CN111866913B - 无线配置方法及配置系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线配置方法及配置系统，通过远程配置端与设备端建立数据接收平台与数据发送平台之间的通信连接，无线配置方法包括：步骤S1：对远程配置端及设备端进行初始化；步骤S2：通过握手通信协议建立远程配置端与设备端之间的通信链路；步骤S3：在远程配置端与设备端之间进行通信参数的调优及配置建立最终稳定的通信链路，数据接收平台与数据发送平台之间通过通信链路进行交互。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体地说，特别涉及一种用于海上的无线配置方法及配置系统。
背景技术
海洋物联网是在计算机互联网的基础上通过云计算、大数据、移动互联等新一代信息技术，突破在“两洋一海”等重点区域的信息数据感知、获取、传输等多个方面的技术难点，从而构建跨地域、跨空域、跨海域的空天地海一体化网络。搭建可靠传递通信链路、实现更广泛的互联功能，实现信息的可靠交互和共享是物联网技术的基础，但由于海上环境复杂多变、海上施工困难等，海上通信技术的发展要远远落后于陆上通信，在海上建立稳定可靠的通信链路面临困难。
海上观测探测的精细化要求越来越高，投入海上作业的设备种类和数量在不断增加，
考虑商用蜂窝网络的基站覆盖范围、海上设备的发射功率等因素，借助卫星通信或者商用蜂窝网络通信的通信方式成本会持续增加，不利于海上设备的大规模布放。同时为了实现海上设备的智能管控、协同工作、提高海上设备的作业效率和海洋物联网的智能化程度，服务器中需要对海上设备的工作状态进行实时切换，这就需要海上物联网建立稳定可靠、实时可配置的下行通信链路。
海上设备根据不同的工况和工作状态要求可能工作在不同的模式下，可能的模式包括：测试模式、休眠模式、工作模式等。在测试模式下，通信距离一般较近，同时需要快速上传系统工作状态，通信速率要求较高；休眠模式下需要接收配置端的休眠命令，并使设备按照规定进入休眠低功耗模式，在此模式下需用通信部分监控配置端的重启命令；在工作模式下，通信距离一般较远，同时视不同的工作要求，通信速率有较大的变动范围。在不同的模式下，海上设备对于通信的需求不尽相同，需要设计特殊的模块用来控制不同模式下的数据通信。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术和系统存在以下缺点和不足：
(1)现有海上设备多借助于卫星通信方式，其成本较高，还可能产生二次资费，不适用于成本受控制的应用环境。
(2)在海上设备工作时，配置端需要对设备进行实时配置时，现有的通信链路建立方式在复杂的海上环境下，很难保证链路的稳定。
(3)现有的海上设备配置装置未充分考虑不同工作模式下的不同通信需求，或离散的满足单一模式下的通信需求，未将设备的不同工作模式下的通信需求进行整合。
因此，亟需开发一种克服上述缺陷的无线配置方法及配置系统。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种无线配置方法，其中，通过远程配置端与设备端建立数据接收平台与数据发送平台之间的通信连接，所述无线配置方法包括：
步骤S1：对所述远程配置端及所述设备端进行初始化；
步骤S2：通过握手通信协议建立所述远程配置端与所述设备端之间的所述通信链路；
步骤S3：在所述远程配置端与所述设备端之间进行通信参数的调优及配置建立最终稳定的所述通信链路，所述数据接收平台与所述数据发送平台之间通过所述通信链路进行交互。
上述的无线配置方法，其中，所述步骤S1中包括：
步骤S11：对所述设备端的控制单元进行初始化设置；
步骤S12：对所述设备端的射频单元进行初始化设置；
步骤S13：对所述远程配置端的控制单元进行初始化设置；
步骤S14：对所述远程配置端的射频单元进行初始化设置。
上述的无线配置方法，其中，所述步骤S2中包括：
步骤S21：所述远程配置端的控制单元接收并处理所述数据接收平台的控制端输出的配置命令，并判断处理后的配置命令是否符合通信需求；
步骤S22：启动并配置所述远程配置端的射频单元的传输速率等级；
步骤S23：所述远程配置端的控制单元根据通信双方规定的格式创建建立连接数据包并通过射频单元发送至所述设备端的控制单元；
步骤S24：所述设备端的控制单元确认所述建立连接数据包后，创建并发送确认数据包至所述远程配置端的控制单元；
步骤S25：所述远程配置端的控制单元收到所述确认数据包后，根据规定的命令数据包格式创建并发送通信速率切换命令数据包至所述设备端的控制单元；
步骤S26：所述设备端的控制单元确认通信速率切换命令数据包后，创建并发送配置成功回复数据包至所述远程配置端的控制单元。
上述的无线配置方法，其中，所述步骤S3中包括：
步骤S31：所述设备端的控制单元向所述远程配置端的控制单元发送链路质量分析帧；
步骤S32：所述远程配置端的控制单元对所述链路质量分析帧进行处理后获得最优通信参数；
步骤S33：所述远程配置端的控制单元根据最优通信参数发送包含空中速率等级的配置数据包至所述设备端的控制单元，所述设备端的控制单元根据所述配置数据包进行配置。
上述的无线配置方法，其中，所述步骤S32中包括：
所述远程配置端的控制单元对链路质量分析帧的SNR、RSSI值进行提取并进行统计平均，再计算平均SNR、RSSI值与本地数据表数据之间的欧式距离获得最优通信参数。
本发明还提供一种无线配置系统，其中，通过远程配置端与设备端建立数据接收平台与数据发送平台之间的通信连接，所述无线配置系统包括：
设备端，配置于数据发送平台；
远程配置端，配置于数据接收平台；
其中，对所述远程配置端及所述设备端进行初始化，通过握手通信协议建立所述远程配置端与所述设备端之间的所述通信链路，在所述远程配置端与所述设备端之间进行通信参数的调优及配置建立最终稳定的所述通信链路，所述数据接收平台与所述数据发送平台之间通过所述通信链路进行交互。
上述的无线配置系统，其中，所述设备端包括：第一射频单元、第一控制单元；所述远程配置端包括第二射频单元、第二控制单元；其中，所述数据发送平台工作后，所述第一射频单元及所述第一控制单元进行初始化，所述数据接收平台工作后，所述第二单元及所述第二控制单元进行初始化。
上述的无线配置系统，其中，所述第二控制单元接收并处理所述数据接收平台的控制端输出的配置命令，并判断处理后的配置命令是否符合通信需求；所述第二控制单元启动并配置所述第二射频单元的传输速率等级；所述第二控制单元根据通信双方规定的格式创建建立连接数据包并通过第二射频单元发送至所述第一控制单元；所述第一控制单元确认所述建立连接数据包后，创建并发送确认数据包至所述第二控制单元；所述第二控制单元收到所述确认数据包后，根据规定的命令数据包格式创建并发送通信速率切换命令数据包至所述第一控制单元；所述第一控制单元确认通信速率切换命令数据包后，创建并发送配置成功回复数据包至所述第二控制单元。
上述的无线配置系统，其中，所述第一控制单元向所述第二控制单元发送链路质量分析帧；所述第二控制单元对所述链路质量分析帧进行处理后获得最优通信参数；所述第二控制单元根据最优通信参数发送包含空中速率等级的配置数据包至所述第一控制单元，所述第一控制单元根据所述配置数据包进行配置。
上述的无线配置系统，其中，所述第二控制单元对链路质量分析帧的SNR、RSSI值进行提取并进行统计平均，再计算平均SNR、RSSI值与本地数据表数据之间的欧式距离获得最优通信参数。
综上所述，针对海上设备通信过程中的缺点和不足，本发明通过无线配置系统，包括放置在海上设备中的设备端及远程配置端，采用三次握手、链路质量分析、通信参数调优等方法在设备端与配置端之间建立稳定可靠的下行控制链路。本发明中的通信链路建立方式不采用常用的商用网络或者卫星通信方式，有效降低了通信成本，有利于海上设备的大规模布放。同时考虑海上信道的变化，采用链路质量分析根据信道条件实时切换通信参数，保证链路的稳定有效。本发明中的装置考虑了不同工作模式下的通信需求，在需要进行工作状态切换时通过数据传输将切换命令上传到岸基平台，实现不同模式的监控，降低了岸基平台的工作负担。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无线配置方法流程图；
图2为图1中步骤S1的分步骤流程图；
图3为图1中步骤S2的分步骤流程图；
图4为图1中步骤S3的分步骤流程图；
图5为本发明在海上数据接收平台的配置示意图；
图6为本发明无线配置系统的结构示意图；
图7为本发明的应用示意图；
图8为通信速率计算流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”。
请参照图1，图1为本发明无线配置方法流程图。如图1所示，本发明的无线配置方法通过远程配置端与设备端建立数据接收平台与数据发送平台之间的通信连接，所述无线配置方法包括：
步骤S1：对远程配置端及设备端进行初始化；
步骤S2：通过握手通信协议建立远程配置端与设备端之间的通信链路；
步骤S3：在远程配置端与设备端之间进行通信参数的调优及配置建立最终稳定的通信链路，数据接收平台与数据发送平台之间通过通信链路进行交互。
进一步地，请参照图2，图2为图1中步骤S1的分步骤流程图。如图2所示步骤S1中包括：
步骤S11：对设备端的控制单元进行初始化设置；
步骤S12：对设备端的射频单元进行初始化设置；
步骤S13：对远程配置端的控制单元进行初始化设置；
步骤S14：对远程配置端的射频单元进行初始化设置。
再进一步地，请参照图3，图3为图1中步骤S2的分步骤流程图。如图3所示，步骤S2中包括：
步骤S21：远程配置端的控制单元接收并处理数据接收平台的控制端输出的配置命令，并判断处理后的配置命令是否符合通信需求；
步骤S22：启动并配置远程配置端的射频单元的传输速率等级；
步骤S23：远程配置端的控制单元根据通信双方规定的格式创建建立连接数据包并通过射频单元发送至设备端的控制单元；
步骤S24：设备端的控制单元确认建立连接数据包后，创建并发送确认数据包至远程配置端的控制单元；
步骤S25：远程配置端的控制单元收到确认数据包后，根据规定的命令数据包格式创建并发送通信速率切换命令数据包至设备端的控制单元；
步骤S26：设备端的控制单元确认通信速率切换命令数据包后，创建并发送配置成功回复数据包至远程配置端的控制单元。
更进一步地，请参照图4，图4为图1中步骤S3的分步骤流程图。如图4所示，步骤S3中包括：
步骤S31：设备端的控制单元向远程配置端的控制单元发送链路质量分析帧；
步骤S32：远程配置端的控制单元对链路质量分析帧进行处理后获得最优通信参数；
步骤S33：远程配置端的控制单元根据最优通信参数发送包含空中速率等级的配置数据包至设备端的控制单元，设备端的控制单元根据配置数据包进行配置。
其中，在步骤S32中，远程配置端的控制单元对链路质量分析帧的SNR、RSSI值进行提取并进行统计平均，再计算平均SNR、RSSI值与本地数据表数据之间的欧式距离获得最优通信参数。
请参照图5及图6，图5为本发明在海上数据接收平台的配置示意图；图6为本发明无线配置系统的结构示意图。如图5及图6所示，本发明的无线配置系统包括：远程配置端11及设备端21；通过远程配置端11与设备端21建立数据接收平台1与数据发送平台2之间的通信连接，设备端21配置于数据发送平台2，远程配置端11配置于数据接收平台1，对所述远程配置端11及所述设备端21进行初始化，通过握手通信协议建立所述远程配置端11与所述设备端21之间的所述通信链路，在所述远程配置端11与所述设备端21之间进行通信参数的调优及配置建立最终稳定的所述通信链路，所述数据接收平台1与所述数据发送平台2之间通过所述通信链路进行交互。
需要说明的是，在本实施例中，以本发明应用于海上作业场景为例进行说明，数据接收平台1为岸基平台，数据发送平台2为海上平台，但本发明并不局限于所列举的实施例及应用场景。
具体地说，在本实施例中，设备端21安装在海上数据接收平台中，作为海上平台主控电路的从设备使用，负责监控海上平台的配置需求，海上平台接收海上设备采集的海上数据后通过设备端21发送至远程配置端11，远程配置端11将海上数据传输至岸基平台1的服务器端12，服务器端12负责链路质量的分析和通信参数的计算，并通过通信链路下传到海上设备中。服务器端的数据允许客户进行访问。
其中，在本实施例中，数据接收平台1还包括无人机13，远程配置端还可配置于无人机13上，海上平台接收海上设备采集的海上数据后通过设备端21发送至无人机13的远程配置端，无人机13的远程配置端将海上数据传输至岸基平台1的服务器端12，从而扩大数据传输范围。
值得注意的是，本发明能够解决海上设备通信过程中通信成本过高，不利用大规模布放，同时通信链路不稳定，实时配置不能兼容各工作模式需求等问题，整个实时配置过程中还可以包含多个设备端也可以包含多个远程配置端。
进一步地，所述设备端包括：第一控制单元211、第一射频单元、第一定位单元213、第一串口单元214及第一电源单元215，第一射频单元包括射频模块2121及射频控制模块2122。其中射频模块2121分包括射频天线、射频接口及射频匹配电路，在本例中射频天线使用的是433MHz通信天线，但本发明并不以此为限。射频控制模块2122负责将数据转换为射频信号并通过射频接口传输到射频天线进行发射，在本例中射频控制模块2122使用了Ra-02LoRa射频模块，但本发明并不以此为限。射频控制模块2122通过SPI口接收第一控制单元211的配置命令，并与第一控制单元211进行双向通信，第一控制单元211部分负责任务调度，通信协议实现的功能，为了降低整个设备的成本，本例中第一控制单元211采用C8051F120单片机完成整个控制任务，但本发明并不以此为限，第一控制单元211通过SPI口与Ra-02模块连接，第一控制单元211通过第一串口单元214接收海上设备输出的海上数据；第一定位单元213与第一控制单元211连接，第一定位单元213通过定位天线输出设备端的位置信息；第一电源单元215兼容海上设备电源接口，为设备端21提供电源支持。
其中，所述远程配置端11包括：第二控制单元111、第二射频单元、第二定位单元113、第二串口单元114及第二电源单元115，第二射频单元包括射频模块1121及射频控制模块1122。其中射频模块1121分包括射频天线、射频接口及射频匹配电路，在本例中射频天线使用的是433MHz通信天线，但本发明并不以此为限。射频控制模块1122负责将数据转换为射频信号并通过射频接口传输到射频天线进行发射，在本例中射频控制模块1122使用了Ra-02LoRa射频模块，但本发明并不以此为限。射频控制模块1122通过SPI口接收第二控制单元111的配置命令，并与第二控制单元111进行双向通信，第二控制单元111部分负责任务调度，通信协议实现的功能，为了降低整个设备的成本，本例中第二控制单元111采用C8051F120单片机完成整个控制任务，但本发明并不以此为限，第二控制单元111通过SPI口与Ra-02模块连接，第二控制单元111通过第二串口单元114接收岸基平台输出的配置命令；第二定位单元113与第二控制单元111连接，第二定位单元213通过定位天线接收第一定位单元213输出的位置信息，为通信链路建立提供位置信息；第二电源单元115兼容海上设备电源接口，为远程配置端11提供电源支持。
需要说明的是，在本例中采用LoRa通信体制进行举例说明，但本发明并不以此为限。
请参照图7及图8，图7为本发明的应用示意图；图8为通信速率计算流程图，结合图7及图8具体说明本发明工作过程。如图7及图8所示，
设备端21安装在海上平台中，在海上平台工作后，设备端21进行初始化，初始化的步骤包括：
(1)单片机初始化，包括串口初始化、晶振初始化、串口初始化、定时器初始化；
(2)单片机完成初始化后，需要对Ra-02射频通信芯片进行初始化，包括：SPI初始化、Ra-02重置、Ra-02芯片初始化；
(3)SPI初始化，根据sx127*系列通信芯片的要求，需要在进行通信前进行SPI初始化，初始化的步骤为：拉低CE引脚电平，同时拉低CKL引脚电平，随后拉高CE引脚电平，完成后延时500ms，完成SPI初始化工作。
(4)Ra-02重置，具体步骤为：Ra-02Reset引脚拉低电平并延时10ms，然后拉高Reset电平，延时50ms完成Ra-02的重置。
(5)Ra-02芯片初始化，具体步骤包括：将Ra-02芯片切换到睡眠模式，并配置芯片进入LoRa扩频模式；将芯片切换到普通模式，配置芯片的DIO映射表，发射频率配置到433MHz，配置最大发射功率，配置同步头模式为显性模式，配置超时中断的时长，配置探针长度为8个符号位，开启低速率优化；完成以上步骤后，根据速率等级表中的速率等级0(配置专用速率)，配置Ra-02芯片的扩频因子、编码速率、发射带宽等参数。
(6)完成整个初始化功能后，设备端进入接收模式，等待远程配置端的配置命令，此时工作的速率等级为速率等级0。
设备端进入正常工作，通过建立的通信链路收到配置命令后，将解码命令字并判断命令字格式是否符合通信需求，具体步骤为：
(1)判断命令字的首位是否为命令字配置格式’$’，如果匹配则进入下一步骤，如果匹配失败则置1匹配失败标志位，等待下一次配置命令。
(2)判断命令字的第2位，命令字的传输方向是否符合要求，如果符合要求则进入下一判断步骤，如果不符合要求则置1方向错误标志位，等待下一次配置命令。
(3)判断命令字的第3位，命令字的格式是否在允许的范围内，如果在允许范围内则进入下一判断步骤，如果不符合要求则置1命令字错误标志位，等待下一次配置命令。
(4)判断命令字的第4-5位，设备ID号是否与本机的设备ID号匹配，如果匹配则进入下一个判断步骤，如果不匹配则置1ID号不匹配标志位，等待下一次配置命令。
(5)判断命令字的第6位，命令字的速率等级是否在要求的范围内，如果在允许范围内则进入下一个判断步骤，如果不在允许范围内则置1速率等级超界标志位，等待下一次配置命令。
(6)判断命令字的第7位，命令字的编码速率是否在要求的范围内，如果在允许范围内则进入下一个判断步骤，如果不在允许范围内则置1编码速率超界标志位，等待下一次配置命令。
(7)根据设备调试需求判断8-10位的命令字，如果不符合范围要求，则置1相应的错误标志位。
上述步骤中的错误标志定位为枚举类型，参考的错误标志定义为：
命令字判断无误后，设备端将相应的命令通过串口上传到海上设备控制端，海上设备根据命令字内容进行相应的工作模式调整。
远程配置端作为岸基平台主控电路的从设备使用，负责远程配置海上设备。在控制中心开始工作后，配置端进行初始化，初始化的步骤包括：
(1)单片机初始化，包括串口初始化、晶振初始化、串口初始化、定时器初始化；
(2)单片机完成初始化后，需要对Ra-02射频通信芯片进行初始化，包括：SPI初始化、Ra-02重置、Ra-02芯片初始化；
(3)SPI初始化，根据sx127*系列通信芯片的要求，需要在进行通信前进行SPI初始化，初始化的步骤为：拉低CE引脚电平，同时拉低CKL引脚电平，随后拉高CE引脚电平，完成后延时500ms，完成SPI初始化工作。
(4)Ra-02重置，具体步骤为：Ra-02Reset引脚拉低电平并延时10ms，然后拉高Reset电平，延时50ms完成Ra-02的重置。
(5)Ra-02芯片初始化，具体步骤包括：将Ra-02芯片切换到睡眠模式，并配置芯片进入LoRa扩频模式；将芯片切换到普通模式，配置芯片的DIO映射表，发射频率配置到433MHz，配置最大发射功率，配置同步头模式为显性模式，配置超时中断的时长，配置探针长度为8个符号位，开启低速率优化；完成以上步骤后，根据速率等级表中的速率等级0(配置专用速率)，配置Ra-02芯片的扩频因子、编码速率、发射带宽等参数。
(6)完成整个初始化功能后，设备端进入接收模式，等待远程配置端的配置命令，此时工作的速率等级为速率等级0。
配置端进入正常工作，通过串口接收岸基平台的配置命令，将解码命令字并判断命令字格式是否符合通信需求，具体步骤为：
(1)判断命令字的首位是否为命令字配置格式’$’，如果匹配则进入下一步骤，如果匹配失败则置1匹配失败标志位，要求控制端进行命令字重传。
(2)判断命令字的第2位，命令字的传输方向是否符合要求，如果符合要求则进入下一判断步骤，如果不符合要求则置1方向错误标志位，要求控制端进行命令字重传。
(3)判断命令字的第3位，命令字的格式是否在允许的范围内，如果在允许范围内则进入下一判断步骤，如果不符合要求则置1命令字错误标志位，要求控制端进行命令字重传。
(4)判断命令字的第4-5位，设备ID号是否与本机的设备ID号匹配，如果匹配则进入下一个判断步骤，如果不匹配则置1ID号不匹配标志位，要求控制端进行命令字重传。
(5)判断命令字的第6位，命令字的速率等级是否在要求的范围内，如果在允许范围内则进入下一个判断步骤，如果不在允许范围内则置1速率等级超界标志位，要求控制端进行命令字重传。
(6)判断命令字的第7位，命令字的编码速率是否在要求的范围内，如果在允许范围内则进入下一个判断步骤，如果不在允许范围内则置1编码速率超界标志位，要求控制端进行命令字重传。
(7)根据设备调试需求判断8-10位的命令字，如果不符合范围要求，则置1相应的错误标志位，要求控制端进行命令字重传。
命令字错误格式判断与上述设备端的判断格式相同。
命令字判断无误后，配置端切换到发射模式，将命令字进行发射，并等待设备端的回应。
设备端与配置端在进行命令字配置前需要建立稳定的通信链路，图7给出了海上设备与配置端建立通信链路的方法，其配置方法采用三次握手方式在设备端与配置端之间按照通信协议采用握手通信协议建立链接、通信链路质量分析、通信链路维护、通信参数调优、通信参数配置、工作状态切换等步骤建立通信链接，配置端与各个设备端之间维护一个稳定的通信链路。其中握手连接过程包括以下几个步骤：
1)配置端通过第二串口单元与岸基平台进行连接，并以串口通信方式接收岸基平台的总控制端14的命令字，接收命令字后，第二控制单元解码判断命令字是否正确；如果正确则进入下一步骤，如果出现错误则通过第二串口单元要求总控制端进行重传；
(2)命令字验证正确之后，配置端中的第二控制单元通过SPI口启动射频控制模块1122，射频控制模块1122切换到命令字传输专用速率等级，在本例中使用速率等级0进行传输，具体的速率等级参数见附表1所示；
(3)第二控制单元111根据通信双方规定的格式创建包含加密信息和海上设备端ID号的建立连接数据包(SKN)；
(4)第二控制单元通过SPI口将建立连接数据包传输到射频控制模块1122，并进行数据缓存，传输完成后，第二控制单元启动发送命令，射频控制模块1122发送建立连接数据包，通过射频模块1121发送建立连接请求信号到海上设备端，发送完成之后第二控制单元将射频控制模块1122切换到接收模式，等待海上设备端的回复信号，射频模块1121及射频控制模块1122在规定的时间内进行信号接收，第二控制单元进行信号判断，如果接收到回复信号则进入下一步骤，如果未接收到回复信号，第二控制单元控制射频控制模块1122切换回发送模式并重复此步骤，如果达到规定的连接次数未收到回复信号则表示连接失败；
(5)海上设备端在完成初始化后，第一控制单元控制射频控制模块2122工作在接收模式，射频模块2121及射频控制模块2122接收配置端信号，收到建立连接数据包后，射频控制模块2122通过SPI口将数据包信息传输到第一控制单元，第一控制单元解码加密信息并核对ID号，完成第一次握手；
(6)海上设备端将信息核对成功后，第一控制单元创建包含ID号与加密信息的确认数据包，并通过SPI口将确认数据包缓存到射频控制模块2122，第一控制单元将射频控制模块2122切换到发送模式，第一控制单元控制射频控制模块2122将缓存数据通过射频模块2121向配置端发送，完成第二次握手，完成握手后，第一控制单元控制射频控制模块2122切换到接收模式；
(7)配置端通过射频模块1121及射频控制模块1122接收确认数据包，第二控制单元判断确认信号是否合规，如果符合规范，表明数据链接建立完毕，第二控制单元创建通信速率切换命令数据包并通过SPI口缓存到射频控制模块1122，具体的格式见附表2所示，第二控制单元控制射频控制模块1122切换到发送模式，通过射频模块1121将缓存数据向设备端进行传输。
(8)海上设备端通过射频模块2121及射频控制模块2122接收通信速率切换命令数据包，第一控制单元判断数据包是否合规，如果符合规范第一控制单元创建配置成功回复数据包，通过SPI口缓存到射频控制模块2122，第一控制单元控制射频控制模块2122通过射频模块2121，将缓存数据发送到配置端，完成第三次握手。
其中，所述握手方式在设备端与配置端之间进行握手通信时，包含设备编号确认，可根据设备编号判断配置命令的路由地址。
通信参数调优及通信参数配置包括以下步骤：
(1)配置端与海上设备端通过三次握手建立有效链接后，第一控制单元通过SPI口将链路质量分析帧缓存到射频控制模块2122，射频控制模块2122通过射频模块2121向配置端发送链路质量分析帧，其中发送次数N由第一控制单元控制；
(2)配置端通过射频模块1121及射频控制模块1122接收N帧链路质量分析帧并通过SPI口传输到第二控制单元，第二控制单元对N帧链路质量分析帧的SNR、RSSI值进行提取并进行统计平均；
(3)第二控制单元计算平均SNR、RSSI值与本地数据表数据之间的欧式距离，具体的计算公式如下所示，MCU部分判断最优传输速率、编码速率，如果计算的欧式距离超过允许范围，则判定最大传输速率不能保证数据的传输质量，则返回缩小通信距离重新建立数据链接。
其中，DataRec表示接收数据，DataBuffer表示本地数据表，SNRRec表示接收的信噪比，SNRBuffer表示本地数据表中的信噪比，RSSIRec表示接收的RSSI值，RSSIBuffer表示本地数据表中的RSSI值。
(4)第二控制单元确定最优传输速率、编码速率后，第二控制单元将包含传输速率编码速率的数据包缓存到射频控制模块1122，射频控制模块1122通过射频模块1121将数据包发送到设备端，发送的配置速率等级为速率等级0，发送完成后第二控制单元控制射频控制模块1122切换到接收模式，通过射频模块1121及射频控制模块1122接收回复信号，第二控制单元判断回复信号格式，如果接收到合规回复信号，则表明配置成功，如果没有接收到合规回复信号则在允许的重传次数内进行重新配置，如果超过最大重传次数则返回进行数据链路的建立。
配置端采用特殊的命令字格式对设备端进行不同模式的切换，命令字长度为10位，具体的配置命令格式如表1所示。
表1命令字格式说明表
配置端与设备端之间根据通信距离的不同，选择最优通信参数进行通信，通信参数集成于通信速率等级及编码速率，具体的参数组成包括：扩频因子、通信带宽、编码速率，各个通信速率等级的具体参数如表2所示，其中速率等级0兼顾了通信速率与通信距离，保留为初始配置速率等级。
表2速率等级参数组成表
综上所述，本发明解决了数据发送平台与数据接收平台通信过程中通信成本过高，不利用大规模布放，同时通信链路不稳定，不能兼容各工作模式需求等问题，本发明的无线配置方法及配置系统具有低成本、稳定性较高的优点，同时还可根据链路质量进行速率切换，兼容各工作模式下通信需求。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种无线配置方法，其特征在于，通过远程配置端与设备端建立数据接收平台与数据发送平台之间的通信连接，所述无线配置方法包括：
步骤S1：对所述远程配置端及所述设备端进行初始化；
步骤S2：通过握手通信协议建立所述远程配置端与所述设备端之间的所述通信链路；
步骤S3：在所述远程配置端与所述设备端之间进行通信参数的调优及配置建立最终稳定的所述通信链路，所述数据接收平台与所述数据发送平台之间通过所述通信链路进行交互；
其中，所述通信参数包括扩频因子、通信带宽、编码速率；
其中，在所述步骤S2中还包括：所述远程配置端接收并处理所述数据接收平台输出的配置命令，并判断处理后的所述配置命令是否符合通信需求，当符合通信需求时所述远程配置端切换到发射模式，其中远程配置端对所述配置命令的命令字判断无误后，切换到发射模式并将所述命令字进行发射，等待所述设备端的回应。
2.如权利要求1所述的无线配置方法，其特征在于，所述步骤S1中包括：
步骤S11：对所述设备端的控制单元进行初始化设置；
步骤S12：对所述设备端的射频单元进行初始化设置；
步骤S13：对所述远程配置端的控制单元进行初始化设置；
步骤S14：对所述远程配置端的射频单元进行初始化设置。
3.如权利要求2中所述的无线配置方法，其特征在于，所述步骤S2中包括：
步骤S21：所述远程配置端的控制单元接收并处理所述数据接收平台的控制端输出的配置命令，并判断处理后的配置命令是否符合通信需求；
步骤S22：启动并配置所述远程配置端的射频单元的传输速率等级；
步骤S23：所述远程配置端的控制单元根据通信双方规定的格式创建建立连接数据包并通过射频单元发送至所述设备端的控制单元；
步骤S24：所述设备端的控制单元确认所述建立连接数据包后，创建并发送确认数据包至所述远程配置端的控制单元；
步骤S25：所述远程配置端的控制单元收到所述确认数据包后，根据规定的命令数据包格式创建并发送通信速率切换命令数据包至所述设备端的控制单元；
步骤S26：所述设备端的控制单元确认通信速率切换命令数据包后，创建并发送配置成功回复数据包至所述远程配置端的控制单元。
4.如权利要求3所述的无线配置方法，其特征在于，所述步骤S3中包括：
步骤S31：所述设备端的控制单元向所述远程配置端的控制单元发送链路质量分析帧；
步骤S32：所述远程配置端的控制单元对所述链路质量分析帧进行处理后获得最优通信参数；
步骤S33：所述远程配置端的控制单元根据最优通信参数发送包含空中速率等级的配置数据包至设备端的控制单元，设备端的控制单元根据配置数据包进行配置。
5.如权利要求4所述的无线配置方法，其特征在于，所述步骤S32中包括：
所述远程配置端的控制单元对链路质量分析帧的SNR、RSSI值进行提取并进行统计平均，再计算平均SNR、RSSI值与本地数据表数据之间的欧式距离获得最优通信参数。
6.一种无线配置系统，其特征在于，通过远程配置端与设备端建立数据接收平台与数据发送平台之间的通信连接，所述无线配置系统包括：
设备端，配置于数据发送平台；
远程配置端，配置于数据接收平台；
其中，对所述远程配置端及所述设备端进行初始化，通过握手通信协议建立所述远程配置端与所述设备端之间的所述通信链路，在所述远程配置端与所述设备端之间进行通信参数的调优及配置建立最终稳定的所述通信链路，所述数据接收平台与所述数据发送平台之间通过所述通信链路进行交互；
其中，所述通信参数包括扩频因子、通信带宽、编码速率；
其中，所述远程配置端接收并处理所述数据接收平台输出的配置命令，并判断处理后的所述配置命令是否符合通信需求，当符合通信需求时所述远程配置端切换到发射模式，其中远程配置端对所述配置命令的命令字判断无误后，切换到发射模式并将所述命令字进行发射，等待所述设备端的回应。
7.如权利要求6所述的无线配置系统，其特征在于，所述设备端包括：第一射频单元、第一控制单元；所述远程配置端包括第二射频单元、第二控制单元；其中，所述数据发送平台工作后，所述第一射频单元及所述第一控制单元进行初始化，所述数据接收平台工作后，所述第二射频单元及所述第二控制单元进行初始化。
8.如权利要求7中所述的无线配置系统，其特征在于，所述第二控制单元接收并处理所述数据接收平台的控制端输出的配置命令，并判断处理后的配置命令是否符合通信需求；所述第二控制单元启动并配置所述第二射频单元的传输速率等级；所述第二控制单元根据通信双方规定的格式创建建立连接数据包并通过第二射频单元发送至所述第一控制单元；所述第一控制单元确认所述建立连接数据包后，创建并发送确认数据包至所述第二控制单元；所述第二控制单元收到所述确认数据包后，根据规定的命令数据包格式创建并发送通信速率切换命令数据包至所述第一控制单元；所述第一控制单元确认通信速率切换命令数据包后，创建并发送配置成功回复数据包至所述第二控制单元。
9.如权利要求8所述的无线配置系统，其特征在于，所述第一控制单元向所述第二控制单元发送链路质量分析帧；所述第二控制单元对所述链路质量分析帧进行处理后获得最优通信参数；所述第二控制单元根据最优通信参数发送包含空中速率等级的配置数据包至所述第一控制单元，所述第一控制单元根据所述配置数据包进行配置。
10.如权利要求9所述的无线配置系统，其特征在于，所述第二控制单元对链路质量分析帧的SNR、RSSI值进行提取并进行统计平均，再计算平均SNR、RSSI值与本地数据表数据之间的欧式距离获得最优通信参数。
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