CN108449431A - 双主机通讯方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网设备及物联网通讯方法技术领域，具体来说是一种双主机通讯方法及系统，双主机通讯方法通过第一主机与被监控设备相连以获取信息，并由第一主机将获取的信息发送给第二主机，再由第二主机将接收到的信息传输至云服务器，第一主机和第二主机之间通过由至少两路通讯结构构成的多路收发式多天线系统实现信息传输。本发明同现有技术相比，其优点在于：将数据的发射机与接收机分开，发射机负责监控设备数据采集，接收机负责实现云端同步传输，发射机和接收机之间采用多路收发式多天线系统信号连接，极大的增强了系统的稳定性和可靠性，能够很好的解决传统方案在诸如高空、深井、大规模金属框架等恶劣环境下无法工作的问题。

Description

双主机通讯方法及系统

技术领域

本发明涉及物联网设备及物联网通讯方法技术领域，具体来说是一种双主机通讯方法及系统。

背景技术

在物联网领域，传统方案都是采用单机设计，将物联网采集设备安装在被监控设备的核心控制系统周围，而在高空、井下等区域工作的设备，由于复杂恶劣的电磁环境，往往对外通讯会收到严重干扰，不论采用哪种通讯协议都无法保证稳定性，而为了解决这一问题，现有技术都是通过采用大量的LET蜂窝基站的办法来保证通讯的有效性，成本十分昂贵且不利于环保的需求，因此，需要设计一种新的物联网设备的通讯方法及系统，解决传统方案在诸如高空、深井、大规模金属框架等恶劣环境下无法工作的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种双主机通讯方法及系统，将数据的发射与接收分开设置于两台主机上，第一主机作为发射机负责监控设备数据采集，第二主机作为接收机负责实现云端同步传输，极大的增强了系统的稳定性和可靠性。

为了实现上述目的，设计一种双主机通讯方法，所述的双主机通讯方法通过第一主机与被监控设备相连以获取信息，并由第一主机将获取的信息发送给第二主机，再由第二主机将接收到的信息传输至云服务器，所述的第一主机和第二主机之间通过由至少两路通讯结构构成的多路收发式多天线系统实现信息传输，每路所述的通讯结构设置至少两组安装于第一主机上的发射天线和一组安装于第二主机上的接收天线，在信息传输前或信息传输时，结合每组发射天线的误码率和传输速度对每组发射天线的天线总质量进行判断，并选择天线总质量最高的发射天线进行信息传输。

对所述的天线总质量进行判断的方法具体如下：对于每组发射天线，当发射天线传输的信息被接收天线接收时，所述的接收天线会发出正确传输的响应，若发射天线传输信息后接收到正确传输的响应，则认为传输成功；若发射天线传输信息后未接收到正确传输的响应，则认为传输失败，在对每组发射天线传输成功和传输失败的情况进行记录后，处理得出每组发射天线的通讯成功率Qs和通讯稳定性Qr，再结合发射天线的理论传输速度对每组发射天线的天线总质量Qa进行判断，所述的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa的计算公式如下：

通讯成功率Qs=传输成功次数/发射次数；

通讯稳定性Qr=传输失败为连续失败的次数/发送次数；

天线总质量Qa=天线的理论传输速度*Qs*(1-Qr)^3。

当活动的发射天线的通讯成功率Qs≠1，且Qr/(1-Qs)>0.5时，则判定为需要切换发射天线，此时将所有的发射天线根据天线总质量Qa进行排序，并对天线总质量Qa大于活动的发射天线的天线总质量Qa的发射天线由高到低依次进行测试并计算当前的天线总质量Qa，将找到的第一个天线总质量Qa依然大于活动天线的天线总质量Qa的发射天线设置为新的活动发射天线；若所有其他发射天线的天线总质量都低于活动的发射天线，则此次切换取消。

对于活动的发射天线，在信息传输时完整的信息被拆分成若干小数据包进行发送，以根据传输的情况得出所述的发射天线当前的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa；

对于非活动的发射天线，每间隔设定的时间，所述的未使用的发射天线会向接收天线发送若干组空数据包，并根据传输的情况得出未使用的发射天线的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa。

对于每组所述的发射天线，在正式使用前进行使用测试，记录发射天线的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa，并选择天线总质量Qa最高的发射天线作为活动的发射天线。

本发明还设计一种双主机通讯系统，所述的双主机通讯系统包括处理器、存储器、第一主机和第二主机，所述的第一主机与被监控设备相连以获取信息，所述的第一主机和第二主机之间设有至少两路通讯结构以构成多路收发式多天线系统，每路所述的通讯结构包括至少两组安装于第一主机上的发射天线和一组安装于第二主机上的接收天线。

所述的多路收发式多天线系统包括两路通讯结构，其中的一路通讯结构为高频通讯结构，另一路通讯结构为低频通讯结构。

本发明同现有技术相比，其优点在于：将数据的发射机与接收机分开，发射机负责监控设备数据采集，接收机负责实现云端同步传输，发射机和接收机之间采用多路收发式多天线系统信号连接，极大的增强了系统的稳定性和可靠性，能够很好的解决传统方案在诸如高空、深井、大规模金属框架等恶劣环境下无法工作的问题。

附图说明

图1是一实施方式中本发明双主机系统中第一主机的结构示意图。

图2是一实施方式中本发明双主机系统的天线切换电路示意图。

图中：1.第一机壳 2.指示灯连接板 3.主板 4.天线接口 5.IO接线端口板6.第二机壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置及方法的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

所述的双主机通讯系统包括处理器、存储器、第一主机和第二主机，所述的第一主机与被监控设备相连以获取信息，所述的信息包括被监控设备的工作数据以及其他需要进行采集的数据，所述的第一主机和第二主机之间设有至少两路通讯结构以构成多路收发式多天线系统，每路所述的通讯结构包括至少两组安装于第一主机上的发射天线和一组安装于第二主机上的接收天线，所述的存储器能够对每组发射天线传输成功和传输失败的情况进行记录，所述的处理器主要用于根据存储器的记录对每组发射天线进行通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa的计算、依据天线总质量Qa对发射天线进行排序并进行切换、将完整的信息拆分成若干小数据包后再进行发送，此外所述的处理器也当然地具备一般计算机处理器所应具备且能实现的其他功能。

所述的第一主机即为发射机，所述的第二主机为接收机，两者之间采用抗干扰能力极强的LORA传输协议进行数据传输， 然而为了进一步增强系统可靠性，本发明还在发射机和接收机之间创新地设计了多路收发式多天线通讯系统，本实施方式中，本发明具备两路通讯结构：即一路高频通讯（例如2400MHz）、一路低频通讯（例如433、915MHz），每一路通讯结构在发射机上安装两组发射天线，在接收机上安装一组接收天线，因此在用于发射机和接收机的通讯方面，本实施方式的发射机上具备4天线，接收机具备双天线。

参见图1，所述的第一主机包括第一机壳和第二机壳，所述的第一机壳和第二机壳相互配合后能构成一容纳空间，在所述的第二机壳上设有若干主板固定孔，用于通过螺丝对主板进行固定，所述的主板上设有电源、处理器、存储器及其连接电路，电源、处理器、存储器及其连接电路属于现有技术的内容，其结构对于本领域的技术人员而言是清楚的，本实施方式不多做赘述。所述的第二机壳上还设有用于固定IO接线端口板的安装孔及用于安装天线接口板的安装孔，所述的第二机壳上还设有与IO接线端口板和天线接口板相对应的通孔，在将天线接口板和IO接线端口板固定于第二机壳上后，所述的天线接口板上的天线接口及IO接线端口板上的IO接线端口能够露置于所述容纳空间外，以实现与天线和被监控设备的连接，所述的天线接口板和IO接线端口板通过线路与主板相连接。由于本实施方式采用了两路通讯结构，因此设有4个用于供天线接口露置于所述容纳空间外的通孔。此外，在所述的第一机壳外侧设有一向容纳空间方向内凹的缺口，所述的容纳空间内在缺口位置处固定有指示灯连接板，所述的指示灯连接板通过螺栓连接或卡接或其他公知的连接方式连接在缺口位置处，在所述的指示灯连接板上设有若干指示灯，所述的指示灯通过连接线路与主板相连，容纳于容纳空间内的指示灯的闪烁情况能够他送过缺口被外侧的人员识别，由于指示灯的隐藏式设置使得指示灯不易在使用中损坏并且也不易被工业粉尘或其他物质遮盖，且第一主机的整体结构也更为美观。

所述的第二主机的结构与第一主机相同，区别仅在于第二主机连接的接收天线的数量与第一主机所连接的发射天线的数量不同，因此设置的通孔数量有所区别。

本发明设计的双主机通讯方法是通过第一主机与被监控设备相连以获取信息，并由第一主机将获取的信息发送给第二主机，再由第二主机将接收到的信息传输至云服务器，所述的第一主机和第二主机之间通过由至少两路通讯结构构成的多路收发式多天线系统实现信息传输，每路所述的通讯结构设置至少两组安装于第一主机上的发射天线和一组安装于第二主机上的接收天线，在信息传输前或信息传输时，结合每组发射天线的误码率和传输速度对每组发射天线的天线总质量进行判断，并选择天线总质量最高的发射天线进行信息传输。

由于现有技术是直接通过一个主机向云端传输信息，因此只存在一组天线，只需要处理好收发协议即可，而本系统中则需要额外设计在多组天线中连续切换的方法，连续检测每一组天线的通讯错误率的方法，以及实现寻找最有效的通讯天线的方法，例如发射天线A误码率低但是速度慢，发射天线B误码率高但是速度快，那么实际传输效果需要靠一套方法进行判断，不能单纯只看某一个参数。

因此，本实施方式对所述的天线总质量进行判断的方法具体如下：对于每组发射天线，当发射天线传输的信息被接收天线接收时，所述的接收天线会发出正确传输的响应，若发射天线传输信息后接收到正确传输的响应，则认为传输成功；若发射天线传输信息后未接收到正确传输的响应，则认为传输失败，在对每组发射天线传输成功和传输失败的情况进行记录后，处理得出每组发射天线的通讯成功率Qs和通讯稳定性Qr，再结合发射天线的理论传输速度对每组发射天线的天线总质量Qa进行判断，所述的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa的计算公式如下：

通讯成功率Qs=传输成功次数/发射次数；

通讯稳定性Qr=传输失败为连续失败的次数/发送次数；

天线总质量Qa=天线的理论传输速度*Qs*(1-Qr)^3。

实施例如下，对于天线选择的方法，下面给出获得天线质量评级的详细描述，注意下面内容为针对一个天线的计算，实际对于每一个天线都会执行同样的操作。

1、每一次发送后得到了正确的响应，认为达成了一次成功的通讯。

2、如果发送后未能得到正确的响应，则认为此次通讯失败。

3、在连续通讯中，算法会记录两个参数：通讯成功率Qs和通讯稳定性Qr。对于连续失败的定义如下：如果用1代表成功，0代表失败，那么对于如下结果：1110111101，则出现的2次失败均为非连续失败，此时Qs=0.8，Qr=0。对于如下结果：1111001111，则出现的2次失败均为连续失败，此时Qs=0.8，Qr=0.2。对于如下结果：1100110101，出现了4次失败，其中2次为连续失败，此时Qs=0.6，Qr=0.2。

4、对于活动天线，会记录5秒、30秒、10分钟内的Qs与Qr，对于非活动天线，则只记录一次测试的Qs与Qr。

5、天线总质量Qa=该天线的理论传输速度*Qs*(1-Qr)^3。

此外，具备该设计的第一主机需要实现两套硬件通讯系统，需要实现多路天线切换电路，将大功率射频信号分配给对应的发射天线。因此，本实施方式还专门设计了相应的天线切换电路。

参见图2，本实施方式中设计两路通讯结构，每路通讯结构设有一通讯模块、一天线开关和两组发射天线。处理器的发送端和接收端分别与数据开关的接收端和发射端相连，数据开关处与两路通讯结构的通讯模块分别信号相连，处理器的一片选信号端连接至复用器，处理器的另一片选信号端连接至数据开关的输入端和两路通讯结构的通讯模块的使能端。通讯模块通过射频接口与天线开关相连，每一天线开关还分别通过两路射频信号端口与复用器相连，天线开关连接至两组发射电线以实现对发射天线的控制与切换。

对每一路通讯结构，第一主机上的两组发射天线会视现场环境安装在被监控设备的不同位置，例如对于塔机，即以180度间隔安装在驾驶室的两侧。在实际工作时，发射机会首先轮流用全部四个天线进行数据传输测试并记录错误率，随后综合错误率与传输速度选择质量最高的天线进行发送。在实际工作中，第一主机会不断更新所有天线的错误率，自动选择错误率最低的天线进行数据传输，连续自动切换。此设计可以极大提升通讯的可靠性和稳定性。

当活动的发射天线的通讯成功率Qs≠1，且Qr/(1-Qs)>0.5时，则判定为需要切换发射天线，此时将所有的发射天线根据天线总质量Qa进行排序，并对天线总质量Qa大于活动的发射天线的天线总质量Qa的发射天线由高到低依次进行测试并计算当前的天线总质量Qa，将找到的第一个天线总质量Qa依然大于活动天线的天线总质量Qa的发射天线设置为新的活动发射天线；若所有其他发射天线的天线总质量都低于活动的发射天线，则此次切换取消。

对于活动的发射天线，在信息传输时完整的信息被拆分成若干小数据包进行发送，以根据传输的情况得出所述的发射天线当前的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa。

对于非活动的发射天线，每间隔设定的时间，所述的未使用的发射天线会向接收天线发送若干组空数据包，并根据传输的情况得出未使用的发射天线的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa。

对于每组所述的发射天线，在正式使用前进行使用测试，记录发射天线的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa，并选择天线总质量Qa最高的发射天线作为活动的发射天线。

本发明的系统由两台主机组成，分为发射机和接收机，发射机安装在设备控制中心，连接被监控设备的核心控制系统，从中获取工作数据。接收机安装在易于通信的设备底部或其他位置，接收发射机发送的数据，并将其传输到云服务器。改变了现有技术设置大量的LET蜂窝基站的现状，极大地增强了系统的稳定性和可靠性，能够很好的解决传统方案在诸如高空、深井、大规模金属框架等恶劣环境下无法工作的问题。

Claims (7)

1.一种双主机通讯方法，其特征在于所述的双主机通讯方法通过第一主机与被监控设备相连以获取信息，并由第一主机将获取的信息发送给第二主机，再由第二主机将接收到的信息传输至云服务器，所述的第一主机和第二主机之间通过由至少两路通讯结构构成的多路收发式多天线系统实现信息传输，每路所述的通讯结构设置至少两组安装于第一主机上的发射天线和一组安装于第二主机上的接收天线，在信息传输前或信息传输时，结合每组发射天线的误码率和传输速度对每组发射天线的天线总质量进行判断，并选择天线总质量最高的发射天线进行信息传输。

2.如权利要求1所述的双主机通讯方法，其特征在于对所述的天线总质量进行判断的方法具体如下：对于每组发射天线，当发射天线传输的信息被接收天线接收时，所述的接收天线会发出正确传输的响应，若发射天线传输信息后接收到正确传输的响应，则认为传输成功；若发射天线传输信息后未接收到正确传输的响应，则认为传输失败，在对每组发射天线传输成功和传输失败的情况进行记录后，处理得出每组发射天线的通讯成功率Qs和通讯稳定性Qr，再结合发射天线的理论传输速度对每组发射天线的天线总质量Qa进行判断，所述的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa的计算公式如下：

通讯成功率Qs=传输成功次数/发射次数；

通讯稳定性Qr=传输失败为连续失败的次数/发送次数；

天线总质量Qa=天线的理论传输速度*Qs*(1-Qr)^3。

3.如权利要求2所述的双主机通讯方法，其特征在于当活动的发射天线的通讯成功率Qs≠1，且Qr/(1-Qs)>0.5时，则判定为需要切换发射天线，此时将所有的发射天线根据天线总质量Qa进行排序，并对天线总质量Qa大于活动的发射天线的天线总质量Qa的发射天线由高到低依次进行测试并计算当前的天线总质量Qa，将找到的第一个天线总质量Qa依然大于活动天线的天线总质量Qa的发射天线设置为新的活动发射天线；若所有其他发射天线的天线总质量都低于活动的发射天线，则此次切换取消。

4.如权利要求2或3所述的双主机通讯方法，其特征在于对于活动的发射天线，在信息传输时完整的信息被拆分成若干小数据包进行发送，以根据传输的情况得出所述的发射天线当前的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa；

对于非活动的发射天线，每间隔设定的时间，所述的未使用的发射天线会向接收天线发送若干组空数据包，并根据传输的情况得出未使用的发射天线的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa。

5.如权利要求2或3所述的双主机通讯方法，其特征在于对于每组所述的发射天线，在正式使用前进行使用测试，记录发射天线的通讯成功率Qs、通讯稳定性Qr和天线总质量Qa，并选择天线总质量Qa最高的发射天线作为活动的发射天线。

6.一种用于如权利要求1所述的双主机通讯方法的双主机通讯系统，其特征在于所述的双主机通讯系统包括处理器、存储器、第一主机和第二主机，所述的第一主机与被监控设备相连以获取信息，所述的第一主机和第二主机之间设有至少两路通讯结构以构成多路收发式多天线系统，每路所述的通讯结构包括至少两组安装于第一主机上的发射天线和一组安装于第二主机上的接收天线。

7.如权利要求6所述的双主机通讯系统，其特征在于所述的多路收发式多天线系统包括两路通讯结构，其中的一路通讯结构为高频通讯结构，另一路通讯结构为低频通讯结构。