发明实现的通讯方法中，通过不同路径相互监控的方法，有效提高了基于无线网络的TCP协议通讯的实时性与可靠性。

3、在农机行进过程中，无线网络信号质量是不断变化的，基于传统TCP的RTK数据通讯链路，在此过程中需要不断切换网络，数据链路需要不断的断开和重新连接，数据链的稳定性和可靠性会非常低；本发明实现的基于多路径的RTK传输方法，数据链路底层基于多条路径，在无线网络信号质量发生变化时，负载均衡算法可以平滑的将流量转移到更好的无线网络中，而路径的切换并不影响数据链路的连续性，从而大大提高RTK数据链的稳定性。

4、本发明实现的农机高精度定位系统将系统RTK服务部署在云平台上，由云平台统一协调RTK基准站和移动站的通信基于云平台可靠的多运营商互联网接入和强大的计算与存储能力，可有效提高通讯的稳定性。

具体实施方式

智能农机高精度定位系统由智能农机和位于云平台的软件系统两大部分构成，智能农机的核心部件是农机智能化监控终端，主要包括：高精度定位模块、故障诊断模块、无线通信模块、自动化操作控制模块、总线模块等部分组成。本发明实现基于多路径传输的可靠通讯方法的硬件载体就是无线通信模块。云平台是系统的数据平台，也是智能农机定位系统RTK信息的转发平台，实现多路径通讯信息的协调，RTK信息分发等功能。本发明实现的基于多路径的传输的可靠通讯方法也是云平台软件系统的一部分。

基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法，实现智能农机的无线通信模块与云平台服务器之间通信，包括以下步骤：

1)、无线通信模块基于同一运营商的2G、3G、4G网络分别建立一条TCP子流连接，根据三个子流的网络时延，会将RTK信息分组通过三个子流进行发送。

2)、当单个运营商的信号质量不能满足要求时，无线通信模块启用跨运营商的多路径传输，负载均衡算法也会综合考虑各条路径上的网络时延，选择一组信号最好的2G/3G/4G网络，分别建立一条TCP子流连接；负载均衡算法会根据每条路径网络时延，来调整当前路径的发送频率；根据每条路径的网络带宽，动态调整当前路径数据包的大小。从而将RTK信息及时快速的发送到移动端。

3)、服务器会定时检查各路径的网络时延，并在时延最小的路径上定时发送心跳包，心跳包携带一个由服务器管理的唯一序列号，无线通信模块通过各条路径发送数据时会携带这个序列号。

4)、路径的动态调整与切换。在定位系统工作过程中，随着农机的行进，当前移动网络的信号情况可能会发生变化。负载均衡算法基于当前网络情况，会动态的调整和切换子流，始终保证当前使用的三个TCP子流最佳的网络时延和通讯带宽。

上述虽然本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法，实现智能农机的无线通信模块与云平台服务器之间通信，其特征在于，包括以下步骤：

1)、无线通信模块基于同一运营商的2G、3G、4G网络分别建立一条TCP子流连接，根据三个子流的网络时延，将RTK信息分组通过三个子流进行发送，负载均衡算法综合考虑各条路径的网络时延和网络带宽，动态调整各个路径的负载；

2)、当单个运营商的信号质量不能满足要求时，无线通信模块启用跨运营商的多路径传输，负载均衡算法综合考虑各条路径上的网络时延，选择一组信号最好的2G/3G/4G网络，分别建立一条TCP子流连接；

3)、服务器会定时检查各路径的网络时延，并在时延最小的路径上定时发送心跳包，心跳包携带一个由服务器管理的唯一序列号，无线通信模块通过各条路径发送数据时会携带这个序列号；

4)、随着农机的行进，负载均衡算法基于当前网络情况，会动态的调整和切换子流，始终保证当前使用的三个TCP子流最佳的网络时延和通讯带宽。

2.如权利要求1所述的基于多路径可靠传输的农机高精度定位通讯方法，其特征在于，步骤1)的负载均衡算法根据每条路径网络时延，来调整当前路径的发送频率；根据每条路径的网络带宽，动态调整当前路径数据包的大小。