CN109831436A - 海底观测网传感器接入装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底观测网传感器接入装置及方法,所述接入装置用于将传感器与岸基控制中心相连接,所述接入装置包括:存储器,用于存储所述传感器的配置信息;控制器,用于将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,接收所述岸基控制中心根据所述配置信息为所述传感器分配的IP地址;协议转换器,通过所述IP地址执行所述传感器与所述岸基控制中心之间的通信。本发明提出的海底观测网传感器接入装置,基于IP地址自动分配和传感器多协议转换,无需搭建海底观测平台(SIIM),即可实现传感器的即插即用,提高了传感器接入效率和稳定性的同时降低了海底观测网建设和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及深海观测网技术领域,尤其涉及一种海底观测网传感器接入装置及方法。
背景技术
海底观测网是人类建立的第三种地球科学观测平台,通过它人类可以深入到海洋内部观测和认识海洋。海底观测网的主要原理是通过海缆、海底节点连接岸基的供电、通信等设备和海洋观测传感器,突破传统海洋观测传感器受能源、存储的局限,实现观测传感器的长期、连续、实时信息感知,然而由于传感器的生产厂家众多,各类传感器在通信协议接口、供电需求等方面均存在差异。因此,如何将这些不同类型的传感器准确、灵活、高效接入海底观测网,是目前海底观测网建设中亟须解决的一个技术难题。
目前海底观测网传感器主要是通过海底观测平台(SIIM)实现集成接入,通过观测平台为所有传感器提供电能供给与信息交互,但该方式存在如下不足:(1)IP地址配置固定:需要对每个传感器逐一进行IP配置,无法做到即插即用,这种“手动固定配置”方式不仅过程繁琐、耗时,而且易出错,对海底观测网系统的灵活扩展和运维管理带来极大的不便;(2)代价高昂:由于海底观测平台系统复杂、成本高,特别是对于一些低值传感器采用海底观测平台接入费效比低,不利于大规模传感器接入。
发明内容
本发明提供一种海底观测网传感器接入装置及方法。
第一方面,本发明提供了一种海底观测网传感器接入装置,用于将传感器与岸基控制中心相连接。
具体的,所述接入装置,包括:
存储器,用于存储所述传感器的配置信息;
控制器,用于将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,接收所述岸基控制中心根据所述配置信息为所述传感器分配的IP地址;
协议转换器,通过所述IP地址执行所述传感器与所述岸基控制中心之间的通信。
可选地,所述控制器响应于所述岸基控制中心发送的查询消息,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心;并且/或者
所述IP地址是所述岸基控制中心通过UDP广播发送到所述接入装置的。
可选地,所述配置信息包括以下一项或多项:
(1)id:传感器编号;
(2)manufacturerId:生产厂商编号;
(3)manufacturerName:生产厂商名称;
(4)protocolType:协议类型;
(5)deviceVoltage:传感器供电电压;
(6)deviceType:传感器类型;
(7)deviceModel:传感器型号。
可选地,所述控制器广播所述IP地址,并根据连接到所述岸基控制中心的其他接入装置的响应消息确认所述IP地址是否被占用,并且/或者所述控制器根据所述岸基控制中心的IP地址记录确认所述IP地址是否被占用;
在所述IP地址被占用的情况下,所述控制器请求所述岸基控制中心重新分配IP地址。
可选地,所述协议转换器根据所述存储器中存储的配置信息将工作模式设定为数字信号传输模式或模拟信号采集模式;并且/或者
所述协议转换器通过与所述岸基控制中心的通信以设定所述协议转换器的工作参数;并且/或者
所述协议转换器包括模数转换器,用于将所述传感器采集到的模拟信号转换为数字信号;并且/或者
所述协议转换器执行所述传感器与所述接入装置之间的第一通信协议与所述接入装置与所述岸基控制中心之间的第二通信协议之间的转换;并且/或者
所述接入装置通过接驳盒与所述岸基控制中心通信;并且/或者
所述控制器与所述岸基控制中心通信以更新所述存储器中的配置信息。
可选地,所述接入装置,还包括:
信息传输器,所述控制器经由所述信息传输器与所述岸基控制中心通信;和/或
电源转换器,把从外部输入所述接入装置的电压转换为用于对所述传感器和所述接入装置供电的供电电压,所述电源转换器根据所述配置信息确定所述传感器供电电压的幅值。
第二方面,本发明提供了一种用于海底观测网传感器接入装置的方法,所述接入装置用于将传感器与岸基控制中心相连接,所述方法,包括:
存储所述传感器的配置信息;
将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,接收所述岸基控制中心根据所述配置信息为所述传感器分配的IP地址;
通过所述IP地址执行所述传感器与所述岸基控制中心之间的通信。
可选地,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,包括:响应于所述岸基控制中心发送的查询消息,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心;并且/或者
所述IP地址是所述岸基控制中心通过UDP广播发送到所述接入装置的;并且/或者
岸基控制中心确认网络连接正常且分配给所述传感器的IP地址可用后,所述IP地址和分配给所述传感器的DNS地址被记录至所述岸基控制中心的地址维护列表,以允许连接到所述岸基控制中心的其他系统根据所述DNS地址访问所述传感器。
可选地,所述方法,还包括:
广播所述IP地址,并根据连接到所述岸基控制中心的其他接入装置的响应消息确认所述IP地址是否被占用,并且/或者根据所述岸基控制中心的IP地址记录确认所述IP地址是否被占用;
在所述IP地址被占用的情况下,请求所述岸基控制中心重新分配IP地址。
可选地,所述方法,还包括:
根据所述配置信息将工作模式设定为数字信号传输模式或模拟信号采集模式;并且/或者
通过与所述岸基控制中心的通信以设定所述接入装置的协议转换器的工作参数;并且/或者
执行所述传感器与所述接入装置之间的第一通信协议与所述接入装置与所述岸基控制中心之间的第二通信协议之间的转换;并且/或者
通过接驳盒与所述岸基控制中心通信;并且/或者
与所述岸基控制中心通信以更新所述存储器中的配置信息。
本发明通过海底观测网传感器接入装置中的存储器用于存储新接入传感器的配置信息,再通过接入装置中的控制器用于将所述新接入传感器的配置信息发送到岸基控制中心,同时接收岸基控制中心根据新接入传感器的配置信息为新接入传感器分配的IP地址,最后通过IP地址利用接入装置中的协议转换器执行新接入传感器与岸基控制中心之间的通信。本发明提出的海底观测网传感器接入装置,基于IP地址自动分配和传感器多协议转换,无需搭建海底观测平台(SIIM),即可实现传感器的即插即用,提高了传感器接入效率和稳定性的同时降低了海底观测网建设和维护成本。
附图说明
图1示出根据本公开一实施方式的海底观测网传感器连接关系图;
图2示出根据本公开一实施方式的海底观测网传感器接入装置的示意图;
图3示出根据本公开一实施方式的海底观测网传感器接入方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
图1示出根据本公开一实施方式的海底观测网传感器连接关系图,如图1所示,传感器通过水下接入装置和岸基控制中心两部分完成接入,其中,传感器连接接入装置,接入装置连接海底接驳盒,接入装置通过海底接驳盒与岸基控制中心建立通信,在本实施例中,接入装置通过海底接驳盒与岸基控制中心可以建立以太网通信,最终实现传感器自动配置后准确快速接入。其中,海底接驳盒的作用是提供网络数据的透明传输和水下仪器的电能供给,接入装置接口与现有海底接驳盒接口适配。
根据本发明的一方面,提供一种海底观测网传感器接入装置,用于将传感器与岸基控制中心相连接,图2示出根据本公开一实施方式的海底观测网传感器接入装置的示意图,如图2所示,所述接入装置包括:
存储器1,用于存储所述传感器的配置信息;
控制器2,用于将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,接收所述岸基控制中心根据所述配置信息为所述传感器分配的IP地址;
协议转换器3,通过所述IP地址执行所述传感器与所述岸基控制中心之间的通信。
在本实施例中,为了可以深入到海洋内部观测和认识海洋,可以在海底观测网接入装置上连接更多新的传感器,全方位的感知海洋内部环境。其中,存储器1用于存储传感器的配置信息,存储器1的一种实现方式为可读写FLASH闪存,其中传感器的配置信息可以包括传感器编号、生产厂商编号、生产厂商名称、协议类型、传感器供电电压、传感器类型及传感器型号中的至少一种。
控制器2的其中一种实现方式为通过ARM CPU,实现将新接入传感器的配置信息发送到岸基控制中心,同时接收岸基控制中心根据新接入传感器的配置信息为传感器分配的IP地址。
在一实施例中,控制器2可以用于读取并解析存储器1中存储的传感器的配置信息。岸基控制中心在确认海底观测网络链路工作正常之后,可以发送周期性UDP广播查询海底观测网是否有新接入的传感器。当监测到海底观测网中存在新接入的传感器后,控制器2中可以读取并解析存储器1中存储的新接入传感器的配置信息,并将新接入传感器的配置信息反馈给岸基控制中心。岸基控制中心在接收到新接入传感器的配置信息之后,可以根据配置信息为新接入传感器分配新的IP地址,并将新接入传感器的IP地址及相关配置信息发送给接入装置。
在一实施例中,岸基控制中心在接收到新接入传感器的配置信息之后,根据配置信息生成与IP地址一一对应的DNS地址,用于标识新接入的传感器。通过新接入的传感器的DNS地址,岸基其他系统可以快速访问新接入的传感器。
在一实施例中,控制器2可以用于配置协议转换器3的IP地址。协议转换器3接收到新接入传感器的IP地址及相关配置信息之后,读取存储在存储器1中新接入传感器的配置信息,例如协议信息,从而执行新接入传感器与岸基控制中心之间的通信。
本发明通过海底观测网传感器接入装置中的存储器1用于存储新接入传感器的配置信息,再通过接入装置中的控制器2用于将所述新接入传感器的配置信息发送到岸基控制中心,同时接收岸基控制中心根据新接入传感器的配置信息为新接入传感器分配的IP地址,最后通过IP地址利用接入装置中的协议转换器3执行新接入传感器与岸基控制中心之间的通信。本发明提出的海底观测网传感器接入装置,基于IP地址自动分配和传感器多协议转换,无需搭建海底观测平台(SIIM),即可实现传感器的即插即用,提高了传感器接入效率和稳定性的同时降低了海底观测网建设和维护成本。
在本发明一实施方式中,所述控制器2响应于所述岸基控制中心发送的查询消息,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心;并且/或者所述IP地址是所述岸基控制中心通过UDP广播发送到所述接入装置的。
在本实施例中,岸基控制中心可以发送周期性UDP广播查询海底观测网是否有新接入的传感器,当监测到海底观测网中存在新接入的传感器后,控制器2可以响应于岸基控制中心发送的查询信息,控制器2可以读取并解析存储器1中存储的新接入传感器的配置信息,例如JSON配置文件,并将新接入传感器的配置信息发送给岸基控制中心。岸基控制中心根据新接入传感器的配置信息为新接入传感器分配好IP地址之后,通过UDP广播将新接入传感器的IP地址发送到接入装置。
在本发明一实施方式中,所述传感器配置信息包括以下一项或多项:(1)id:传感器编号;(2)manufacturerId:生产厂商编号;(3)manufacturerName:生产厂商名称;(4)protocolType:协议类型;(5)deviceVoltage:传感器供电电压;(6)deviceType:传感器类型;(7)deviceModel:传感器型号。
在本实施例中,协议类型可以包括数字信号协议转换类型,例如,RS232,RS485或网络等。在一实施例中,传感器配置信息可以为JSON格式配置文件,例如:传感器JSON格式配置文件内容的其中一种实现方式为:
{"id":"111104","manufacturerId":"Nortek","manufacturerName":"Nortek","protocolType":"RS232","deviceVoltage":"15","deviceType":"ADCP","deviceModel":"AQD2978"}
在本发明一实施方式中,所述控制器2广播所述IP地址,并根据连接到所述岸基控制中心的其他接入装置的响应消息确认所述IP地址是否被占用,并且/或者所述控制器2根据所述岸基控制中心的IP地址记录确认所述IP地址是否被占用;在所述IP地址被占用的情况下,所述控制器2请求所述岸基控制中心重新分配IP地址。
在一实施例中,控制器2可以用于广播新接入传感器的IP地址,并根据连接到岸基控制中心的其他接入装置的响应消息确认新接入传感器IP地址是否被占用。如果没有收到其他接入装置的响应消息,则认为该IP地址没有被占用,进而新接入传感器可以使用该IP地址;如果收到了其他接入装置的响应消息,则认为该IP地址已经被其他接入装置上的传感器所占用。在另一实施例中,传感器不是通过接入装置与岸基控制中心相连接时,例如,传感器通过传统的连接方式直接与岸基控制中心相连接,控制器2可以根据岸基控制中心的IP地址记录确认所述IP地址是否被占用。在IP地址被占用的情况下,控制器2可以将新接入传感器地址冲突的信息反馈给岸基控制中心,请求岸基控制中心重新为新接入传感器分配新的IP地址,岸基控制中心接收到反馈信息后为新接入传感器重新分配新的IP地址,再将重新分配的IP地址发送给控制器2,控制器2重新检测新分配的IP地址是否被占用,直到控制器2检测出新的IP地址未被占用,控制器2则发送IP地址确认使用的反馈消息到岸基控制中心。
在本发明一实施方式中,所述协议转换器3根据所述存储器1中存储的配置信息将工作模式设定为数字信号传输模式或模拟信号采集模式;并且/或者所述协议转换器3通过与所述岸基控制中心的通信以设定所述协议转换器3的工作参数;并且/或者所述协议转换器3包括模数转换器,用于将所述传感器采集到的模拟信号转换为数字信号;并且/或者所述协议转换器3执行所述传感器与所述接入装置之间的第一通信协议与所述接入装置与所述岸基控制中心之间的第二通信协议之间的转换;并且/或者所述接入装置通过接驳盒与所述岸基控制中心通信;并且/或者所述控制器与所述岸基控制中心通信以更新所述存储器1中的配置信息。
在本实施例中,协议转换器3在接收到新接入传感器的IP地址后,可以读取新接入传感器存储在存储器1上的配置信息,并根据配置信息中的协议类型信息,将工作模式设定为数字信号传输模式或模拟信号采集模式。在传感器成功接入观测网后,协议转换器3通过与岸基控制中心的通信以设定协议转换器3的详细工作参数。协议转换器3可以包括模数转换器,用于将新接入传感器采集到的模拟信号转换为数字信号。由于生产传感器的生产商家众多,多类传感器在通信协议方面均存在差异,设定传感器与接入装置之间的通信协议为第一通信协议,设定接入装置与岸基控制中心之间的通信协议为第二通信协议,其中,第一通信协议与第二通信协议可以相同,也可以不相同,当第一通信协议与第二通信协议不相同时,可以通过协议转换器3执行第一通信协议与第二通信协议之间的转换。连接新接入传感器的接入装置可以通过接驳盒与岸基控制中心通信。当新接入传感器存储在存储器1中的配置信息发生变化时,可以通过控制器与岸基控制中心通信以更新存储器1中的配置信息。
在本发明一实施方式中,如图2所示,接入装置还包括:信息传输器4,所述控制器2经由所述信息传输器4与所述岸基控制中心通信;和/或电源转换器5,把从外部输入所述接入装置的电压转换为用于对所述传感器和所述接入装置供电的供电电压,所述电源转换器5根据所述配置信息确定所述传感器供电电压的幅值。
在本实施例中,控制器2经由信息传输器4与岸基控制中心通信,信息传输器4通过ARM CPU实现网络协议栈,收发以太网包,信息传输器4的接口可以为RJ45接口。当岸基控制中心通过发送周期性UDP广播查询海底观测网是否有新接入的传感器时,接入装置的信息传输器4收到UDP广播后,通知控制器2读取并解析存储器1中存储的新接入传感器的配置信息,控制器2将解析后的配置信息返回给信息传输器4,信息传输器4将解析后的配置信息发送给岸基控制中心;当控制器2检测到为新接入传感器分配的IP地址已经被占用时,通知信息传输器4发送接入装置IP地址配置冲突的反馈消息到岸基控制中心,请求岸基控制中心为新接入传感器重新分配IP地址;当岸基控制中心为新接入传感器成功分配IP地址之后,通过UDP广播下发新接入传感器的IP地址及配置信息至接入装置,接入装置中的信息传输器4在收到UDP配置广播后,通知控制器2进行IP地址配置。
接驳盒提供的电压一般为380V或48V,而接入装置及传感器的供电电压一般为24V、12V或5V,需要通过电源转换器5,把从外部输入接入装置的电压转换为用于对传感器和接入装置供电的供电电压,电源转换器5根据传感器存储在储存器1中的配置信息(传感器供电电压)确定传感器供电电压的幅值。电源转换器5的一种实现方式为可编程DC-DC,CPU根据配置文件信息配置DC-DC芯片。
根据本发明的另一方面,还提供了一种用于海底观测网传感器接入装置的方法,所述接入装置用于将传感器与岸基控制中心相连接,图3示出根据本公开一实施方式的海底观测网传感器接入方法的流程图,如图3所示,所述方法包括以下步骤S101-S103:
在步骤S101中,存储所述传感器的配置信息;
在步骤S102中,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,接收所述岸基控制中心根据所述配置信息为所述传感器分配的IP地址;
在步骤S103中,通过所述IP地址执行所述传感器与所述岸基控制中心之间的通信。
在本实施例中,步骤S101,即存储所述传感器的配置信息,可以由图2中的存储器1执行完成。步骤S102,即将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,接收所述岸基控制中心根据所述配置信息为所述传感器分配的IP地址,可以由图2中的控制器2执行完成。步骤S103,即通过所述IP地址执行所述传感器与所述岸基控制中心之间的通信,可以由图2中的协议转换器3执行完成。
在本发明一实施方式中,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,包括:响应于所述岸基控制中心发送的查询消息,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心;并且/或者
所述IP地址是所述岸基控制中心通过UDP广播发送到所述接入装置的;并且/或者
岸基控制中心确认网络连接正常且分配给所述传感器的IP地址可用后,所述IP地址和分配给所述传感器的DNS地址被记录至所述岸基控制中心的地址维护列表,以允许连接到所述岸基控制中心的其他系统根据所述DNS地址访问所述传感器。
在本实施例中,响应于所述岸基控制中心发送的查询消息,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心的步骤,可以由图2中的控制器2来执行完成。
在本发明一实施方式中,所述方法还包括:
广播所述IP地址,并根据连接到所述岸基控制中心的其他接入装置的响应消息确认所述IP地址是否被占用,并且/或者根据所述岸基控制中心的IP地址记录确认所述IP地址是否被占用;
在所述IP地址被占用的情况下,请求所述岸基控制中心重新分配IP地址。
在本实施例中,上述两个步骤可以由图2中的控制器2来执行完成。
在本发明一实施方式中,所述方法还包括:
根据所述配置信息将工作模式设定为数字信号传输模式或模拟信号采集模式;并且/或者
通过与所述岸基控制中心的通信以设定所述接入装置的协议转换器的工作参数;并且/或者
执行所述传感器与所述接入装置之间的第一通信协议与所述接入装置与所述岸基控制中心之间的第二通信协议之间的转换。
在本实施例中,上述三个步骤可以由图2中的协议转换器3来执行完成。
在本发明一实施方式中,所述方法还包括:所述接入装置通过接驳盒与所述岸基控制中心通信;并且/或者所述接入装置与所述岸基控制中心通信以更新所述存储器中的配置信息。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种海底观测网传感器接入装置,用于将传感器与岸基控制中心相连接,所述接入装置包括:
存储器,用于存储所述传感器的配置信息;
控制器,用于将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,接收所述岸基控制中心根据所述配置信息为所述传感器分配的IP地址;
协议转换器,通过所述IP地址执行所述传感器与所述岸基控制中心之间的通信。
2.根据权利要求1所述的接入装置,其中:
所述控制器响应于所述岸基控制中心发送的查询消息,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心;并且/或者
所述IP地址是所述岸基控制中心通过UDP广播发送到所述接入装置的。
3.根据权利要求1所述的接入装置,其中,所述配置信息包括以下一项或多项:
(1)id:传感器编号;
(2)manufacturerId:生产厂商编号;
(3)manufacturerName:生产厂商名称;
(4)protocolType:协议类型;
(5)deviceVoltage:传感器供电电压;
(6)deviceType:传感器类型;
(7)deviceModel:传感器型号。
4.根据权利要求1所述的接入装置,其中:
所述控制器广播所述IP地址,并根据连接到所述岸基控制中心的其他接入装置的响应消息确认所述IP地址是否被占用,并且/或者所述控制器根据所述岸基控制中心的IP地址记录确认所述IP地址是否被占用;
在所述IP地址被占用的情况下,所述控制器请求所述岸基控制中心重新分配IP地址。
5.根据权利要求1所述的接入装置,其中:
所述协议转换器根据所述存储器中存储的配置信息将工作模式设定为数字信号传输模式或模拟信号采集模式;并且/或者
所述协议转换器通过与所述岸基控制中心的通信以设定所述协议转换器的工作参数;并且/或者
所述协议转换器包括模数转换器,用于将所述传感器采集到的模拟信号转换为数字信号;并且/或者
所述协议转换器执行所述传感器与所述接入装置之间的第一通信协议与所述接入装置与所述岸基控制中心之间的第二通信协议之间的转换;并且/或者
所述接入装置通过接驳盒与所述岸基控制中心通信;并且/或者
所述控制器与所述岸基控制中心通信以更新所述存储器中的配置信息。
6.根据权利要求1所述的接入装置,还包括:
信息传输器,所述控制器经由所述信息传输器与所述岸基控制中心通信;和/或
电源转换器,把从外部输入所述接入装置的电压转换为用于对所述传感器和所述接入装置供电的供电电压,所述电源转换器根据所述配置信息确定所述传感器供电电压的幅值。
7.一种用于海底观测网传感器接入装置的方法,所述接入装置用于将传感器与岸基控制中心相连接,所述方法包括:
存储所述传感器的配置信息;
将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,接收所述岸基控制中心根据所述配置信息为所述传感器分配的IP地址;
通过所述IP地址执行所述传感器与所述岸基控制中心之间的通信。
8.根据权利要求7所述的方法,其中:
将所述配置信息发送到所述岸基控制中心,包括:响应于所述岸基控制中心发送的查询消息,将所述配置信息发送到所述岸基控制中心;并且/或者
所述IP地址是所述岸基控制中心通过UDP广播发送到所述接入装置的;并且/或者
岸基控制中心确认网络连接正常且分配给所述传感器的IP地址可用后,所述IP地址和分配给所述传感器的DNS地址被记录至所述岸基控制中心的地址维护列表,以允许连接到所述岸基控制中心的其他系统根据所述DNS地址访问所述传感器。
9.根据权利要求7所述的方法,还包括:
广播所述IP地址,并根据连接到所述岸基控制中心的其他接入装置的响应消息确认所述IP地址是否被占用,并且/或者根据所述岸基控制中心的IP地址记录确认所述IP地址是否被占用;
在所述IP地址被占用的情况下,请求所述岸基控制中心重新分配IP地址。
10.根据权利要求7所述的方法,还包括:
根据所述配置信息将工作模式设定为数字信号传输模式或模拟信号采集模式;并且/或者
通过与所述岸基控制中心的通信以设定所述接入装置的协议转换器的工作参数;并且/或者
执行所述传感器与所述接入装置之间的第一通信协议与所述接入装置与所述岸基控制中心之间的第二通信协议之间的转换;并且/或者
通过接驳盒与所述岸基控制中心通信;并且/或者
与所述岸基控制中心通信以更新所述存储器中的配置信息。
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