CN113794510A - 一种支持北斗短报文通信的物联网网关 - Google Patents

一种支持北斗短报文通信的物联网网关 Download PDF

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Abstract

本发明涉及物联网网关技术领域，且公开了一种支持北斗短报文通信的物联网网关，包括多个充电桩、多个与充电桩一一对应的现场数据采集终端、北斗物联网网关、北斗卫星导航系统、北斗服务器和阿里云，所述充电桩和现场数据采集终端通过控制器局域网络信号连接，所述现场数据采集终端和北斗物联网网关之间通过Lora设备进行数据传输，所述北斗物联网网关和北斗服务器之间通过北斗卫星导航系统的短报文通信模块进行无线信号传输连接。该支持北斗短报文通信的物联网网关，具备有效解决了移动网络通信盲区的物联网数据远距离传输的问题的优点。

Description

一种支持北斗短报文通信的物联网网关
技术领域
本发明涉及物联网网关技术领域，具体为一种支持北斗短报文通信的物联网网关。
背景技术
“北斗卫星导航系统”是我国自主研发的卫星系统，拥有完全的自主知识产权，能够提供定位导航、授时、短报文通信三大功能。短报文通信功能是我国北斗卫星导航系统的一大特色，具有安全性高，全天候，不受距离限制，不受公网信号、灾害天气等的限制，也不依赖于地面网络的建设等特点，它为无线通信系统提供了除移动网络之外的另一个安全可靠的信道。智慧森林、智慧草原，以及海上风电，等等，很多设备安装上传感器，通过物联网网关，数据上送到物联网云平台。现有物联网网关的数据远距离传输方式基本采用：1、LoRa无线方式；2、移动网络4G通信。
物联网数据通过LoRa远距离传输，随着LoRa设备和网络部署的增多，其相互之间会出现一定的频谱干扰，且LoRa设备在布设过程中，需要新建信号塔、工业基站甚至是便携式网关，形成LoRa网络。
物联网数据通过移动网络4G通信，移动网络4G通信依赖基站的建设，因此很多山区和大草原成为了移动通信的盲区，物联网数据无法通过移动网络进行数据传输。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种支持北斗短报文通信的物联网网关，具备有效解决了移动网络通信盲区的物联网数据远距离传输的问题的优点，解决了物联网数据通过LoRa远距离传输，随着LoRa设备和网络部署的增多，其相互之间会出现一定的频谱干扰，且LoRa设备在布设过程中，需要新建信号塔、工业基站甚至是便携式网关，形成LoRa网络；联网数据通过移动网络4G通信，移动网络4G通信依赖基站的建设，因此很多山区和大草原成为了移动通信的盲区，物联网数据无法通过移动网络进行数据传输的问题。
(二)技术方案
为实现有效解决了移动网络通信盲区的物联网数据远距离传输的问题的目的，本发明提供如下技术方案：一种支持北斗短报文通信的物联网网关，包括多个充电桩、多个与充电桩一一对应的现场数据采集终端、北斗物联网网关、北斗卫星导航系统、北斗服务器和阿里云，所述充电桩和现场数据采集终端通过控制器局域网络信号连接，所述现场数据采集终端和北斗物联网网关之间通过Lora设备进行数据传输，所述北斗物联网网关和北斗服务器之间通过北斗卫星导航系统的短报文通信模块进行无线信号传输连接；
所述北斗物联网网关和北斗服务器之间还通过4G网络与阿里云无线信号传输连接。
优选的，所述北斗物联网网关内设置有共享内存模块。
优选的，所述北斗物联网网关在采用分层架构，分为基础资源层、应用程序层和区域扩展层；
所述基础资源层包括基础函数，基础业务，协议实现，系统封装等；
所述应用程序层实现业务的主要功能；
所述区域扩展层采用插件技术支持各具体客户的要求。
优选的，所述应用程序层包括系统守护、Lora通信、北斗通信和4G通信；
系统守护：主要实现初始化系统配置，创建IPC，喂狗，子功能进程管理及监控；
Lora通信：通过Lora设备采集现场数据采集终端的数据，将数据解析并存入共享内存中；
北斗通信：将共享内存中的充电桩数据周期性地发送到北斗主站，并接受北斗服务器的控制命令；
4G通信：将共享内存中的充电桩数据周期性地发送到阿里云并接受阿里云的控制命令。
一种支持北斗短报文通信的物联网网关的通信方法，包括如下步骤：
S1.通过控制器局域网络使得现场数据采集终端对充电桩的各个数据进行快速采集；
S2.通过Lora设备构建的网络信号将现场数据采集终端的数据定时发送到北斗物联网网关中；
S3.将接收到的现场数据采集终端的数据报文进行解析，如果解析出故障后先进行滤波处理后再下发复位命令；如果连续3次没有收到某一台现场数据采集终端的回复报文，则设置Lora设备通信指示灯为闪烁状态；
S4.将解析出的充电桩数据存入共享内存模块中；
S5.下发故障预判复位命令后，后续接收到该现场数据采集终端数据无故障后，进行滤波处理，然后将故障预判处理成功信息存入共享内存模块中；
S6.实时从共享内存中获取复位指令下发状态，如果有复位指令下发，则向现场数据采集终端下发复位指令；
S7.北斗物联网网关将采集到的充电桩数据通过北斗卫星导航系统上送到北斗服务器中，进程开始运行时，发送功率检测报文，检测北斗功率状态，并根据实际功率状态设置北斗通信指示灯；
S8.给自身发送北斗测试报文测试北斗链路是否通顺，并根据测试结果设置北斗通信指示灯；
S9.待遥信数据发送频度到，上送充电桩的遥信数据；待遥测数据发送频度到，上送充电桩的遥测数据；待电表数据发送频度到，上送充电桩的电表数据；
S10.待有故障预判处理成功的信息后，优先上送故障预判处理信息；
S11.待收到下发的遥控命令后，将遥控命令状态存入共享内存中；
S12.在有4G网络的情况下将优先通过4G网络将采集到的充电桩数据上送到阿里云，检测4G模块链路；
S13.待遥信数据发送频度到，上送充电桩的遥信数据；待遥测数据发送频度到，上送充电桩的遥测数据；待电表数据发送频度到，上送充电桩的电表数据；
S14.待有故障预判处理成功的信息后，优先上送故障预判处理信息；
S15.待收到下发的遥控命令后，将遥控命令状态存入共享内存中；
S16.将阿里云的数据信息与手机APP信号传输连接。
优选的，所述在4G网络传输的时候20分钟检测一次链路状态。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种支持北斗短报文通信的物联网网关，具备以下有益效果：
该支持北斗短报文通信的物联网网关，通过设有的多个现场数据采集终端对充电桩的数据进行采集，并通过Lora设备将数据信息传输到北斗物联网网关中进行采集解析，并将采集到的数据通过北斗卫星导航系统上送到北斗服务器中，或者通过4G网络将数据直接上送到阿里云，利用北斗短报文进行物联网数据的远距离传输，具有安全性高，不受距离限制，也不依赖于地面网络的建设等优点，物联网数据通过物联网网关折北斗短报文通信技术进行数据远传，可以低成本高可靠地解决移动通信盲区，如偏远山区、大草原等地区的用电信息数据远传问题。
附图说明
图1为本发明提出的一种支持北斗短报文通信的物联网网关的网络结构示意图；
图2为本发明提出的一种支持北斗短报文通信的物联网网关的多进程框架进程示意图。
图中：1充电桩、2现场数据采集终端、3北斗物联网网关、4斗卫星导航系统、5北斗服务器、6阿里云、7控制器局域网络、8Lora设备、9 4G网络。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1，一种支持北斗短报文通信的物联网网关，包括多个充电桩1、多个与充电桩1一一对应的现场数据采集终端2、北斗物联网网关3、北斗卫星导航系统4、北斗服务器5和阿里云6，充电桩1和现场数据采集终端2通过控制器局域网络7信号连接，现场数据采集终端2和北斗物联网网关3之间通过Lora设备8进行数据传输，北斗物联网网关3和北斗服务器5之间通过北斗卫星导航系统4的短报文通信模块进行无线信号传输连接；
北斗物联网网关3和北斗服务器5之间还通过4G网络9与阿里云6无线信号传输连接。
北斗物联网网关3内设置有共享内存模块。
北斗物联网网关3在采用分层架构，分为基础资源层、应用程序层和区域扩展层；
基础资源层包括基础函数，基础业务，协议实现，系统封装等；
应用程序层实现业务的主要功能；
区域扩展层采用插件技术支持各具体客户的要求代码实现。
应用程序层包括系统守护、Lora通信、北斗通信和4G通信；
系统守护：主要实现初始化系统配置，创建IPC，喂狗，子功能进程管理及监控；
Lora通信：通过Lora设备8采集现场数据采集终端2的数据，将数据解析并存入共享内存中；
北斗通信：将共享内存中的充电桩数据周期性地发送到北斗主站，并接受北斗服务器的控制命令；
4G通信：将共享内存中的充电桩数据周期性地发送到阿里云6并接受阿里云6的控制命令。
一种支持北斗短报文通信的物联网网关的通信方法，包括如下步骤：
S1.通过控制器局域网络7使得现场数据采集终端2对充电桩1的各个数据进行快速采集；
S2.通过Lora设备8构建的网络信号将现场数据采集终端2的数据定时发送到北斗物联网网关3中；
S3.将接收到的现场数据采集终端2的数据报文进行解析，如果解析出故障后先进行滤波处理后再下发复位命令；如果连续3次没有收到某一台现场数据采集终端的回复报文，则设置Lora设备8通信指示灯为闪烁状态；
S4.将解析出的充电桩数据存入共享内存模块中；
S5.下发故障预判复位命令后，后续接收到该现场数据采集终端2数据无故障后，进行滤波处理，然后将故障预判处理成功信息存入共享内存模块中；
S6.实时从共享内存中获取复位指令下发状态，如果有复位指令下发，则向现场数据采集终端2下发复位指令；
S7.北斗物联网网关3将采集到的充电桩数据通过北斗卫星导航系统4上送到北斗服务器5中，进程开始运行时，发送功率检测报文，检测北斗功率状态，并根据实际功率状态设置北斗通信指示灯；
S8.给自身发送北斗测试报文测试北斗链路是否通顺，并根据测试结果设置北斗通信指示灯；
S9.待遥信数据发送频度到，上送充电桩的遥信数据；待遥测数据发送频度到，上送充电桩的遥测数据；待电表数据发送频度到，上送充电桩的电表数据；
S10.待有故障预判处理成功的信息后，优先上送故障预判处理信息；
S11.待收到下发的遥控命令后，将遥控命令状态存入共享内存中；
S12.在有4G网络的情况下将优先通过4G网络将采集到的充电桩数据上送到阿里云6，检测4G模块链路3分钟；
S13.待遥信数据发送频度到，上送充电桩的遥信数据；待遥测数据发送频度到，上送充电桩的遥测数据；待电表数据发送频度到，上送充电桩的电表数据；
S14.待有故障预判处理成功的信息后，优先上送故障预判处理信息；
S15.待收到下发的遥控命令后，将遥控命令状态存入共享内存中；
S16.将阿里云6的数据信息与手机APP信号传输连接。
在4G网络传输的时候20分钟检测一次链路状态。
参照图2，根据北斗物联网网关的业务需求，以及Linux操作系统的特点，采用多进程框架完成数据的采集、处理、存储和上传。
综上，该支持北斗短报文通信的物联网网关，通过控制器局域网络7使得现场数据采集终端2对充电桩1的各个数据进行快速采集；通过Lora设备8构建的网络信号将现场数据采集终端2的数据定时发送到北斗物联网网关3中；将接收到的现场数据采集终端2的数据报文进行解析，如果解析出故障后先进行滤波处理后再下发复位命令；如果连续3次没有收到某一台现场数据采集终端的回复报文，则设置Lora设备8通信指示灯为闪烁状态；将解析出的充电桩数据存入共享内存模块中；下发故障预判复位命令后，后续接收到该现场数据采集终端2数据无故障后，进行滤波处理，然后将故障预判处理成功信息存入共享内存模块中；实时从共享内存中获取复位指令下发状态，如果有复位指令下发，则向现场数据采集终端2下发复位指令；北斗物联网网关3将采集到的充电桩数据通过北斗卫星导航系统4上送到北斗服务器5中，进程开始运行时，发送功率检测报文，检测北斗功率状态，并根据实际功率状态设置北斗通信指示灯；给自身发送北斗测试报文测试北斗链路是否通顺，并根据测试结果设置北斗通信指示灯；待遥信数据发送频度到，上送充电桩的遥信数据；待遥测数据发送频度到，上送充电桩的遥测数据；待电表数据发送频度到，上送充电桩的电表数据；待有故障预判处理成功的信息后，优先上送故障预判处理信息；待收到下发的遥控命令后，将遥控命令状态存入共享内存中；在有4G网络的情况下将优先通过4G网络将采集到的充电桩数据上送到阿里云6，检测4G模块链路3分钟；待遥信数据发送频度到，上送充电桩的遥信数据；待遥测数据发送频度到，上送充电桩的遥测数据；待电表数据发送频度到，上送充电桩的电表数据；待有故障预判处理成功的信息后，优先上送故障预判处理信息；待收到下发的遥控命令后，将遥控命令状态存入共享内存中；将阿里云6的数据信息与手机APP信号传输连接。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种支持北斗短报文通信的物联网网关，包括多个充电桩(1)、多个与充电桩(1)一一对应的现场数据采集终端(2)、北斗物联网网关(3)、北斗卫星导航系统(4)、北斗服务器(5)和阿里云(6)，其特征在于：所述充电桩(1)和现场数据采集终端(2)通过控制器局域网络(7)信号连接，所述现场数据采集终端(2)和北斗物联网网关(3)之间通过Lora设备(8)进行数据传输，所述北斗物联网网关(3)和北斗服务器(5)之间通过北斗卫星导航系统(4)的短报文通信模块进行无线信号传输连接；
所述北斗物联网网关(3)和北斗服务器(5)之间还通过4G网络(9)与阿里云(6)无线信号传输连接。
2.根据权利要求1所述的一种支持北斗短报文通信的物联网网关，其特征在于：所述北斗物联网网关(3)内设置有共享内存模块。
3.根据权利要求1所述的一种支持北斗短报文通信的物联网网关，其特征在于：所述北斗物联网网关(3)在采用分层架构，分为基础资源层、应用程序层和区域扩展层；
所述基础资源层包括基础函数，基础业务，协议实现，系统封装等；
所述应用程序层实现业务的主要功能；
所述区域扩展层采用插件技术支持各具体客户的要求(代码实现)。
4.根据权利要求3所述的一种支持北斗短报文通信的物联网网关，其特征在于：所述应用程序层包括系统守护、Lora通信、北斗通信和4G通信；
系统守护：主要实现初始化系统配置，创建IPC，喂狗，子功能进程管理及监控；
Lora通信：通过Lora设备(8)采集现场数据采集终端(2)的数据，将数据解析并存入共享内存中；
北斗通信：将共享内存中的充电桩数据周期性地发送到北斗主站，并接受北斗服务器的控制命令；
4G通信：将共享内存中的充电桩数据周期性地发送到阿里云(6)并接受阿里云(6)的控制命令。
5.根据权利要求1-5其中一项所述的一种支持北斗短报文通信的物联网网关的通信方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.通过控制器局域网络(7)使得现场数据采集终端(2)对充电桩(1)的各个数据进行快速采集；
S2.通过Lora设备(8)构建的网络信号将现场数据采集终端(2)的数据定时发送到北斗物联网网关(3)中；
S3.将接收到的现场数据采集终端(2)的数据报文进行解析，如果解析出故障后先进行滤波处理后再下发复位命令；如果连续3次没有收到某一台现场数据采集终端的回复报文，则设置Lora设备(8)通信指示灯为闪烁状态；
S4.将解析出的充电桩数据存入共享内存模块中；
S5.下发故障预判复位命令后，后续接收到该现场数据采集终端(2)数据无故障后，进行滤波处理，然后将故障预判处理成功信息存入共享内存模块中；
S6.实时从共享内存中获取复位指令下发状态，如果有复位指令下发，则向现场数据采集终端(2)下发复位指令；
S7.北斗物联网网关(3)将采集到的充电桩数据通过北斗卫星导航系统(4)上送到北斗服务器(5)中，进程开始运行时，发送功率检测报文，检测北斗功率状态，并根据实际功率状态设置北斗通信指示灯；
S8.给自身发送北斗测试报文测试北斗链路是否通顺，并根据测试结果设置北斗通信指示灯；
S9.待遥信数据发送频度到，上送充电桩的遥信数据；待遥测数据发送频度到，上送充电桩的遥测数据；待电表数据发送频度到，上送充电桩的电表数据；
S10.待有故障预判处理成功的信息后，优先上送故障预判处理信息；
S11.待收到下发的遥控命令后，将遥控命令状态存入共享内存中；
S12.在有4G网络的情况下将优先通过4G网络将采集到的充电桩数据上送到阿里云(6)，检测4G模块链路(3分钟)；
S13.待遥信数据发送频度到，上送充电桩的遥信数据；待遥测数据发送频度到，上送充电桩的遥测数据；待电表数据发送频度到，上送充电桩的电表数据；
S14.待有故障预判处理成功的信息后，优先上送故障预判处理信息；
S15.待收到下发的遥控命令后，将遥控命令状态存入共享内存中；
S16.将阿里云(6)的数据信息与手机APP信号传输连接。
6.根据权利要求5所述的一种支持北斗短报文通信的物联网网关的通信方法，其特征在于：所述在4G网络传输的时候20分钟检测一次链路状态。
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