CN114938239A - 一种天通卫星话音数据传输终端装置及数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天通卫星话音数据传输终端装置及数据传输方法，该装置包括信号连接模块和数据传输模块，通过信号连接模块与天通卫星建立通信连接，并通过数据传输模块传输语音、文字以及通信数据至移动终端，并将数据传输至天通卫星，天通卫星再转发至目的号码数据传输装置；数据传输模块包括核心控制模块和电路转换模块，由核心控制模块进行拨号操作，建立语音链路，达到通过话音通道传输数据的目的。本装置可在使用中灵活配置目的号码，即可实现向不同的目的终端进行数据传输。采用校验模式和非校验模式两种工作模式，可供用户根据自己的需要进行配置使用，工作效率相对于传统物联网模式使用更较高效，方法能够确保数据传输的完整性和正确性。
Description
技术领域
本发明属于天通卫星话音数据传输技术领域，具体地，涉及一种天通卫星话音数据传输终端装置及数据传输方法。
背景技术
天通卫星作为低轨卫星，在数据业务上的传输模式目前基本使用两种模式，一种使用专用的物联网模式，一种使用PPP拨号处理。
物联网模式是配合电信平台使用的作用卫星数据传输模式，在这种工作模式下，工作模式为用户服务器、电信平台和设备间的相互传输。可以看出，物联网模式是必须通过电信平台的，并且由于天通模块内部与电信平台的接口协议，其数据传输的长度和模式受了较大限制。
PPP拨号是传统的一种使用方式，这种模式由于其不稳定性和通道维护的繁琐已经逐步被放弃使用。
发明内容
发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种天通卫星话音数据传输终端装置及数据传输方法。
技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种天通卫星话音数据传输终端装置，所述天通卫星话音数据传输终端装置包括信号连接模块和数据传输模块，通过所述信号连接模块与天通卫星建立通信连接，并通过数据传输模块传输语音、文字以及通信数据至移动终端，并将数据传输至天通卫星，天通卫星再转发至目的号码数据传输装置；所述数据传输模块包括核心控制模块和电路转换模块，由核心控制模块通过拨号建立语音链路，达到通过话音通道传输数据的目的。
作为优选或者改进方案：
所述核心控制模块选自核心控制模块IMX6UL；所述电路转换模块包括RS232电路转换模块、RS485电路转换模块和RJ45电路转换模块
所述信号连接模块为天通卫星模块。
所述天通卫星话音数据传输终端装置还包括定位模块；更优选的，所述定位模块为BD/GPS定位模块。
所述天通卫星话音数据传输终端装置还包括电源模块。
所述天通卫星话音数据传输终端装置还包括天通SIM卡，通过所述天通SIM卡识别用户身份；更优选的，所述天通SIM卡为NANO-SIM卡。
所述天通卫星话音数据传输终端装置还包括电源接口、端子外设接口、RJ45网络接口、SMA天线接口和LED状态指示灯。
一种适用于上述天通卫星话音数据传输终端装置的数据传输方法，包括如下步骤：
S1、数据分包；
S2、第一次传输数据包，首先发送SEND DATA帧头信息，SEND DATA后紧跟中发送一包数据，依次发送，以此循环，直至所有包数据全部发送结束；
S3、数据发送结束后，发送数据帧SEND OVER；
S4、如果接收方接收到的是SEND ACK帧，说明数据传输成功；
S5、接收方回复SEND ACK RCL数据帧，无需等待对方回复，可以结束本次通信；
S6、如果接收到的是SEND Request Package，代表传输中存在错误包或是丢失的包，需要补包；补包命令中存在补包的包序号，准备补包数据；
S7、开始发送补包数据，发送帧头SEND Response Package，之后跟着这一包的数据，重复发送，直至所有包数据发送结束。
作为优选或者具体实施方案：
步骤S1中，每一包数据大小为18*18个字节。
步骤S2中，所述帧头信息中包含了数据包信息，包含分包总数，包序号，包长度，校验位。
步骤S3中，SEND OVER需要重复发送，直到接收到对端回复。
步骤S4中，SEND ACK会重复接收，只需要判断一次即可。
步骤S5中，所述SEND ACK RCL数据帧的发送次数为15次(900ms，约为链路延时)。
所述的适用于天通卫星话音数据传输的方法，整个数据传输的流程存在一个计时器，在数据传输开始，存在时间T，T＝N*t+30(N为分包总数，t为一帧数据传输单位标准时间，30为等待呼入和等待结束时间)，如果传输流程的时间超过T，则会启动结束流程。
还包括校验模式，包括如下：
终端首先读取存储的用户数据，对数据进行分包处理，数据将会按照18*18的大小进行分包；每一包数据具有一个head头和18帧数据，每一帧数据包括head都是18个字节；分包结束后，终端依次将每一包数据发送出去；当数据全部发送结束后，终端发送SEND OVER，SEND OVER是一个重复发送的数据帧。
天通卫星话音数据传输终端装置是一种通过话音通道传输数据的终端系统，使用2.4k(144bit)的话音速率对数据进行端对端的传输。天通卫星话音数据传输终端装置专用天通话音通道进行数据业务的传输，天通话音通道的速率是1.2k，2.4k，4.0k三种。其中1.2k速率太慢，不建议使用。4.0k的传输速率误码非常高，暂不考虑。经过测试统计比较，选择2.4k(60ms 144bit)的传输速率进行数据传输，1秒约300个字节。
话音通道存在误码，话音通道的数据传输并不能保准数据的完整性和正确性。(话音通道的原始功能是为用户话音数据PCM码流传输使用，话音码流是允许存在一定的误码率的，并且不会影响实际通话)。
使用话音通道进行数据传输和使用数据通道进行数据传输的差异在于数据通道建立成功后，可一直保持TCP连接状态，当有数据业务需求时，进行数据传输。但是对于话音通道的数据传输，需要通过话音拨号来进行建立连接，而话音通道是不能一直开启的，当然，如果不在意话费的话，你想一直拨号也可以。
如果用户本身接受一定的误码率，则不需要进行任何处理，直接做透传通道进行数据传输即可。
但是很多场景下，需要确保数据的完整性和正确性，如通信场景。此时就需要一套完整的传输机制确保数据传输的完整性和正确性。
因此，本发明提供了一种适用于天通卫星话音数据传输的方法：
确保数据Qos的传输机制，无非就是应答模式，直至最终获取完整的正确数据，比如MQTT协议。而直接套用已有的传输机制并不适用于天通话音通道，原因是天通话音通道的特殊传输方式。
1、天通话音数据帧
天通话音通道是一帧一帧的数据进行数据传输的，每一帧数据有22个字节：
32bit+144bit
其中头部的32bit是天通CP端使用。这32bit到AP端时，只需要判断其值是否为0x00000001即可。
2、通道自填充
对于正常的数据传输机制，都是基于TCP/IP通道。话音通道不一样。话音通道一旦建立，即使AP不给数据，CP也许自己填充数据进行传输。也就是说，话音通道上永远存在数据。AP是指核心控制模块IMX6UL上的运行的应用层软件，CP指的是卫星模块的内部系统。
3、话音传输数据量
话音通道区别于网络通道，话音通道不会时刻在线。而是需要进行传输时建立起通道。所以在使用时，将需要传输的数据保存后，等到满足一定的数据量再进行传输较为合理。当然，不在乎那点费用，也可以来了数据就进行建链传输。
有益效果：与现有的物联网相比，本发明的数据传输具有以下优势：
1、话音数据传输由于利用的是话音通道，使用拨号方式，所以可以实现点对点的传输。对比现有的物联网系统模式，不需要经过电信平台。不需要复杂的配置，(物联网模式的配置由于涉及电信平台，其配置过程十分复杂)。本装置可在使用中灵活配置目的号码，即可实现向不同的终端进行数据传输。
2、校验模式和非校验模式两种工作模式，可供用户根据自己的需要进行配置使用。对比于传统的物联网系统，对于数据采集场景可使用非校验模式，对于通讯场景，可使用校验模式。工作效率相对于传统物联网模式使用更较高效。传统物联网模式的数据通道需要在应用层进行维护，并且其PPP拨号流程较为复杂，维护不便。
3、本发明提供的种适用于天通卫星话音数据传输的方法，与现有的数据传输机制相比，本发明方法能够确保数据传输的完整性和正确性。
附图说明
图1为本发明天通卫星话音数据传输终端装置的结构示意图。
图2为本发明数据格式和分包方法。
图3为本发明方法中发送方数据传输流程图。
图4为本发明方法中接收方数据的传输流程图。
具体实施方式
以下对本发明方案进行全面的描述，所述的实施案例是本发明中最优选实施方式，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
一种天通卫星话音数据传输终端装置，如图1所示，包括信号连接模块1、数据传输模块2、定位模块3、电源模块4和天通SIM卡5，外部设有电源接口6、端子外设接口7和LED指示8。通过所述信号连接模块1与天通卫星建立通信连接，并通过数据传输模块2传输语音、文字以及通信数据至移动终端，并将数据传输至天通卫星，天通卫星再转发至目的号码数据传输装置；所述数据传输模块2包括核心控制模块IMX6UL、RS232电路转换模块、RS485电路转换模块、RJ45电路转换模块，由核心控制模块IMX6UL通过拨号建立语音链路，达到通过话音通道传输数据的目的。
信号连接模块1为天通卫星模块；定位模块3为BD/GPS定位模块；所述天通SIM卡5为NANO-SIM卡，识别用户身份；
LED状态指示8包括电源指示灯，定位状态指示灯，CS入网状态指示灯，PS激活状态指示灯以及4个信号强度指示灯。
所述天通卫星话音数据传输终端装置还包括RJ45网络接口9和SMA天线接口10。
本发明天通卫星话音数据传输终端装置是一种通过话音通道传输数据的终端系统，使用2.4k(144bit)的话音速率对数据进行端对端的传输。终端具备完整的内置数据通信协议，支持多种模式的数据传输业务功能，终端内置GPS/BD定位模块，终端支持WEB网页配置功能。
天通卫星话音数据传输终端装置功能说明：
RS232电路转换模块、RS485电路转换模块、RJ45电路转换模块全部为用户设备接入接口。
核心控制模块IMX6UL为装置的控制模块，其中实现接收用户通过RS232电路转换模块、RS485电路转换模块、RJ45电路转换模块的数据，在控制模块中进行存储，在判断当前信道环境良好的状态下，控制卫星模块建立语音传输通道。通道建立完成后，核心控制模块应用层对接收到的用户数据进行校验算法，开始进行校验模式下的数据传输。
天通卫星话音数据传输终端装置专用天通话音通道进行数据业务的传输，天通话音通道的速率是1.2k，2.4k，4.0k三种。其中1.2k速率太慢，不建议使用。4.0k的传输速率误码非常高，暂不考虑。
经过测试统计比较，选择2.4k(60ms 144bit)的传输速率进行数据传输，1秒约300个字节。
话音通道存在误码，话音通道的数据传输并不能保准数据的完整性和正确性。(话音通道的原始功能是为用户话音数据PCM码流传输使用，话音码流是允许存在一定的误码率的，并且不会影响实际通话)。
使用话音通道进行数据传输和使用数据通道进行数据传输的差异在于数据通道建立成功后，可一直保持TCP连接状态，当有数据业务需求时，进行数据传输。
但是对于话音通道的数据传输，依旧需要通过话音拨号来进行建立连接，而话音通道是不能一直开启的，当然，如果不在意话费的话，一直拨号也可以。
工作模式：
根据天通多语音业务性能，天通卫星话音数据传输终端装置提供了两种工作模式，分别为校验模式和非校验模式。
但是无论是哪一种工作模式，天通卫星话音数据传输终端装置在系统上已经做出设置，信号低于10不进行话音数据业务。过低的信号状态下，话音数据传输的错误率太高，数据传输将没有意义。
非校验模式，话音数据传输过程中不会采用任何校验方式，数据只是进行传输。工作在这种模式下，终端直接传输数据，不负责校验，不确保数据的正确性。当然，使用话音数据通道(2.4K)的传输，其错误率是很低的(小于1％)，在很多使用场景下可以忽略这样的错误率。
校验模式下，终端之间的话音数据传输会增加传输协议和校验步骤，确保数据的正确性。当然，这就必然造成通道资源的占用和效率的降低。
非校验模式虽然不确保数据的正确性，但是其通道本身错误率很低，并且不会降低传输效率，在一些场合下是可以使用的。
校验模式确保了数据的正确性，但是其降低了数据传输效率。
实施例2
1、本发明适用于天通话音通道的传输算法，设计如下：
首先明确的是这是一种高等级的服务质量数据传输，需要确保接收发最终结果：有且只有一次消息，消息丢失和重复都是不可以接受的。这也就意味着不可避免的需要应答流程。
在明确发送流程前，首先，我们确定数据格式和分包算法。CP数据帧每一帧留给AP的空间是18个字节，当然，我们肯定是利用完整的一帧，不会再对这18个字节进行拆分。在所有的功能码或是数据包中，我们都是以18个字节为一帧数据。
我们按照每一包18*18＝324个字节作为一包数据大小进行分包。也就是说，一包数据，有18个数据帧，每一帧18个字节。不过，在实际传输过程中，我们会为每一包数据增加一个数据帧帧头，即功能码。如图2所示。
数据传输流程如图3和图4所示，具体步骤如下：
1、数据分包，每一包数据大小为18*18个字节；
2、第一次传输数据包，首先发送SEND DATA帧头信息，在帧头中包含了数据包信息，包含分包总数，包序号，包长度，校验位。SEND DATA后紧跟中发送一包数据，依次发送。以此循环，直至所有包数据全部发送结束。
3、数据发送结束后，发送数据帧SEND OVER。需要注意的是，SEND OVER需要重复发送，直到接收到对端回复。
4、如果接收方接收到的是SEND ACK帧，说明数据传输成功。SEND ACK会重复接收，只需要判断一次即可。
5、接收方回复SEND ACK RCL数据帧，这一个数据帧只发送15次，无需等待对方回复，可以结束本次通信了。
6、如果发送方接收到的是SEND Request Package，代表传输中存在错误包或是丢失的包，需要补包。补包命令中存在补包的包序号，准备补包数据。
7、开始发送补包数据，发送帧头SEND Response Package，之后跟着这一包的数据，重复发送，直至所有包数据发送结束。
在这个流程中需要注意的是：
整个数据传输的流程存在一个计时器。在数据传输开始，存在时间T。如果传输流程的时间超过T，则会启动结束流程。
T＝N*t+30(N为分包总数，t为一帧数据传输单位时间，30为等待呼入和等待结束时间)
分包结束后，终端依次将每一包数据发送出去。当数据全部发送结束后，终端发送SEND OVER，SEND OVER是一个重复发送的数据帧。接收方接收到之后，开始对接收到的数据进行校验。
校验结束后，数据正常，则发送SEND ACK。SEND ACK是一个重复发送的数据帧。
数据发送方接收到SEND ACK之后回复SEND ACK RCL。这个数据帧将会发送15次，发送完终端结束此次数据传输。但是接收方在接收到1次SEND ACK RCL时便会结束此次数据传输。发送方发现数据传输结束时，无需继续发送，可提前结束本次传输。
2、定义功能码
定义6个需要使用的功能码：
SEND DATA,
SEND OVER,
SEND ACK,
SEND ACK RCL,
SEND Request Package,
SEND Response Package。
1.1 SEND DATA
数据包发送帧头。
| 序号 | 定义 | 长度 | 说明 |
| 1 | 固定位 | 4字节 | 0x13245768 |
| 2 | 功能码 | 1字节 | 0x01 |
| 3 | 保留 | 1字节 | 0x00 |
| 4 | 分包总数 | 1字节 | 此次数据传输分包总数 |
| 5 | 序号 | 1字节 | 当前数据包序号 |
| 6 | 长度 | 2字节 | 当前数据包长度 |
| 7 | CRC | 2字节 | 当前数据包校验值，使用CRC16 |
| 8 | 0x00填充 | 5字节 | |
| 9 | 校验位 | 1字节 | SEND DATA数据帧的校验位 |
1.2 SEND OVER
SEND DATA数据包发送结束标志。此数据帧为单独一帧数据，重复发送。
| 序号 | 定义 | 长度 | 说明 |
| 1 | 固定位 | 4字节 | 0x13245768 |
| 2 | 功能码 | 1字节 | 0x10 |
| 3 | 保留 | 1字节 | 0x00 |
| 4 | 0x00填充 | 11个字节 | |
| 5 | 校验位 | 1字节 | SEND OVER数据帧的校验位 |
1.3 SEND ACK
接收方在接收完数据，结果校验，如果没有错误，需要放松sendAck。发送方如果长时间没有接收到SendAck功能码，则再次发送。SendAck功能码0x20。
| 序号 | 定义 | 长度 | 说明 |
| 1 | 固定位 | 4字节 | 0x13245768 |
| 2 | 功能码 | 1字节 | 0x20 |
| 3 | 保留 | 1字节 | |
| 4 | 0x00填充 | ||
| 5 | CRC | 1字节 | 校验位 |
1.4 Send ACK RCL
发送端接收到SendAck之后，需要回复一个SendAckRec。SendAckRec功能码0x30。
| 序号 | 定义 | 长度 | 说明 |
| 1 | 固定位 | 4字节 | 0x13245768 |
| 2 | 功能码 | 1字节 | 0x30 |
| 3 | 保留 | 1字节 | |
| 4 | 0x00填充 | ||
| 5 | CRC | 1字节 | 校验位 |
1.5补包命令-Send Request Package
接收端校验结束后，如果校验结果出错，将会发送补包命令。
1.6补包命令-Send Response Package
接收端校验结束后，如果校验结果出错，将会发送补包命令。
校验模式和非校验模式的区别在于终端和终端之间的话音数据传输。在传输过程中会加入校验保证数据的正确性。具体的校验流程对于用户而言是不需要关心的，终端内部会自动处理。
校验模式下，数据存储部分和非校验模式是一样的，主要从读取文件开始就有差异了。
终端首先读取存储的用户数据，对数据进行分包处理。数据将会按照18*18的大小进行分包。
每一包数据具有一个head头和18帧数据，每一帧数据包括head都是18个字节。
分包结束后，终端依次将每一包数据发送出去。当数据全部发送结束后，终端发送SEND OVER，SEND OVER是一个重复发送的数据帧。
Claims (10)
1.天通卫星话音数据传输终端装置，其特征在于，所述天通卫星话音数据传输终端装置包括信号连接模块(1)和数据传输模块(2)，通过所述信号连接模块(1)与天通卫星建立通信连接，通过数据传输模块(2)传输语音、文字以及通信数据至移动终端，并将数据传输至天通卫星，天通卫星再转发至目的号码数据传输装置；所述数据传输模块(2)包括核心控制模块和电路转换模块，由核心控制模块通过拨号建立语音链路，达到通过话音通道传输数据的目的。
2.根据权利要求1所述的天通卫星话音数据传输终端装置，其特征在于，所述核心控制模块选自核心控制模块IMX6UL；所述电路转换模块包括RS232电路转换模块、RS485电路转换模块和RJ45电路转换模块。
3.根据权利要求1所述的天通卫星话音数据传输终端装置，其特征在于，所述信号连接模块(1)为天通卫星模块；所述天通卫星话音数据传输终端装置还包括定位模块(3)；优选的，所述定位模块(3)为BD/GPS定位模块。
4.根据权利要求1所述的天通卫星话音数据传输终端装置，其特征在于，所述天通卫星话音数据传输终端装置还包括电源模块(4)。
5.根据权利要求1所述的天通卫星话音数据传输终端装置，其特征在于，所述天通卫星话音数据传输终端装置还包括天通SIM卡(5)，通过所述天通SIM卡(5)识别用户身份；优选的，所述天通SIM卡(5)为NANO-SIM卡。
6.一种适用于权利要求1所述天通卫星话音数据传输终端装置的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、用户数据分包；
S2、第一次传输数据包，首先发送SEND DATA帧头信息，SEND DATA后紧跟中发送一包数据，依次发送，以此循环，直至所有包数据全部发送结束；
S3、数据发送结束后，发送数据帧SEND OVER；
S4、如果接收方接收到的是SEND ACK帧，说明数据传输成功；
S5、接收方回复SEND ACK RCL数据帧，无需等待对方回复，可以结束本次通信；
S6、如果接收到的是SEND Request Package，代表传输中存在错误包或是丢失的包，需要补包；补包命令中存在补包的包序号，准备补包数据；
S7、开始发送补包数据，发送帧头SEND Response Package，之后跟着这一包的数据，重复发送，直至所有包数据发送结束。
7.根据权利要求6所述的适用于天通卫星话音数据传输的方法，其特征在于，步骤S1中，每一包数据大小为18*18个字节；步骤S2中，所述帧头信息中包含了数据包信息，包含分包总数，包序号，包长度，校验位。
8.根据权利要求6所述的适用于天通卫星话音数据传输的方法，其特征在于，步骤S3中，SEND OVER需要重复发送，直到接收到对端回复；步骤S4中，SEND ACK会重复接收，只需要判断一次即可；步骤S5中，所述SEND ACK RCL数据帧的发送次数为15次。
9.根据权利要求6所述的适用于天通卫星话音数据传输的方法，其特征在于，整个数据传输的流程存在一个计时器，在数据传输开始，存在时间T，T＝N*t+30(N为分包总数，t为一帧数据传输单位时间，30为等待呼入和等待结束时间)，如果传输流程的时间超过T，则会启动结束流程。
10.根据权利要求6所述的适用于天通卫星话音数据传输的方法，其特征在于，还包括校验模式，包括如下：
终端首先读取存储的用户数据，对数据进行分包处理，数据将会按照18*18的大小进行分包；每一包数据具有一个head头和18帧数据，每一帧数据包括head都是18个字节；分包结束后，终端依次将每一包数据发送出去；当数据全部发送结束后，终端发送SEND OVER，SENDOVER是一个重复发送的数据帧。
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