CN109949561A - 一种基于北斗技术的lng罐箱数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于北斗技术的LNG(Liquefied Natural Gas)罐箱数据传输方法，通过获取LNG罐箱数据，根据当前网络信号接收情况，选择LoRa通信、移动通信或北斗短报文通信方式，将所述LNG罐箱数据发送服务器；所述LoRa通信、移动通信或北斗短报文通信方式的选择顺序优先级为LoRa通信>移动通信>北斗短报文通信；并详细定义了各项协议的帧结构。本发明的方案，减少了设备数量，同时给供电系统、低功耗、小体积提供了有力的支撑。并降低了系统集成难度，缩减了成本，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及LNG罐箱数据传输技术领域，尤其涉及一种基于北斗技术的LNG(Liquefied Natural Gas)罐箱数据传输方法。
背景技术
罐箱智能液位计，广泛应用于石油化工、冶金机械、水利电力、船舶、LO2、LN2、LAr、LCO2、LNG等行业，拥有本地检测、GPRS或4G全网通无线传输、服务器监视功能。运用物联网、云服务技术，用户可以通过Web界面方便、实时地掌握储罐或罐箱等容器各项传感器的信息并进行监测。
随着移动通信与物联网技术的发展，对信息发送装置的使用环境要求也越来越高。现有的信息发送装置，尤其是海上罐箱数据的发送，射频通信链路单一，在不同时间，不同空间，不同地域不能将信息的传送出去。存在对人身或财物造成重大损失的隐患。
现有技术中的通信链路设置如图1所示，每个通信链路需要配置一个独立设备。这种通信链路方案，存在如下主要问题：
1.若要满足不同场景都能发送信息，需要配置至少多种不同通信功能的设备；
2.多种设备属于不同系统，不能实现通信链路抉择，只能并发；
3.现场调试困难，信息接收端很难区分通信链路的类型。
发明内容
为克服现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法。
本发明技术方案下面做详细阐述。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，所述方法包括：
获取LNG罐箱数据，根据当前网络信号接收情况，选择LoRa通信、移动通信或北斗短报文通信方式，将所述LNG罐箱数据发送服务器；所述LoRa通信、移动通信或北斗短报文通信方式的选择顺序优先级为LoRa通信>移动通信>北斗短报文通信。
所述LoRa通信和北斗短报文通信采用短报文协议，移动通信采用消息队列遥测传输协议。
所述LoRa通信采用的短报文协议格式，包括：
物理层采用定点传输，包含通信地址和发送信道的前缀；
MAC层包括：SOF标识1个字节、帧长度标识1个字节、协议标识4个字节、MAC层网络层帧控制1个字节、MAC层帧序号标识1个字节、目的PSN标识6个字节、源PSN标识6个字节、MAC层帧内容N-22个字节、帧校验位2个字节；
其中，SOF标识固定为0x1B，标识一个帧的开始；帧长度为24～255个字节。
所述协议标识4个字节，包括：
“L”位标识，固定为0x4C；“S”位标识，固定为0x53；协议标识，固定为0x41，其余保留；协议版本，为LoRa协议版本，其余保留。
所述MAC层网络层帧控制1位，包括：
保留位，两位，默认为0；
网络帧类型，两位，值为0～3；其中，0为数据帧，1为搜索网关，2为应答网关，3保留；
MAC确认请求，一位，值为0～1；其中，0为不需要确认，1为需要确认；
MAC帧类型，两位，值位0～1；其中，0为数据帧，1为ACK帧，其余保留；
传输方向，一位，值为0～1；其中，0为上行，1为下行；
其中，MAC层帧序号中，同一个帧重发，序号不变；否则，序号在0～255范围内循环累加；
ACK帧的帧序号同收到的数据帧，表明对哪一帧的确认。
应用层帧结构仅包括一个字节的包序号、一个字节的组包控制和不定长的帧内容；最大有效载荷为231字节；
其中，一条采集记录为一个包；包序号为同一条采集记录重发，包序号不变；否则，包序号在0～255范围内循环累加；
服务器返回的应答，以同样的包序号下发。
所述北斗短报文通信采用的短报文协议格式，包括：
物理层采用定点传输，包含通信地址和发送信道的前缀；
MAC层包括：SOF标识1个字节、帧长度标识1个字节、协议标识4个字节、MAC层网络层帧控制1个字节、MAC层帧序号标识1个字节、源PSN标识6个字节、MAC层帧内容N-16个字节、帧校验位2个字节；
其中，SOF标识固定为0x1B，标识一个帧的开始；帧长度为16～255个字节。
所述协议标识4个字节，包括：
“L”位标识，固定为0x4C；“S”位标识，固定为0x53；协议标识，固定为0x41，其余保留；协议版本，为北斗协议版本，其余保留。
所述MAC层网络层帧控制1位，包括：
保留位，两位，默认为0；
网络帧类型，两位，值为4，标识为数据帧，其余保留；
MAC确认请求，一位，值为2，标识不需要确认，其余保留；
MAC帧类型，两位，值位2，标识数据帧，其余保留；
传输方向，一位，值为0，标识上行，其余保留；
其中，MAC层帧序号中，同一个帧重发，序号不变；否则，序号在0～255范围内循环累加。
应用层帧结构仅包括一个字节的包序号、一个字节的组包控制和不定长的帧内容；最大有效载荷为237字节；
其中，一条采集记录为一个包；包序号为同一条采集记录重发，包序号不变；否则，包序号在0～255范围内循环累加。
所述应用层帧内容至少包括LNG罐箱的：当前差压值、容积百分比、当前容积、重量、压力、温度、介质/贮罐类型/测量方式/故障码/充装标志/低电量报警/定位方式、GPS地址经维度、电池当前电压、电量百分比、当前充电电流、时间、软硬件版本、气瓶容量、存罐筒长度、存罐直径。
本发明的有益效果是：通过罐箱智能液位计定时采集罐箱中LNG的数据，然后查询有无LoRa网关，有LoRa网关，则采用LoRa短报文协议发送数据，若无则开启移动通信模块，检测移动入网及信号强度是否满足要求，若满足要求，则采用MQTT(Message QueuingTelemetry Transport，消息队列遥测传输)协议发送数据，如果不满足要求，则采用北斗短报文协议发送数据。可使罐箱智能液位计满足不同地域的使用要求，达到远程实时监控罐箱状态的目的。由于采用了多种数据传输方案，使得LNG罐箱数据可以实时回传至服务器，达到实时监控的目的，为“LNG多式联运”提供数据监控保障。实现了对LNG罐箱数据发送通信链路的自动选择。本发明的方案，减少了设备数量，同时给供电系统、低功耗、小体积提供了有力的支撑。并降低了系统集成难度，缩减了成本，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的LNG罐箱数据传输方法原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了解决船用LNG罐箱智能液位计在海上或江上没有GPRS或4G全网通信号无法发送数据的问题，同时，解决LNG罐箱全运输过程的监控，则不仅需要考虑海上罐箱数据的监控，还需要考虑在内河航运、陆上运输等过程的数据监控，而原有的单纯依靠海事卫星系统通信的方案显然无法满足多种复杂通信条件的需求。
本实施例提供一种基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，如图1所示，其中，本实施例可以基于MCU硬件平台，利用UCOS嵌入式系统进行编码，对数据接收、处理、发送的一个过程。通过三种通信方式将数据远传给物联网平台，这三种方式通信方式及其优先级为：LoRa+海卫最高，2/3/4G(移动通信)次之，北斗短报文最低。具体如图1。LoRa和北斗短报文通信采用短报文协议，2/3/4G采用MQTT协议。
图1中，程序初始化后，首先获取采集的LNG数据，然后开启射频通信查找有无LoRa网关，也即有无LoRa网络信号，若有，将LNG罐箱数据发送到LoRa网关，然后通过物联网转发服务器。若没有查找到LoRa网关，进一步查找是否存在移动通信信号。以2/3/4G信号为例，开启2/3/4G通信检测2/3/4G入网及信号强度是否满足要求。若是，则通过2/3/4G网络采用MQTT协议将数据发送物联网平台。若没有2/3/4G信号，则开启北斗短报文通信，将数据通过北斗短报文发送到北斗导航卫星系统，然后通过北斗短报文链路发送物联网。
具体来说，获取LNG罐箱数据，根据当前网络信号接收情况，选择LoRa通信、移动通信或北斗短报文通信方式，将所述LNG罐箱数据发送服务器；所述LoRa通信、移动通信或北斗短报文通信方式的选择顺序优先级为LoRa通信>移动通信>北斗短报文通信；所述LoRa通信和北斗短报文通信采用短报文协议，移动通信采用消息队列遥测传输协议。
具体的，本实施例中，LoRa短报文协议：
1.物理层
物理层采用定点传输，包含通信地址和发送信道的前缀，过滤掉无效数据。
网关模块的通信地址：固定。
终端模块的通信地址：和设备的PSN(生产序列号)相关。
上行信道：438M
下行信道：439M
2.MAC层
SOF：固定为0x1B，标识一个帧的开始。
帧长度：24～255。
协议标识
MAC层、网络层帧控制：
MAC层帧序号：同一个帧重发，序号不变；否则序号循环累加(0～255)。ACK帧的帧序号同收到的数据帧，表明对哪一帧的确认。
帧长度：从SOF到帧校验完整帧长度。
帧校验：从SOF到帧内容的CRC校验。
3.网络层
| 帧内容 |
| n-22 |
搜索网关帧：无数据。
应答网关帧：无数据。中继器只能应答协议标识相同的搜索命令。
4.应用层
| 包序号 | 组包控制 | 帧内容 |
| 1 | 1 | n-24 |
最大有效载荷为231字节。
一条采集记录为一个包。
包序号：同一条采集记录重发，序号不变；否则序号循环累加(0～255)。
服务器返回的应答，以同样的包序号下发给模块。
组包控制：对应用层超长包，可以分成几个帧来发，帧序号从0开始。
5.应用层报文格式
以下数据按小端模式传输。
北斗短报文协议
1.物理层
采用北斗短报文传输，RS232通信接口。
单向上传，液位计向指挥机发送。
2.MAC层
SOF：固定为0x1B，标识一个帧的开始。
帧长度：16～255。
协议标识
MAC层、网络层帧控制：
MAC层帧序号：同一个帧重发，序号不变；否则序号循环累加(0～255)。
帧长度：从SOF到帧校验完整帧长度。
帧校验：从SOF到帧内容的CRC校验。
3.网络层
| 帧内容 |
| n-16 |
4.应用层
| 包序号 | 组包控制 | 帧内容 |
| 1 | 1 | n-18 |
最大有效载荷为237字节。
一条采集记录为一个包。
包序号：同一条采集记录重发，序号不变；否则序号循环累加(0～255)。
组包控制：对应用层超长包，可以分成几个帧来发，帧序号从0开始。
5.应用层报文格式
以下数据按小端模式传输。
移动通信使用的MQTT协议，参照上述的LoRa通信协议和北斗短报文通信协议，采用常规MQTT协议的格式进行传输。
在“多式联运”项目中，罐箱智能液位计定时采集罐箱中LNG的数据，然后查询有无LoRa网关，有LoRa网关，则采用LoRa短报文协议发送数据，若无则开启2/3/4G通信模块，检测2/3/4G入网及信号强度是否满足要求，若满足要求，则采用MQTT协议发送数据，如果不满足要求，则采用北斗短报文协议发送数据。可使罐箱智能液位计满足不同地域的使用要求，达到远程实时监控罐箱状态的目的。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
获取LNG罐箱数据，根据当前网络信号接收情况，选择LoRa通信、移动通信或北斗短报文通信方式，将所述LNG罐箱数据发送服务器；所述LoRa通信、移动通信或北斗短报文通信方式的选择顺序优先级为LoRa通信>移动通信>北斗短报文通信；
所述LoRa通信和北斗短报文通信采用短报文协议，移动通信采用消息队列遥测传输协议。
2.根据权利要求1所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，所述LoRa通信采用的短报文协议格式，包括：
物理层采用定点传输，包含通信地址和发送信道的前缀；
MAC层包括：SOF标识1个字节、帧长度标识1个字节、协议标识4个字节、MAC层网络层帧控制1个字节、MAC层帧序号标识1个字节、目的PSN标识6个字节、源PSN标识6个字节、MAC层帧内容N-22个字节、帧校验位2个字节；
其中，SOF标识固定为0x1B，标识一个帧的开始；帧长度为24～255个字节。
3.根据权利要求2所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，所述协议标识4个字节，包括：
“L”位标识，固定为0x4C；“S”位标识，固定为0x53；协议标识，固定为0x41，其余保留；协议版本，为LoRa协议版本，其余保留。
4.根据权利要求3所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，所述MAC层网络层帧控制1位，包括：
保留位，两位，默认为0；
网络帧类型，两位，值为0～3；其中，0为数据帧，1为搜索网关，2为应答网关，3保留；
MAC确认请求，一位，值为0～1；其中，0为不需要确认，1为需要确认；
MAC帧类型，两位，值位0～1；其中，0为数据帧，1为ACK帧，其余保留；
传输方向，一位，值为0～1；其中，0为上行，1为下行；
其中，MAC层帧序号中，同一个帧重发，序号不变；否则，序号在0～255范围内循环累加；
ACK帧的帧序号同收到的数据帧，表明对哪一帧的确认。
5.根据权利要求4所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，应用层帧结构仅包括一个字节的包序号、一个字节的组包控制和不定长的帧内容；最大有效载荷为231字节；
其中，一条采集记录为一个包；包序号为同一条采集记录重发，包序号不变；否则，包序号在0～255范围内循环累加；
服务器返回的应答，以同样的包序号下发。
6.根据权利要求1所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，所述北斗短报文通信采用的短报文协议格式，包括：
物理层采用定点传输，包含通信地址和发送信道的前缀；
MAC层包括：SOF标识1个字节、帧长度标识1个字节、协议标识4个字节、MAC层网络层帧控制1个字节、MAC层帧序号标识1个字节、源PSN标识6个字节、MAC层帧内容N-16个字节、帧校验位2个字节；
其中，SOF标识固定为0x1B，标识一个帧的开始；帧长度为16～255个字节。
7.根据权利要求6所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，所述协议标识4个字节，包括：
“L”位标识，固定为0x4C；“S”位标识，固定为0x53；协议标识，固定为0x41，其余保留；协议版本，为北斗协议版本，其余保留。
8.根据权利要求7所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，所述MAC层网络层帧控制1位，包括：
保留位，两位，默认为0；
网络帧类型，两位，值为4，标识为数据帧，其余保留；
MAC确认请求，一位，值为2，标识不需要确认，其余保留；
MAC帧类型，两位，值位2，标识数据帧，其余保留；
传输方向，一位，值为0，标识上行，其余保留；
其中，MAC层帧序号中，同一个帧重发，序号不变；否则，序号在0～255范围内循环累加。
9.根据权利要求8所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，应用层帧结构仅包括一个字节的包序号、一个字节的组包控制和不定长的帧内容；最大有效载荷为237字节；
其中，一条采集记录为一个包；包序号为同一条采集记录重发，包序号不变；否则，包序号在0～255范围内循环累加。
10.根据权利要求5或9所述的基于北斗技术的LNG罐箱数据传输方法，其特征在于，所述应用层帧内容至少包括LNG罐箱的当前差压值、容积百分比、当前容积、重量、压力、温度、介质/贮罐类型/测量方式/故障码/充装标志/低电量报警/定位方式、GPS地址经维度、电池当前电压、电量百分比、当前充电电流、时间、软硬件版本、气瓶容量、存罐筒长度、存罐直径。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190628 |
|
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