CN109873688A - 一种北斗通信和移动通信自适应的数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
一种北斗通信和移动通信自适应的数据传输方法，包括以下步骤：步骤1，数据发送方法，发送之前，将需要发送的数据按照数据类型，分别保存在本地数据库不同的表中；在发送时，将每种数据称为一条消息，打包发送，每个数据包有唯一ID；1)通过北斗通信发送数据；2)通过移动网络发送数据；3)送达确认机制；在保存待发送数据的数据表中，除了每种数据本身的属性字段外，还增加了两个字段；步骤2，数据接收方法，F1，按照北斗协议或JSON格式对数据包进行解析；F2，将数据包中的每个消息按照数据类型保存到相应的数据表中；F3，将数据包ID保存到数据包回执表中；具有带优先级的、带缓冲和确认机制的、北斗通信和网络通信自适应的特点。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种北斗通信和移动通信自适应的数据传输方法。
背景技术
北斗卫星通信系统的特点是覆盖范围广，安全性高，可以在对车辆全天候实时监控，但是频率低，带宽小，并且费用较高，适用于传输数据量较小、比较紧急的监控信息，包括车辆定位信息、传感器采集数据、指挥指令、短报文信息等；而移动通信系统的特点是频率快、带宽高，但在偏远地区、山区等没有通信设施的区域无法通信，存在通信盲区，可以传输业务数据和带宽要求高的数据，除了上述的实时监控信息外，还可传输视频、图片等。
为了对车辆实施全时空、全天候的监控，数据传输时需要针对北斗通信和移动通信的特点，取长补短，根据不同的数据内容和应用环境，选择适合的传输信道，同时需要避免重要数据的丢失。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种北斗通信和移动通信自适应的数据传输方法，具有带优先级的、带缓冲和确认机制的、北斗通信和网络通信自适应的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种北斗通信和移动通信自适应的数据传输方法，包括以下步骤：
步骤1，数据发送方法
在发送之前，先将需要发送的数据按照数据类型，包括位置数据、传感器数据、紧急消息、告警消息、自由电文、数据包回执，分别保存在本地数据库不同的表中，其中的数据包回执为数据包接收方用来通知发送包已经收到的数据包的ID；在发送时，将每种数据称为一条消息，打包发送，每个数据包有个唯一ID；
1)通过北斗通信发送数据
数据通过北斗链路打包发送的流程分为如下几步：
S1，判断是否已到北斗发送时间，有北斗发送模块，并且当前网络不是4G或者WIFI，如果是，进入S2；否则，结束；
S2，建立消息队列，并预留一个位置数据的空间；
S3，按照优先级从数据库中获取传感器数据、紧急消息、告警消息、数据包回执、自由电文等数据，如果有，则加入消息队列，同时计算消息队列打包后数据包的剩余空间，如果没有剩余空间了，则进入下一步，否则依优先级查询所有；
S4，根据数据包剩余空间，在消息队列中加入相应数量的位置数据，这些位置数据的时间戳是等间隔的；
S5，将消息队列按照自定义北斗协议进行打包；
S6，将数据包通过连接北斗终端机的串口发送；
2)通过移动网络发送数据
数据通过北斗链路打包发送的流程分为如下几步：
K1，判断是否已到网络发送时间，并且有移动网络存在，如果是，进入下一步；否则，结束；
K2，根据各自设定的最大数量，分别从本地数据库获取位置数据、传感器数据、紧急消息、告警消息、自由电文、数据包回执，最新的数据优先获取；
K3，将获取的数据按JSON格式进行打包；
K4，通过网络将数据包发送出去；
3)送达确认机制
在保存待发送数据的数据表中，除了每种数据本身的属性字段外，还增加了两个字段，即发送时间(SendTime)和确认时间 (ConformTime)，它们取不同值代表数据不同的发送状态，具体见下表；
表 待发送数据的状态表
| SendTime | ConformTime | 含义 |
| NULL | NULL | 该数据尚未发送 |
| 发送时间 | NULL | 该数据已发送，但未确认收到 |
| 发送时间 | 确认时间 | 该数据已发送，且确认收到 |
待发送数据的发送状态转移过程如下：
首先，待发送数据的初始状态为SendTime＝NULL，ConformTime＝NULL；
其次，选择数据表中的SendTime＝NULL、ConformTime＝NULL的数据来打包发送，并记录包里这些数据的发送时间为当前系统时间；
再次，当收到数据包回执，即回执ID对应的数据包中的所有数据均已被目标方收到时，记录这些数据的确认时间为当前系统时间；
第四，如果在数据发送5分钟以后，没有收到数据的确认信息，则认为数据发送失败，数据状态更新为初始状态，等待被重新发送；
在实际应用时，为了避免反复进行送达确认带来的拥塞，对于位置数据、传感器数据以及数据包回执，如果正确发送，则认为对方已经收到，即会将确认时间记录为发送时的系统时间；
步骤2，数据接收方法
当从北斗信道或者从移动网络获得数据后，其处理方法为：
F1，按照北斗协议或JSON格式对数据包进行解析；
F2，将数据包中的每个消息或每条数据按照数据类型保存到相应的数据表中；
F3，将数据包ID保存到数据包回执表中，以备发送给发送方。
本发明的有益效果是：
1)可以适用于只有北斗链路、只有移动网络和两者并存三种不同情况，并且在移动网络好的时候，优先选择移动通信。
2)通过使用数据库作为缓存，可以将通信信号不好时积累的数据在移动网络好的时候再进行发送。
3)通过使用数据包回执作为送达凭证，可以保证紧急消息、告警消息、自由电文等重要信息一定能被对方接受。
4)通过对位置数据、传感器数据以及数据包回执这样大量的、丢失后不太影响的数据采用的“成功发送即认为收到”的确认机制，降低了通信信号不好时可能导致的数据拥塞和重复发送。
附图说明
图1为本发明通过北斗通信发送数据的流程图。
图2为本发明通过移动网络发送数据的流程图。
图3为本发明接收流程图。
图4为本发明自定义协议与BDTXR的关系。
图5为本发明需发送数据的状态转移图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，一种北斗通信和移动通信自适应的数据传输方法，包括以下步骤：
步骤1，数据发送方法
在发送之前，先将需要发送的数据按照数据类型，包括位置数据、传感器数据、紧急消息、告警消息、自由电文、数据包回执，分别保存在本地数据库不同的表中，其中的数据包回执为数据包接收方用来通知发送包已经收到的数据包的ID；在发送时，将每种数据称为一条消息，打包发送，每个数据包有个唯一ID；
1)通过北斗通信发送数据
数据通过北斗链路打包发送的流程分为如下几步：
S1，判断是否已到北斗发送时间，有北斗发送模块，并且当前网络不是4G或者WIFI，如果是，进入S2；否则，结束；
S2，建立消息队列，并预留一个位置数据的空间；
S3，按照优先级从数据库中获取传感器数据、紧急消息、告警消息、数据包回执、自由电文等数据，如果有，则加入消息队列，同时计算消息队列打包后数据包的剩余空间，如果没有剩余空间了，则进入下一步，否则依优先级查询所有；
S4，根据数据包剩余空间，在消息队列中加入相应数量的位置数据(这些位置数据的时间戳是等间隔的)；
S5，将消息队列按照自定义北斗协议进行打包；
S6，将数据包通过连接北斗终端机的串口发送；
我们使用的北斗IC卡是民用领域最常用的非加密三级IC卡， TXR中所能携带数据长度为626bit，约78个字节。每60秒通过北斗终端机发送一个按自定义北斗协议打包的TXA数据包，每个TXA数据包中最多包含位置数据6条、传感器数据1条、紧急消息5条、(超速)告警消息1条，数据包回执5条，自由电文2条。(注：TXA表示“设置通信申请”，TXR表示“通信信息”，TXA数据包被北斗终端机接收后，会生成对应的TXR数据包)
假设待发送的数据包含：
●位置数据6条(以队列形式保存，时间戳间隔为10秒)，如下表所列
(注：方向为-10002表示数据无效)
●传感器数据1条，内容如下表
| 温度(℃) | 湿度(％) | 二氧化碳(ppm) | 开门次数 |
| 24.1 | 16.2 | 716.0 | 1 |
●紧急消息1条，消息标识为4(代表“人员生病”)；
●自由电文有3条，电文内容分别为“你好啊”，“已到西安”，“天气不错”。
下面依上述数据为例对使用北斗协议进行数据打包发送的流程说明如下。
S1，假设已到北斗发送时间，有北斗发送模块，并且当前网络不是4G或者WIFI，进入S2；
S2，建立消息队列，预留空间1(数据头)+4(时间戳)+1(消息数)+4(位置数据头部)+10(一条位置数据长度)＝20字节，剩余可用空间为78-20＝58字节；
S3，按照传感器数据→紧急消息→告警消息→数据包回执→自由电文这样的顺序从数据库读取数据(每种数据的数量限制如前所述)，如果有相应类型的数据并且剩余空间足够，则加入消息队列；否则，进入S4。对于上述数据，S3的具体过程如下：
S3-1有1条传感器数据，打包时所需空间为8字节，剩余空间 50字节；
S3-2有1条紧急消息，打包时所需空间为3字节，剩余空间47 字节；
S3-3没有告警消息；
S3-4没有数据包回执；
S3-5由于最多2条自由电文，依次取“你好啊”，“已到西安”，
分别需要空间为8字节、10字节，剩余空间29字节；
S4，数据包剩余空间为78-1(数据头)-4(时间戳)-1(消息数)-8 (传感器)-3(紧急消息)-18(自由电文)＝43字节，所以数据包中还可容纳43-4(位置数据头部)/10(一条位置数据所需空间)＝3 条位置数据，取队列中前3条数据；
S5，将消息队列中的数据，按照自定义北斗协议进行打包，所得 TXA数据包为
$BDTXA,0420172,1,2,A45C21D2F80508223C1023C08000036120084 1C4E3BAC3B0A10A41D2D1B5BDCEF7B0B2222162809AD501850761C C000FFF9AD501850761CC000FFF9AD501850761CC000FFF*00；
S6，将数据包通过连接北斗终端机的串口发送；
2)通过移动网络发送数据，参见图2
数据通过北斗链路打包发送的流程分为如下几步：
K1，判断是否已到网络发送时间，并且有移动网络存在，如果是，进入下一步；否则，结束；
K2，根据各自设定的最大数量，分别从本地数据库获取位置数据、传感器数据、紧急消息、告警消息、自由电文、数据包回执；
K3，将获取的数据按JSON格式进行打包；
K4，通过网络将数据包发送出去；
我们规定，每5秒通过移动网络发送一个按JSON格式打包的数据包，每个数据包中最多包含位置数据10条、传感器数据3条、紧急消息10条、(超速)告警消息5条，数据包回执5条，自由电文5 条。
下面对使用JSON格式进行数据打包发送的流程举例说明如下。
K1，假设已到网络发送时间，并且有移动网络存在；
K2，根据各自设定的最大数量，分别从本地数据库获取位置数据、传感器数据、紧急消息、告警消息、自由电文、数据包回执。这里假设获取的待发送数据包含：
●位置数据9条，如下表所列
(注：方向为-10002表示数据无效)
●传感器数据1条，内容如下表
| 温度(℃) | 湿度(％) | 二氧化碳(ppm) | 开门次数 | 时间戳(秒) |
| 23.7 | 15.4 | 607.01 | 1 | 1545717059 |
| 23.4 | 17.4 | 652.01 | 1 | 1545709442 |
●自由电文有1条，电文内容分别为“你好啊”；
●数据包回执1条，其ID为1545717070；
K3，对获取的数据按JSON格式进行打包，所得数据包为
{"CarNum":"陕A12345","FT":[{"C":"你好啊","R":"指挥中心"}],"IdRecved":[1545717070],"Loc":[{"C":-100020,"E":108866353,"H":4602 0,"N":34192056,"T":1545717059,"V":0},{"C":-100020,"E":108866353,"H": 46020,"N":34192056,"T":1545717058,"V":0},{"C":-100020,"E":108866353, "H":46020,"N":34192056,"T":1545717057,"V":0},{"C":-100020,"E":108866 353,"H":46020,"N":34192056,"T":1545717056,"V":0},{"C":-100020,"E":10 8866353,"H":46020,"N":34192056,"T":1545716994,"V":0},{"C":-100020,"E ":108866353,"H":46020,"N":34192056,"T":1545716984,"V":0},{"C":-10002 0,"E":108866353,"H":46020,"N":34192056,"T":1545716974,"V":0},{"C":-1 00020,"E":108866353,"H":46020,"N":34192056,"T":1545716964,"V":0},{" C":-100020,"E":108866353,"H":46020,"N":34192056,"T":1545716954,"V":0} ],"NS":1,"ST":1545717060,"Sensor":[{"C":237,"H":154,"N":1,"O":6070,"T": 1545717059},{"C":234,"H":174,"N":1,"O":6520,"T":1545709442}]}；
K4，通过网络将数据包发送出去；
3)送达确认机制
在保存待发送数据的数据表中，除了每种数据本身的属性字段外，还增加了两个字段，即发送时间(SendTime)和确认时间 (ConformTime)，它们取不同值代表数据不同的发送状态，具体见下表；
表待发送数据的状态表
| SendTime | ConformTime | 含义 |
| NULL | NULL | 该数据尚未发送 |
| 发送时间 | NULL | 该数据已发送，但未确认收到 |
| 发送时间 | 确认时间 | 该数据已发送，且确认收到 |
参见图5，待发送数据的发送状态转移过程如下：
首先，待发送数据的初始状态为SendTime＝NULL， ConformTime＝NULL；
其次，选择数据表中的SendTime＝NULL、ConformTime＝NULL的数据来打包发送，并记录包里这些数据的发送时间为当前系统时间；
再次，当收到数据包回执(即回执ID对应的数据包中的所有数据均已被目标方收到)时，记录这些数据的确认时间为当前系统时间；
第四，如果在数据发送5分钟以后，没有收到数据的确认信息，则认为数据发送失败，数据状态更新为初始状态，等待被重新发送；
在实际应用时，为了避免反复进行送达确认带来的拥塞，对于位置数据、传感器数据以及数据包回执，如果正确发送，则认为对方已经收到，即会将确认时间记录为发送时的系统时间；
步骤2，数据接收方法
当从北斗信道或者从移动网络获得数据后，其处理方法为(参见图3)：
F1，按照北斗协议或JSON格式对数据包进行解析；
F2，将数据包中的每个消息(或每条数据)按照数据类型保存到相应的数据表中；
F3，将数据包ID保存到数据包回执表中(以备发送给发送方)。
Claims (2)
1.一种北斗通信和移动通信自适应的数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，数据发送方法
在发送之前，先将需要发送的数据按照数据类型，包括位置数据、传感器数据、紧急消息、告警消息、自由电文、数据包回执，分别保存在本地数据库不同的表中，其中的数据包回执为数据包接收方用来通知发送包已经收到的数据包的ID；在发送时，将每种数据称为一条消息，打包发送，每个数据包有个唯一ID；
1)通过北斗通信发送数据
数据通过北斗链路打包发送的流程分为如下几步：
S1，判断是否已到北斗发送时间，有北斗发送模块，并且当前网络不是4G或者WIFI，如果是，进入S2；否则，结束；
S2，建立消息队列，并预留一个位置数据的空间；
S3，按照优先级从数据库中获取传感器数据、紧急消息、告警消息、数据包回执、自由电文等数据，如果有，则加入消息队列，同时计算消息队列打包后数据包的剩余空间，如果没有剩余空间了，则进入下一步，否则依优先级查询所有；
S4，根据数据包剩余空间，在消息队列中加入相应数量的位置数据(这些位置数据的时间戳是等间隔的)；
S5，将消息队列按照自定义北斗协议进行打包；
S6，将数据包通过连接北斗终端的串口发送；
2)通过移动网络发送数据
数据通过北斗链路打包发送的流程分为如下几步：
K1，判断是否已到网络发送时间，并且有移动网络存在，如果是，进入下一步；否则，结束；
K2，根据各自设定的最大数量，分别从本地数据库获取待发送的位置数据、传感器数据、紧急消息、告警消息、自由电文、数据包回执，最新的数据优先获取；
K3，将获取的数据按JSON格式进行打包；
K4，通过网络将数据包发送出去；
3)送达确认机制
在保存待发送数据的数据表中，除了每种数据本身的属性字段外，还增加了两个字段，即发送时间SendTime和确认时间ConformTime，它们取不同值代表数据不同的发送状态，具体见下表；
表待发送数据的状态表
步骤2，数据接收方法
当从北斗信道或者从移动网络获得数据后，其处理方法为：
F1，按照北斗协议或JSON格式对数据包进行解析；
F2，将数据包中的每个消息或每条数据按照数据类型保存到相应的数据表中；
F3，将数据包ID保存到数据包回执表中，以备发送给发送方。
2.根据权利要求1所述的一种北斗通信和移动通信自适应的数据传输方法，其特征在于，待发送数据的发送状态转移过程如下：
首先，待发送数据的初始状态为SendTime＝NULL，ConformTime＝NULL；
其次，选择数据表中的SendTime＝NULL、ConformTime＝NULL的数据来打包发送，并记录包里这些数据的发送时间为当前系统时间；
再次，当收到数据包回执(即回执ID对应的数据包中的所有数据均已被目标方收到)时，记录这些数据的确认时间为当前系统时间；
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