CN107567065B - 基于无线自组织网络的数据透明传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无线自组织网络的数据透明传输方法，包括：提供一无线自组织网络以连接主机和终端设备；为每个终端设备分配一独有的地址域，并且建立一终端数据库，终端数据库中记录有已被分配地址域的终端设备信息和与其对应的地址域；接收来自主机发送的数据帧，该数据帧中包括数据域和地址域，从数据帧中提取出地址域，根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送至目标终端设备。本发明提出的数据传输方法无需关心无线路由算法、无线地址等，使得无线可以完全替换原有的有线或其他通讯方式；数据传输采用单播的方式，无线信道利用率更高，数据传输中的碰撞率更低，同时透明传输使无线的应用范围更广。

Description

基于无线自组织网络的数据透明传输方法和系统

技术领域

本发明涉及数据通信领域，具体而言涉及一种基于无线自组织网络的数据透明传输方法和系统。

背景技术

数据传输是各数据采集系统中的至关重要的一环，其主要分为有线传输方式和无线传输方式。

有线传输方式通常耗资巨大、建设周期长、不便实现在可移动终端的应用，尤为体现在改造型项目，甚至需要带电作业的场合。

随着数据采集技术水平的不断提升以及应用环境的扩大，数据传输的方式也逐渐由有线向无线方式发展，相对于有线传输方式，无线传输方式具有综合成本低、组网灵活、易于扩展等优势，并能突破在复杂地理环境下的应用限制。

为了能更快速的替换有线方案，大部分设备厂家大多采用无线设备(模块)进行数据转发。无线设备(模块)厂家较多，但没有一个统一规约协议，各自都是私有协议。由于无线自组网无通用协议，各家协议基本不同，用户端在采用无线方案时需要对现有应用进行修改以配合不同的无线，无法用现有无线完全替换原有线等缺点。

在应用方面，用户采用无线传输数据，原本只想完全替换原有的有线而不改变原实际应用层，但实际使用时由于各厂家协议不同，需要针对不同的厂家修改应用层(采用无线时将用户数据作为无线协议的数据域)，并且应用层需要管理无线设备(模块)地址，使用非常不方便。

另外，现在基本所有的透明传输实际使用广播方式进行数据转发，广播式透明传输存在资源浪费，随着节点增加冲突概率大，丢帧率高等问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于无线自组织网络的数据透明传输方法，通过将终端设备地址与自组网路由表相结合，应用层无需关心无线路由算法、无线地址等，从而使得无线可以完全替换原有的有线或其他通讯方式，无需对原本应用做任何修改；另外，数据传输采用单播的方式，相比较现有的洪泛透明传输方式，单播的方式无线信道利用率更高，数据传输中的碰撞率更低，同时透明传输使无线的应用范围更广。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提及一种基于无线自组织网络的数据透明传输方法，适用于主机与终端设备之间的数据交互，该方法包括：

提供一无线自组织网络以连接主机和终端设备；

为每个终端设备分配一独有的地址域，并且建立一终端数据库，终端数据库中记录有已被分配地址域的终端设备信息和与其对应的地址域；

接收来自主机发送的数据帧，该数据帧中包括数据域和地址域，从数据帧中提取出地址域，根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送至目标终端设备。

本发明还提及了一种采用前述方法的基于无线自组织网络的数据透明传输系统，该传输系统包括：

连接主机与终端设备的无线自组织网络，该无线自组织网络包括一无线主节点和若干个无线从节点；

所述无线主节点包括用以存储终端数据库的存储单元、用以建立和主机之间的通信链路通信接口和微处理器；

所述微处理器中安装有：

用于为每个终端设备分配一独有的地址域，并且建立一终端数据库的模块；

用于接收来自主机发送的数据帧，从数据帧中提取出地址域，根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送至目标终端设备的模块。

由以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

1)通过将终端设备地址与自组网路由表相结合，应用层无需关心无线路由算法、无线地址等，从而使得无线可以完全替换原有的有线或其他通讯方式，无需对原本应用做任何修改。

2)数据传输采用单播的方式，相比较现有的洪泛透明传输方式，单播的方式无线信道利用率更高，数据传输中的碰撞率更低，同时透明传输使无线的应用范围更广。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的基于无线自组织网络的数据透明传输方法的流程图。

图2是本发明的基于无线自组织网络的数据透明传输系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1、图2，本发明提及一种基于无线自组织网络的数据透明传输方法，适用于主机与终端设备之间的数据交互，此处的主机包括通讯管理机、集中器、PC等，终端设备包括电表、水表等。

该方法包括：

步骤1、提供一无线自组织网络以连接主机和终端设备。

此处的无线自组织网络可以根据使用场合不同选择采用不同的组网方式，不受限于主机、终端设备的性质。

下面介绍其中一种无线自组织网络例子，后续的方法阐述也以该无线自组织网络例子为基础进行。

无线自组织网络包括一无线主节点和若干个无线从节点。

无线主节点与主机连接，与至少一个无线从节点连接。

每个无线从节点具有至少两个连接端口，其中一个连接端口以与无线主节点、无线从节点中的任意一种连接，另一个连接端口与终端设备连接。

每个终端设备与其中一个无线从节点连接。

在这样的网络结构基础上，每个终端设备均与一个无线从节点连接，与终端设备连接的无线从节点或直接连接至无线主节点、或通过若干个无线从节点连接到无线主节点，无线主节点再连接至主机，从而实现主机和每个终端设备之间均具有一条或者多条通信链路的目的。

步骤2、为每个终端设备分配一独有的地址域，并且建立一终端数据库，终端数据库中记录有已被分配地址域的终端设备信息和与其对应的地址域。

优选的，这一步骤可以通过无线主节点来完成。

无线主节点包括存储单元、通信接口和微处理器。

通信接口用以建立无线主节点与主机的通信链路，终端数据库存放在存储单元中。而微处理器则具有多个功能模块，其中一个功能模块就是用于给每个终端设备分配地址域的模块。

此处的地址域是指应用层通讯协议中终端设备的地址位置，没有长度限制，适用于各种应用协议，适用范围非常广。

例如，当应用层采用MODBUS-RTU通讯协议时，终端设备的地址域为byte1(在通讯协议中的第1字节位置)；当应用层采用DLT-645通讯协议时，终端设备的地址域为byte2～byte7(在通讯协议中的第2字节到第7字节位置)，适用于任何以地址方式对应每个终端设备的应用协议。

步骤3、接收来自主机发送的数据帧，该数据帧中包括数据域和地址域，从数据帧中提取出地址域，根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送至终端设备。

通常，数据传输具有目标终端设备，前述地址域除了让数据传输具有了明确的目标地址，还作为目标终端设备的身份标识之一存在。

主机发送的数据帧中包括数据域和地址域，数据域是主机想要让目标终端设备接收的数据，从主机发送的数据帧中提取出地址域，就获得了本次数据信息想要发送的目标地址，根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送至目标地址，数据帧被目标终端设备接收。

这里采用单播的方式传输数据最佳，一方面不浪费信道资源，另一方面数据传输的完整性得到了保证。

步骤4、目标终端设备接收数据帧后，调用终端设备中预设的程序，将数据帧中的数据域分离出来，解析数据域，生成回复报文，再将回复报文通过无线自组织网络以传输至主机。

优选的，回复报文中包括无线主节点的地址和回复数据域，此处的回复数据域是指终端设备反馈的数据。

回复报文传输至无线主节点后，无线主节点将回复报文中的回复数据域分离出来，并将分离出来的回复数据域发送至主机。

本发明还提及一种根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送给目标终端设备的方法，包括：

步骤a、建立一路由数据库，路由数据库中记录有从主机到各终端设备的路由。

优选的，路由数据库中记录的是从无线主节点到各终端设备的路由，每条路由均对应于一个终端设备的地址域。

步骤b、根据目标终端设备的地址域查询路由数据库以确认是否存在到达目标终端设备的路由：

1)如果路由存在，将前述数据帧以单播方式发送至终端设备。

2)如果路由不存在，则添加一请求指定地址域终端设备回复指令至前述数据帧中，启用路由算法广播发送该数据帧，直至接收来自其中一个终端设备的回复信息。

此处对路由算法不做限制，只要能够支持路由查找功能即可。

回复信息给无线主节点的终端设备即为目标终端设备，将该路由算法记录的该回复信息的路由添加至路由数据库中，与指定地址域的终端设备对应，以便于下次再使用。

如果该方法是应用于数据采集通信领域，例如主机发送一采集控制命令至终端设备，终端设备接收该采集控制命令，并反馈一采集结果回主机时，由于其本身就需要指定的终端设备回复数据，则无需再另外添加请求指定地址域终端设备回复指令进前述数据帧，直接发送原数据帧即可。

另外，如果主机发送的数据帧较大，且当路由不存在时，如果采用上述方法则占用资源太多，可以采用另一种传输方法，先启用路由广播发送一只包含有指定地址域和请求指定地址域终端设备回复指令的数据报文，通过该过程找到目标终端设备，并建立该目标终端设备的新路由，再根据建立的新路由发送前述数据帧。

采用这种方式的优点是用于查找路由的数据报文包含的数据量较小，传输快速，不会长时间占用所有信道资源。

而如果路由不存在，经过长时间的查找后仍未接收到任何一个终端设备的回复信息，说明此时终端设备或者通向该终端设备的所有通信链路有可能出现故障，为了避免长时间占用信道资源，停止广播发送数据帧，并生成一警示信息并反馈至主机，提醒工作人员注意排除故障。

为了实现尽可能快速的数据传输，本发明还设置如下，当无线自组织网络的结构发生改变时，启用路由算法以重新建立路由，并将新建立的路由存储至路由数据库中，

优选的，这一过程在系统空闲时进行，如此，当主机有数据发送给终端设备时，新的路由已经建立，避免前述数据发送时才重新查找，占用了部分工作时间的缺点。

本发明还提及了一种采用前述方法的基于无线自组织网络的数据透明传输系统，该传输系统包括：

连接主机与终端设备的无线自组织网络，该无线自组织网络包括一无线主节点和若干个无线从节点。

所述无线主节点包括用以存储终端数据库的存储单元、用以建立和主机之间的通信链路通信接口和微处理器。

所述微处理器中安装有：

用于为每个终端设备分配一独有的地址域，并且建立一终端数据库的模块。

用于接收来自主机发送的数据帧，从数据帧中提取出地址域，根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送至目标终端设备的模块。

从而，本发明提及一种基于无线自组织网络的数据透明传输方法，通过将终端设备地址与自组网路由表相结合，应用层无需关心无线路由算法、无线地址等，从而使得无线可以完全替换原有的有线或其他通讯方式，无需对原本应用做任何修改；另外，数据传输采用单播的方式，相比较现有的洪泛透明传输方式，单播的方式无线信道利用率更高，数据传输中的碰撞率更低，同时透明传输使无线的应用范围更广。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种基于无线自组织网络的数据透明传输方法，适用于主机与终端设备之间的数据交互，其特征在于，在具有不同协议的主机与终端设备之间的传输方式需要从有线传输向无线传输转换的场景下，该方法包括：

提供一无线自组织网络以连接主机和终端设备；

为每个终端设备分配一独有的地址域，并且建立一终端数据库，终端数据库中记录有已被分配地址域的终端设备信息和与其对应的地址域；

接收来自主机发送的数据帧，该数据帧中包括数据域和地址域，从数据帧中提取出地址域，根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送至目标终端设备；

所述无线自组织网络包括一无线主节点和若干个无线从节点；

所述无线主节点与主机连接，与至少一个无线从节点连接；

每个所述无线从节点具有至少两个连接端口，其中一个连接端口以与无线主节点、无线从节点中的任意一种连接，另一个连接端口与终端设备连接；

每个所述终端设备与其中一个无线从节点连接；

通过无线主节点以分配地址域；

所述无线主节点具有一存储单元，终端数据库存储在该存储单元中；

前述方法还包括：

建立一路由数据库，路由数据库中记录有从主机到各终端设备的路由；

根据目标终端设备的地址域查询路由数据库以确认是否存在到达目标终端设备的路由：

1)如果路由存在，将前述数据帧以单播方式发送至终端设备；

2)如果路由不存在，添加一请求指定地址域终端设备回复指令至前述数据帧中，启用路由算法广播发送该数据帧，直至接收来自其中一个终端设备的回复信息。

2.根据权利要求1所述的基于无线自组织网络的数据透明传输方法，其特征在于，前述方法还包括：

将路由算法记录的该回复信息的路由添加至路由数据库中，与指定地址域的终端设备对应。

3.根据权利要求1所述的基于无线自组织网络的数据透明传输方法，其特征在于，前述方法还包括：

如果路由不存在，响应于设定时间后仍未接收到任何一个终端设备的回复信息，生成一警示信息并反馈至主机。

4.根据权利要求1所述的基于无线自组织网络的数据透明传输方法，其特征在于，前述方法还包括：

响应于无线自组织网络结构改变，启用路由算法以重新建立路由，并将新建立的路由存储至路由数据库。

5.根据权利要求1所述的基于无线自组织网络的数据透明传输方法，其特征在于，前述方法还包括：

调用终端设备中预设的程序，将数据帧中的数据域分离出来，解析数据域，生成回复报文，并将回复报文通过无线自组织网络以传输至主机。

6.一种采用权利要求1中所述方法的基于无线自组织网络的数据透明传输系统，其特征在于，该传输系统包括：

连接主机与终端设备的无线自组织网络，该无线自组织网络包括一无线主节点和若干个无线从节点；

所述无线主节点包括用以存储终端数据库的存储单元、用以建立和主机之间的通信链路通信接口和微处理器；

所述微处理器中安装有：

用于为每个终端设备分配一独有的地址域，并且建立一终端数据库的模块；

用于接收来自主机发送的数据帧，从数据帧中提取出地址域，根据提取的地址域将数据帧通过无线自组织网络发送至目标终端设备的模块。

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