CN111131226A - 一种广域海洋物联网通信管控系统 - Google Patents

一种广域海洋物联网通信管控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种广域海洋物联网通信管控系统，包括：水下传感器，用于感知水下信息；水下感知网络网关节点，用于将水下传感器感知的水下信息发送至海上跨域通信管控系统；海上跨域通信管控系统，用于对水下信息进行预处理和打包，生成融合数据；岸海多通信体制融合接入系统，用于对融合数据进行解析后分类存储；在接收到数据请求消息时，从存储的数据中获取所述数据请求消息所请求的融合数据，分发至各应用终端。本发明在岸基业务中心支持4G、北斗通信、卫星移动通信、卫星宽带通信等多通信体制融合接入；在海上信息节点提供基于水声通信、水面组网通信、北斗通信、卫星移动通信、卫星宽带通信等通信手段的水下、水面、岸基跨域通信。

Description

一种广域海洋物联网通信管控系统
技术领域
本发明属于海洋通信技术领域，尤其涉及一种广域海洋物联网通信管控系统。
背景技术
海洋物联网是物联网技术在海洋领域的应用，依托海上传感网与通信网，实现海洋目标与海洋环境数据的感知应用与系统化管理。广域海洋物联网是指基于岛礁、钻井平台、多功能海塔、浮台与浮标等海上固定信息节点，以及航运船、渔船、养殖工船、无人船艇等海上机动信息节点及其搭载的各类感传装备形成的海洋广域互联互通系统。目前以海洋立体观测网为主体的海洋物联网在应用区域上局限于近岸近海，信息传输方式主要依靠3G/4G公网、有线专网，以及少量的卫星通信，岸海通信管控通常根据特定需求进行定制，通用性较差；另外岸海信息交互应用中缺少感传中间件，需要大量的人工转换操作。
随着深远海环境观测与海洋航运、远海渔业养殖等产业的融合发展，广域海洋物联网需要建立一种通用化的通信管控系统，通过集中管理，能够支撑海上信息节点灵活接入与水下感知网络自由扩展。
目前以海洋立体观测网为主体的海洋物联网系统中，海上多种形态信息节点之间以及信息节点与岸基之间的信息传输应用，主要存在以下问题：一是岸海信息交互应用中缺少感传中间件，需要大量的人工转换操作；二是海上信息节点之间缺乏规范化的信息交互接口，难以实现海上信息节点的自由接入；三是海上信息节点对搭载传感器的开放度和兼容度不够，难以实现水下水面传感器的灵活接入。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种广域海洋物联网通信管控系统，利用软件定义广域海洋物联网方法，形成一种通用化的广域海洋物联网通信网关功能，在岸基业务中心支持4G、北斗通信、卫星移动通信、卫星宽带通信等多通信体制融合接入；在海上信息节点提供基于水声通信、水面组网通信、北斗通信、卫星移动通信、卫星宽带通信等通信手段的水下、水面、岸基跨域通信。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种广域海洋物联网通信管控系统，包括：水下传感器、水下感知网络网关节点、海上跨域通信管控系统和岸海多通信体制融合接入系统；
水下传感器，用于感知水下信息；其中，所述水下信息包括：水下目标感知信息和水下环境感知信息；
水下感知网络网关节点，用于将水下传感器感知的水下信息发送至海上跨域通信管控系统；
海上跨域通信管控系统，用于对接收到的水下信息进行预处理，并对预处理结果进行数据打包，生成融合数据；
岸海多通信体制融合接入系统，用于接收海上跨域通信管控系统上传的融合数据，对融合数据进行解析后分类存储；以及，在接收到数据请求消息时，从存储的数据中获取所述数据请求消息所请求的融合数据，并将获取的所述数据请求消息所请求的融合数据分发至各应用终端。
在上述广域海洋物联网通信管控系统中，海上跨域通信管控系统在对接收到的水下信息进行预处理时，包括：
对接收到的水下信息进行数据分类；其中，数据类别，包括：监测数据、音频数据和视频数据；
根据水下信息的数据分类结果，选择相匹配的预处理策略，对各水下信息进行预处理。
在上述广域海洋物联网通信管控系统中，海上跨域通信管控系统在根据水下信息的数据分类结果，选择相匹配的预处理策略，对各水下信息进行预处理时，包括：
当确定水下信息为监测数据时，对水下信息进行压缩和过滤处理，得到压缩过滤处理后的监测数据；
当确定水下信息为音频数据时，对水下信息进行音频特征提取，得到音频特征数据；
当确定水下信息为视频数据时，，对水下信息进行视频特征提取，得到视频特征数据。
在上述广域海洋物联网通信管控系统中，水下传感器的数量为N个，水下感知网络网关节点的数量为M个；其中，1≤M≤N；
N个水下传感器按照监控需求布设在水下；
一个水下感知网络网关节点与至少一个水下传感器连接通信，实现对至少一个水下传感器感知的水下信息的采集。
在上述广域海洋物联网通信管控系统中，海上跨域通信管控系统的数量为K个；其中，K≤M；
K个海上跨域通信管控系统组网形成海上跨域通信管控网；其中，K个海上跨域通信管控系统中的其中一个海上跨域通信管控系统作为主海上跨域通信管控系统，其余K-1个海上跨域通信管控系统作为辅海上跨域通信管控系统。
在上述广域海洋物联网通信管控系统中，
辅海上跨域通信管控系统，用于获取对应的水下感知网络网关节点上传的水下信息，并将汇集至主海上跨域通信管控系统；
主海上跨域通信管控系统，用于获取对应的水下感知网络网关节点上传的水下信息，以及获取各辅海上跨域通信管控系统上传的水下信息；以及，对获取的全部水下信息并行预处理和打包，生成融合数据；将融合数据发送至岸海多通信体制融合接入系统。
在上述广域海洋物联网通信管控系统中，岸海多通信体制融合接入系统，包括：多种通信收发设备、多通信体制融合接入网关、主控处理服务器和应用数据处理机；其中，海上跨域通信管控系统采用不同的通信机制进行融合数据的传输，一种通信收发设备对应接收一种通信机制传输的融合数据；多通信体制融合接入网关，用于接收不同通信收发设备发送的融合数据，并将融合数据整合为统一协议数据格式的融合数据发送至主控处理服务器；主控处理服务器，用于对统一协议数据格式的融合数据进行解析，并按照解析确定的数据类别分类进行存储；应用数据处理机，用于在接收到数据请求消息时，从主控处理服务器存储的数据中获取所述数据请求消息所请求的融合数据，并将获取的所述数据请求消息所请求的融合数据分发至各应用终端。
在上述广域海洋物联网通信管控系统中，多种通信收发设备，包括：北斗通信设备、卫星移动通信设备、卫星宽带通信设备和VPN设备。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种广域海洋物联网通信管控系统，综合运用4G、北斗通信、卫星移动通信、卫星宽带通信、水面组网通信、水声通信等多种通信手段，实现上述海上多种形态信息节点之间以及信息节点与岸基之间的信息传输。
(2)本发明公开了一种广域海洋物联网通信管控系统，提供岸海多通信体制融合接入网关与海上信息节点跨域通信网关，作为广域海洋物联网通信服务中间件，实现多体制通信网络集成融合与状态管理。可同时接入多种通信网络或专用信道，将各类不同通信协议统一转换成TCP/IP协议，用户业务应用系统只需要与通用业务接口连接，不需要直接与具体通信网络打交道，有效降低海洋物联网业务应用系统安装部署和保障维护难度。
(3)本发明公开了一种广域海洋物联网通信管控系统，广域海洋物联网通信管控系统为多种形态的海上信息节点提供了统一的通信管控服务，不需要对海上信息节点进行逐一操作，提升海上信息节点及水下感知网络的灵活接入能力，促进不同业务海洋物联网之间跨区域互联。
附图说明
图1是本发明实施例中一种广域海洋物联网通信管控系统的组成示意图；
图2是本发明实施例中一种广域海洋物联网通信管控系统的工作流程示意图。
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，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
实施例1
如图1，在本实施例中，该广域海洋物联网通信管控系统，包括：水下传感器、水下感知网络网关节点、海上跨域通信管控系统和岸海多通信体制融合接入系统。其中，岸海多通信体制融合接入系统部署于岸基业务中心，主要用于对广域海洋物联网中各海上信息节点的通信业务实施集中管理；海上跨域通信管控系统分布部署于各类海上信息节点，主要用于海上信息节点之间及海上信息节点与岸基业务中心的信息交互管理。
具体的：水下传感器，用于感知水下信息；其中，所述水下信息包括：水下目标感知信息和水下环境感知信息。水下感知网络网关节点，用于将水下传感器感知的水下信息发送至海上跨域通信管控系统；海上跨域通信管控系统，用于对接收到的水下信息进行预处理，并对预处理结果进行数据打包，生成融合数据。岸海多通信体制融合接入系统，用于接收海上跨域通信管控系统上传的融合数据，对融合数据进行解析后分类存储；以及，在接收到数据请求消息时，从存储的数据中获取所述数据请求消息所请求的融合数据，并将获取的所述数据请求消息所请求的融合数据分发至各应用终端。
在本实施例中，海上跨域通信管控系统在对接收到的水下信息进行预处理时，包括：对接收到的水下信息进行数据分类；其中，数据类别，包括：监测数据、音频数据和视频数据；根据水下信息的数据分类结果，选择相匹配的预处理策略，对各水下信息进行预处理。
优选的，海上跨域通信管控系统在根据水下信息的数据分类结果，选择相匹配的预处理策略，对各水下信息进行预处理时，包括：当确定水下信息为监测数据时，对水下信息进行压缩和过滤处理，得到压缩过滤处理后的监测数据；当确定水下信息为音频数据时，对水下信息进行音频特征提取，得到音频特征数据；当确定水下信息为视频数据时，，对水下信息进行视频特征提取，得到视频特征数据。
在本实施例中，水下传感器的数量为N个，水下感知网络网关节点的数量为M个；其中，1≤M≤N。N个水下传感器按照监控需求布设在水下；一个水下感知网络网关节点与至少一个水下传感器连接通信，实现对至少一个水下传感器感知的水下信息的采集。
在本实施例中，海上跨域通信管控系统的数量为K个；其中，K≤M。K个海上跨域通信管控系统组网形成海上跨域通信管控网；其中，K个海上跨域通信管控系统中的其中一个海上跨域通信管控系统作为主海上跨域通信管控系统，其余K-1个海上跨域通信管控系统作为辅海上跨域通信管控系统。
优选的，辅海上跨域通信管控系统，用于获取对应的水下感知网络网关节点上传的水下信息，并将汇集至主海上跨域通信管控系统；主海上跨域通信管控系统，用于获取对应的水下感知网络网关节点上传的水下信息，以及获取各辅海上跨域通信管控系统上传的水下信息；以及，对获取的全部水下信息并行预处理和打包，生成融合数据；将融合数据发送至岸海多通信体制融合接入系统。
在本实施例中，岸海多通信体制融合接入系统，包括：多种通信收发设备、多通信体制融合接入网关、主控处理服务器和应用数据处理机。其中，海上跨域通信管控系统采用不同的通信机制进行融合数据的传输，一种通信收发设备对应接收一种通信机制传输的融合数据；多通信体制融合接入网关，用于接收不同通信收发设备发送的融合数据，并将融合数据整合为统一协议数据格式的融合数据发送至主控处理服务器；主控处理服务器，用于对统一协议数据格式的融合数据进行解析，并按照解析确定的数据类别分类进行存储；应用数据处理机，用于在接收到数据请求消息时，从主控处理服务器存储的数据中获取所述数据请求消息所请求的融合数据，并将获取的所述数据请求消息所请求的融合数据分发至各应用终端。
优选的，多种通信收发设备包括但不仅限于：北斗通信设备、卫星移动通信设备、卫星宽带通信设备和VPN设备。其中，多通信体制融合接入网关作为多通信体制中间件，实现北斗通信设备、卫星移动通信设备、卫星宽带通信设备和VPN设备等等多通信体制的信息接入转换与协议转换。主控处理服务器则可实现面向多通信体制的通信数据的并发分组、数据缓存和优先级支持。应用数据处理机则提供应用数据压缩与解压缩，数据加密与解密处理。
在本实施例中，海上跨域通信管控系统，包括：水下感知节点水面汇聚网关、海上信息节点跨域通信网关和海上信息节点预处理设备。其中，水下感知节点水面汇聚网关汇集覆盖区域内的全部水下感知网络网关节点，用于将各水下感知网络网关节点上传的水下信息通过海上信息节点跨域通信网关发送至海上信息节点预处理设备。海上信息节点预处理设备，用于对经由海上信息节点跨域通信网关发送的水下信息进行预处理，得到预处理数据，并将预处理数据通过海上信息节点跨域通信网关发送至海上信息节点通信设备。海上信息节点通信设备，用于对经由海上信息节点跨域通信网关发送的预处理数据进行数据打包，生成融合数据；将融合数据发送至岸海多通信体制融合接入系统。
实施例2
在上述实施例的基础上，以采用卫星移动通信方式的海上机动信息节点和采用卫星宽带通信方式的海上固定信息节点为例，对广域海洋物联网通信管控系统的工作流程进行说明。
如图2，广域海洋物联网通信管控系统的工作流程具体如下：
1)海上机动信息节点汇集水下水面感知信息，并完成信息压缩与过滤等预处理，通过海上跨域通信网关发送至卫星移动通信设备，卫星移动通信设备通过指定信道将海上节点感知信息发送到岸基业务中心卫星移动通信接收设备。
2)海上固定信息节点汇集水下水面感知信息，并完成信息压缩与过滤等预处理，通过海上跨域通信网关发送至卫星宽带通信设备，卫星宽带通信设备通过指定信道将海上节点感知信息发送到岸基业务中心卫星宽带通信接收设备。
3)岸基业务中心卫星移动通信接收设备与卫星宽带通信接收设备接入到岸海多通信体制融合接入网关。
4)多通信体制融合接入网关作为多通信体制中间件，提供接口适配与协议适配，将接收到的海上机动节点信息与海上固定节点信息进行协议转换，送入主控处理服务器。
5)主控处理服务器进行应用数据分组缓存，依据两类海上信息节点通信请求的时间和优先级，对通信数据进行队列管理，送入应用数据处理机。
6)应用数据处理机将应用数据进行解密与解压缩等处理，并根据应用需求解析源节点信息与数据信息，发送至海洋物联网应用服务系统。
综上所述，本发明所述的广域海洋物联网通信管控系统，利用岸海多通信体制融合接入系统中的岸海多通信体制融合接入网关，以及海上跨域通信管控系统中的海上信息节点跨域通信网关作为广域海洋物联网通信服务的中间件，实现多体制通信网络集成融合与统一状态管理。在业务数据路径选择上，能够根据各海上信息节点通信手段预先设置策略，为上层业务数据包选择优化路径，无须上层业务应用介入；在管理策略配置上，能够提供规范统一的管理手段，实现对广域海洋物联网通信网络运行情况的集中监视。岸海多通信体制融合接入网关与海上信息节点跨域通信网关采用软件定义广域海洋物联网方法，对各种不同体制的通信设备和通信协议进行抽象提取，屏蔽不同通信网络的差异性，向上层用于提供全IP透明的传输承载能力，实现多体制通信网络的接入、融合，为上层应用提供统一接入，不再需要大量的人工转换操作。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种广域海洋物联网通信管控系统，其特征在于，包括：水下传感器、水下感知网络网关节点、海上跨域通信管控系统和岸海多通信体制融合接入系统；
水下传感器，用于感知水下信息；其中，所述水下信息包括：水下目标感知信息和水下环境感知信息；
水下感知网络网关节点，用于将水下传感器感知的水下信息发送至海上跨域通信管控系统；
海上跨域通信管控系统，用于对接收到的水下信息进行预处理，并对预处理结果进行数据打包，生成融合数据；
岸海多通信体制融合接入系统，用于接收海上跨域通信管控系统上传的融合数据，对融合数据进行解析后分类存储；以及，在接收到数据请求消息时，从存储的数据中获取所述数据请求消息所请求的融合数据，并将获取的所述数据请求消息所请求的融合数据分发至各应用终端。
2.根据权利要求1所述的广域海洋物联网通信管控系统，其特征在于，海上跨域通信管控系统在对接收到的水下信息进行预处理时，包括：
对接收到的水下信息进行数据分类；其中，数据类别，包括：监测数据、音频数据和视频数据；
根据水下信息的数据分类结果，选择相匹配的预处理策略，对各水下信息进行预处理。
3.根据权利要求2所述的广域海洋物联网通信管控系统，其特征在于，海上跨域通信管控系统在根据水下信息的数据分类结果，选择相匹配的预处理策略，对各水下信息进行预处理时，包括：
当确定水下信息为监测数据时，对水下信息进行压缩和过滤处理，得到压缩过滤处理后的监测数据；
当确定水下信息为音频数据时，对水下信息进行音频特征提取，得到音频特征数据；
当确定水下信息为视频数据时，，对水下信息进行视频特征提取，得到视频特征数据。
4.根据权利要求1所述的广域海洋物联网通信管控系统，其特征在于，水下传感器的数量为N个，水下感知网络网关节点的数量为M个；其中，1≤M≤N；
N个水下传感器按照监控需求布设在水下；
一个水下感知网络网关节点与至少一个水下传感器连接通信，实现对至少一个水下传感器感知的水下信息的采集。
5.根据权利要求4所述的广域海洋物联网通信管控系统，其特征在于，海上跨域通信管控系统的数量为K个；其中，K≤M；
K个海上跨域通信管控系统组网形成海上跨域通信管控网；其中，K个海上跨域通信管控系统中的其中一个海上跨域通信管控系统作为主海上跨域通信管控系统，其余K-1个海上跨域通信管控系统作为辅海上跨域通信管控系统。
6.根据权利要求5所述的广域海洋物联网通信管控系统，其特征在于，
辅海上跨域通信管控系统，用于获取对应的水下感知网络网关节点上传的水下信息，并将汇集至主海上跨域通信管控系统；
主海上跨域通信管控系统，用于获取对应的水下感知网络网关节点上传的水下信息，以及获取各辅海上跨域通信管控系统上传的水下信息；以及，对获取的全部水下信息并行预处理和打包，生成融合数据；将融合数据发送至岸海多通信体制融合接入系统。
7.根据权利要求1所述的广域海洋物联网通信管控系统，其特征在于，岸海多通信体制融合接入系统，包括：多种通信收发设备、多通信体制融合接入网关、主控处理服务器和应用数据处理机；其中，海上跨域通信管控系统采用不同的通信机制进行融合数据的传输，一种通信收发设备对应接收一种通信机制传输的融合数据；多通信体制融合接入网关，用于接收不同通信收发设备发送的融合数据，并将融合数据整合为统一协议数据格式的融合数据发送至主控处理服务器；主控处理服务器，用于对统一协议数据格式的融合数据进行解析，并按照解析确定的数据类别分类进行存储；应用数据处理机，用于在接收到数据请求消息时，从主控处理服务器存储的数据中获取所述数据请求消息所请求的融合数据，并将获取的所述数据请求消息所请求的融合数据分发至各应用终端。
8.根据权利要求7所述的广域海洋物联网通信管控系统，其特征在于，多种通信收发设备，包括：北斗通信设备、卫星移动通信设备、卫星宽带通信设备和VPN设备。
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