CN112242868B - 一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法 - Google Patents

一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，涉及卫星数据传输技术领域；包括终端内部主控制器、低速卫星通信模块、高速卫星通信模块、发射模块以及接收模块；低速卫星通信模块和高速通信模块均连接在终端内部主控制器上，低速卫星通信模块用于传输终端内部主控制器采集的传感器数据和设备自身状态数据；高速卫星通信模块用于传输终端内部主控制器采集的大流量数据，且该大流量数据包括但不限于语音、图像以及视频；发射模块和接收模块均同低速卫星通信模块和高速卫星通信模块电性连接；本发明的有益效果是：通过低速传输通道和高速传输通道的配合，可在一个卫星物联网终端上实现低速和高速数据同时传输。

Description

一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法
技术领域
本发明涉及卫星数据传输技术领域，更具体的说，本发明涉及一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法。
背景技术
卫星物联网系统所传输的数据，大多数情况下是一些数据量小、速率低、实时性要求不高的应用数据，如设备工作状态、传感器数据、异常报警等信息。该应用场景多为户外环境信息采集、设备运行状态监控等。
但对于有些应用场景，如传输语音、图片、视频等信息，需要传输一些数据量较大、实时性要求较高的场景，上述低速率卫星物联网系统，受限于卫星物联网终端的通道容量限制，难以满足需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，通过低速传输通道和高速传输通道的配合，可在一个卫星物联网终端上实现低速和高速数据同时传输。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可传输中高速数据的卫星物联网终端，其改进之处在于，包括终端内部主控制器、低速卫星通信模块、高速卫星通信模块、发射模块以及接收模块；
所述的低速卫星通信模块和高速通信模块均连接在终端内部主控制器上，且所述低速卫星通信模块用于传输终端内部主控制器采集的传感器数据和设备自身状态数据；所述的高速卫星通信模块用于传输终端内部主控制器采集的大流量数据，且该大流量数据包括但不限于语音、图像以及视频；
所述的发射模块和接收模块均同低速卫星通信模块和高速卫星通信模块电性连接，通过发射模块和接收模块，实现终端内部主控制器与后台服务器的数据通信。
在上述的结构中，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括连接在终端内部主控制器上的传感器外设。
在上述的结构中，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括连接在终端内部主控制器上的语音采集器，该语音采集器用于实现语音的采集。
在上述的结构中，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括连接在终端内部主控制器上的图像/视频采集器，该图像/视频采集器用于实现图像和视频的采集。
在上述的结构中，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括电桥，所述的低速卫星通信模块、高速卫星通信模块、发射模块以及接收模块均连接在该电桥上。
在上述的结构中，所述的低速卫星通信模块通过发射模块与远程服务器实现通信前的信道配置参数交互，信道配置参数包括但不限于卫星信道通信参数、请求分配卫星信道以及释放卫星信道。
另一方面，本发明还提供了一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其改进之处在于，该数据传输方法包括以下的步骤：
S1、高速数据通信信道资源的申请，终端内部主控制器通过低速卫星通信模块和发射模块，向后台服务器申请高速数据通信信道资源；
S2、高速数据通信信道资源的分配，后台服务器在收到申请信息后，根据当前卫星信道上高速信道资源占用情况，分配一个可用的高速数据通信信道资源，包含有信道资源参数；
S3、信道资源参数的回传，分配好上述的信道资源参数后，后台服务器再通过接收模块和低速卫星通信模块，将上述的信道资源参数传输至终端内部主控制器；
S4、高速数据的传输，终端内部主控制器收到上述的信道资源参数后，启动高速卫星通信模块，高速卫星通信模块通过发射模块，实现高速数据的传输；完成高速数据传输后，通过低速卫星通信模块和发射模块，告知后台服务器高速数据传输完毕。
进一步的，所述的步骤S4之后，还具有以下的步骤：
S41、完成高速数据传输后，通过低速卫星通信模块和发射模块，告知后台服务器高速数据传输完毕以及传输消息包总的数量；
S42、后台服务器判定实际接收的消息包数量与终端内部主控制器发送的数据包数量是否相同，如不相同，则通过接收模块和低速卫星通信模块向终端内部主控制器告知丢失消息包对应的序号，终端内部主控制器再通过高速卫星通信模块和发射模块重新发射丢失的消息包；
S43、重复上述的步骤S41，直至全部数据包传输完毕且后台服务器接收完全；
S44、后台服务器通过低速卫星通信模块和接收模块，向终端内部主控制器告知即将切断与高速卫星通信模块的连接，随后后台服务器切断与高速卫星通信模块之间的连接，并释放高速通道资源。
进一步的，所述的步骤S2中，所述的信道资源参数包括但不限于通信频率、带宽、速率以及信道可占用时间段。
进一步的，所述的步骤S4中，终端内部主控制器启动高速卫星通信模块的方式包括终端内部主控制器主动触发方式和后台服务器远程触发方式。
本发明的有益效果是：可以在低速率物联网系统基础上，增加了一个高速传输通道，通过与低速传输通道的密切配合，可以在一个卫星物联网终端上实现低速数据和高速数据的同时传输；大大拓展了卫星物联网的应用场景，可用于现场人员与远程人员的实时语音互动、多媒体信息交互等。
附图说明
图1为本发明的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的结构示意图。
图2为本发明的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1所示，本发明揭示了一种可传输中高速数据的卫星物联网终端，具体的，包括终端内部主控制器10、低速卫星通信模块20、高速卫星通信模块30、发射模块40以及接收模块50；所述的低速卫星通信模块20和高速通信模块均连接在终端内部主控制器10上，且所述低速卫星通信模块20用于传输终端内部主控制器10采集的传感器数据和设备自身状态数据；所述的高速卫星通信模块30用于传输终端内部主控制器10采集的大流量数据，且该大流量数据包括但不限于语音、图像以及视频；所述的发射模块40和接收模块50均同低速卫星通信模块20和高速卫星通信模块30电性连接，通过发射模块40和接收模块50，实现终端内部主控制器10与后台服务器的数据通信。所述的低速卫星通信模块20通过发射模块40与远程服务器实现通信前的信道配置参数交互，信道配置参数包括但不限于卫星信道通信参数、请求分配卫星信道以及释放卫星信道。
在本实施例中，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括电桥60，所述的低速卫星通信模块20、高速卫星通信模块30、发射模块40以及接收模块50均连接在该电桥60上，电桥60的具体型号为HC0450A03，由于电桥60的结构在现有技术中较为常见，本实施例中则不再详细的说明。低速卫星通信模块20通过电桥60，可与发射模块40和接收模块50建立连接，同样的，高速卫星通信模块30也可以通过电桥60，与发射模块40和接收模块50建立连接；低速卫星通信模块20和高速卫星通信模块30共用一个发射模块40和接收模块50，大大降低了终端的成本。另外，在本实施例中，所述发射模块40的型号为NJT8318NMR，接收模块50的型号为HS1058BN。
低速卫星通信模块20、高速卫星通信模块30与终端内部主控制器10之间通过TTL串口连接进行通信，且其工作电源及使能受终端内部主控制器10的控制。低速卫星通信模块20、高速卫星通信模块30与终端内部主控制器10之间还有控制引脚和状态反馈引脚，包括数据接收完成引脚、数据发送完成引脚、进入休眠模式控制引脚、进入数据发送模式控制引脚以及进入数据接收模式引脚。低速卫星通信模块20块起到了数据传输、信道配置参数交互等作用，该低速卫星通信模块20可以采用现有技术已经成熟的模块，例如Digi M10卫星通信模块。在本实施例中，高速卫星通信模块30的型号为VT-DT2-CC1310，VT-DT2-CC1310系列无线数据传输模块基于TI高性能SOC芯片CC1310设计，集成了SUB-1G无线收发器和工业级ARMCortex-M3处理器，是超远距离和超低功耗的无线数传模块。
在上述的实施例中，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括连接在终端内部主控制器10上的传感器外设101、语音采集器102以及图像/视频采集器103，其中，对于终端内部主控制器10提出了一个具体实施方式，终端内部主控制器10的具体型号STM32F429，属于成熟的芯片，本实施例中不再详细的解释说明；传感器外设101通过对外部环境的监测，并将监测得到的数据传输至终端内部主控制器10内，语音采集器102用于实现语音的采集，并将采集语音传递到终端内部主控制器10内，在本发明的具体实施例中，语音采集器102包括语音采集板，其具体的型号为AP280，AP280是一款低码率(2.0kbps-8.0kbps)语音编解码芯片，该芯片采用多带激励的方法，在编码时首先对语音进行分帧处理，每帧时长20ms，再对每帧语音进行特征分析，得到特征参数，然后对这些参数分别采用标量量化或矢量量化，得到最终的编码数据，编码数据的长度根据编码速率的不同而不同。同样的，图像/视频采集器103用于实现图像和视频的采集，并将采集的图像和视频传递到终端内部主控制器10内，在本发明的具体实施例中，图像/视频采集器103的型号为PTC01-130，PTC01-130是一款130万像素红外夜视串口摄像头，内置PTC1M3系列高性能串口摄像机模块以及12灯自动感光红外灯板，其分辨率可达1280x960，波特率可达460800bps。产品图像输出采用标准JPEG格式，可在黑暗环境下正常拍照，方便地兼容各种图像处理软件；自动感光的红外灯板更可令产品在各种光照条件下清晰成像。
基于本发明揭示的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端，可以在低速率物联网系统基础上，增加了一个高速传输通道，通过与低速传输通道的密切配合，可以在一个卫星物联网终端上实现低速数据和高速数据的同时传输；大大拓展了卫星物联网的应用场景，可用于现场人员与远程人员的实时语音互动、多媒体信息交互等。
结合图2所示，在上述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的基础上，对于数据传输方法，本发明也提供了一具体实施例，具体的，该数据传输方法包括以下的步骤：
S1、高速数据通信信道资源的申请，终端内部主控制器10通过低速卫星通信模块20和发射模块40，向后台服务器申请高速数据通信信道资源；
S2、高速数据通信信道资源的分配，后台服务器在收到申请信息后，根据当前卫星信道上高速信道资源占用情况，分配一个可用的高速数据通信信道资源，包含有信道资源参数；
所述的步骤S2中，所述的信道资源参数包括但不限于通信频率、带宽、速率以及信道可占用时间段；
S3、信道资源参数的回传，分配好上述的信道资源参数后，后台服务器再通过接收模块50和低速卫星通信模块20，将上述的信道资源参数传输至终端内部主控制器10；
S4、高速数据的传输，终端内部主控制器10收到上述的信道资源参数后，启动高速卫星通信模块30，高速卫星通信模块30通过发射模块40，实现高速数据的传输；完成高速数据传输后，通过低速卫星通信模块20和发射模块40，告知后台服务器高速数据传输完毕。
另外，所述的步骤S4之后还包括以下的步骤：
S41、完成高速数据传输后，通过低速卫星通信模块20和发射模块40，告知后台服务器高速数据传输完毕以及传输消息包总的数量；
S42、后台服务器判定实际接收的消息包数量与终端内部主控制器10发送的数据包数量是否相同，如不相同，则通过接收模块50和低速卫星通信模块30向终端内部主控制器10告知丢失消息包对应的序号，终端内部主控制器10再通过高速卫星通信模块30和发射模块40重新发射丢失的消息包；
S43、重复上述的步骤S41，直至全部数据包传输完毕且后台服务器接收完全；
S44、后台服务器通过低速卫星通信模块20和接收模块50，向终端内部主控制器10告知即将切断与高速卫星通信模块30的连接，随后后台服务器切断与高速卫星通信模块30之间的连接，并释放高速通道资源。
所述的步骤S44中，后台服务器切断与高速卫星通信模块30之间的连接后，终端内部主控制器10则关闭高速卫星通信模块30的电源，只保留低速卫星通信模块20电源的开启。
受卫星信道资源有限的约束，传统的卫星物联网终端平时工作在低速通信模式下(只能发送短报文)，主要采集外部传感器数据，很难传输语音或图片等大量占用信道带宽资源的信息。
本方案在在传输低速数据基础上，增加了可以传输突发性高速数据的功能。需要克服的点是高速模块采用的信道如何启用。考虑到高速信道业务的突发性、低频次，为了提高信道的利用率，整个卫星通信系统为网络内的所有终端分配有限的公共高速传输信道。每个终端不是按照常规方式开启高速通道(需要传输就直接开启高速模块)，而是先通过低速信道获得卫星网络授权后才能使用。该方式能够在不长久占用卫星信道资源的情况下，实现一些突发性的中高速数据传输。终端通过申请授权的方式，共用有限的高速信道，提高了信道的利用率，减少了终端同时传输数据时的碰撞。
需要进一步说明的是，所述的步骤S4中，终端内部主控制器10启动高速卫星通信模块30的方式包括终端内部主控制器10主动触发方式和后台服务器远程触发方式。其中对于终端内部主控制器10主动触发方式，终端内部主控制器10根据自身设定的规则产生，如定时时间到、检测到异常报警、现场人员触发等。另一种为后台服务器远程触发方式，后台服务器根据设定规则产生，如定时时间到，或者管理人员根据监管需要随时主动触发产生。后台服务器远程触发产生时，后台服务器先通过低速数据通道向终端内部主控制器10下发一个传输指定类型数据的指令，终端收到指令后，向后台发起一个申请建立高速通道的流程。其中，所述的低速数据通道，即为通过低速卫星通信模块20传输数据的通道；所述的高速数据通道，即为通过高速卫星通信模块30传输数据的通道。
对于上述的步骤S4中，通过终端内部主控制器10、高速卫星通信模块30、电桥60以及发射模块40实现高速数据的传输，其具体过程如下：终端内部主控制器10控制打开高速卫星通信模块30的电源，待高速通信模块反馈启动成功后，主控制器将数据分包传输给高速通信模块，具体分包规则(包大小、包间隔)根据后台服务器分配的速率、带宽而定。传输过程中，后台服务器收到的每个高速数据包的序号等信息，可通过低速模块下发给终端内部主控制器10，终端内部主控制器10依此判断是否出现高速数据包丢包及是否需要重传某一个高速数据包。
本发明揭示的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，可以在低速率物联网系统基础上，增加了一个高速传输通道，通过与低速传输通道的密切配合，可以在一个卫星物联网终端上实现低速数据和高速数据的同时传输；大大拓展了卫星物联网的应用场景，可用于现场人员与远程人员的实时语音互动、多媒体信息交互等。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，该数据传输方法应用于可传输中高速数据的卫星物联网终端，可传输中高速数据的卫星物联网终端包括终端内部主控制器、低速卫星通信模块、高速卫星通信模块、发射模块以及接收模块；
所述的低速卫星通信模块和高速通信模块均连接在终端内部主控制器上，且所述低速卫星通信模块用于传输终端内部主控制器采集的传感器数据和设备自身状态数据；所述的高速卫星通信模块用于传输终端内部主控制器采集的大流量数据，且该大流量数据包括但不限于语音、图像以及视频；
所述的发射模块和接收模块均同低速卫星通信模块和高速卫星通信模块电性连接，通过发射模块和接收模块，实现终端内部主控制器与后台服务器的数据通信；
该数据传输方法包括以下的步骤：
S1、高速数据通信信道资源的申请，终端内部主控制器通过低速卫星通信模块和发射模块，向后台服务器申请高速数据通信信道资源；
S2、高速数据通信信道资源的分配，后台服务器在收到申请信息后，根据当前卫星信道上高速信道资源占用情况，分配一个可用的高速数据通信信道资源，包含有信道资源参数；
S3、信道资源参数的回传，分配好上述的信道资源参数后，后台服务器再通过接收模块和低速卫星通信模块，将上述的信道资源参数传输至终端内部主控制器；
S4、高速数据的传输，终端内部主控制器收到上述的信道资源参数后，启动高速卫星通信模块，高速卫星通信模块通过发射模块，实现高速数据的传输。
2.根据权利要求1所述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括连接在终端内部主控制器上的传感器外设。
3.根据权利要求1所述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括连接在终端内部主控制器上的语音采集器，该语音采集器用于实现语音的采集。
4.根据权利要求1所述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括连接在终端内部主控制器上的图像/视频采集器，该图像/视频采集器用于实现图像和视频的采集。
5.根据权利要求1所述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，所述可传输中高速数据的卫星物联网终端还包括电桥，所述的低速卫星通信模块、高速卫星通信模块、发射模块以及接收模块均连接在该电桥上。
6.根据权利要求1所述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，所述的低速卫星通信模块通过发射模块与远程服务器实现通信前的信道配置参数交互，信道配置参数包括但不限于卫星信道通信参数、请求分配卫星信道以及释放卫星信道。
7.根据权利要求1所述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，所述的步骤S4之后，还具有以下的步骤：
S41、完成高速数据传输后，通过低速卫星通信模块和发射模块，告知后台服务器高速数据传输完毕以及传输消息包总的数量；
S42、后台服务器判定实际接收的消息包数量与终端内部主控制器发送的数据包数量是否相同，如不相同，则通过接收模块和低速卫星通信模块向终端内部主控制器告知丢失消息包对应的序号，终端内部主控制器再通过高速卫星通信模块和发射模块重新发射丢失的消息包；
S43、重复上述的步骤S41，直至全部数据包传输完毕且后台服务器接收完全；
S44、后台服务器通过低速卫星通信模块和接收模块，向终端内部主控制器告知即将切断与高速卫星通信模块的连接，随后后台服务器切断与高速卫星通信模块之间的连接，并释放高速通道资源。
8.根据权利要求1所述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，所述的步骤S2中，所述的信道资源参数包括但不限于通信频率、带宽、速率以及信道可占用时间段。
9.根据权利要求1所述的一种可传输中高速数据的卫星物联网终端的数据传输方法，其特征在于，所述的步骤S4中，终端内部主控制器启动高速卫星通信模块的方式包括终端内部主控制器主动触发方式和后台服务器远程触发方式。
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