CN116095114A - 一种基于物联网模式的船岸数据传输的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于物联网模式的船岸数据传输的方法，包括如下步骤：S1：数据轻量化处理；S2：对轻量化数据根据数据结构模式以及数据的优先级进行分组，具有相同数据结构模式和相同数据优先级的数据分成一组，分在一组的数据进行压缩和加密处理生成数据包，所述优先级是指针对所有的数据进行优先级标识；S3：数据包传输；S4：使用物联网协议，通过船舶公共网络通道，包括卫星网络、3G、4G和5G等，进行由船到岸的数据传输。本发明可滤掉大量冗余数据，最大限度的压缩数据占比空间，即使在船舶处于弱网的状态下，也能进行数据传输，可实现大批量数据实时或较短延时的数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种船岸数据通讯传输的方法，特别涉及一种基于物联网模式的船岸数据传输的方法。
背景技术
船舶运输因其运量大、成本低等优点而发展成为国际贸易中最重要的运输方式之一，80％以上的国际货物通过海运完成，随着技术的发展，海上运力、运量直线上升。船舶在航行过程中，船舶营运数据及工况情况是船舶营运与船舶设备状况最重要的数据基础，实时获取船舶营运数据及工况情况有利于对船舶的行驶情况进行实时分析，及时获取船舶存在的潜在问题，提高船舶运营的安全性。目前许多船舶装备了数据自动采集监测系统，实时采集船舶行驶过程中的船舶营运数据和工况情况数据，使得船舶数据实时传输到岸端成为可能。然而，基于现行的船舶网络状态，要将大批量的数据从船端实时或者较短延时的反馈给岸端是非常困难的。目前，岸端监测中心获取船舶营运数据和工况情况数据通常采用电子邮件的方式或靠岸后人为导出等方式进行传输，此类方式的缺陷在于：无法把大批量的船舶营运数据和工况情况数据及时的进行反馈，船岸数据的实时通信存在很大的困难。
现有技术试图通过船岸联网的方式，实现船舶营运数据的实时传输，比如发明专利202110480209.2一种船舶数据的传输方法及系统，多源融合终端对接收到的数据进行信号转换和处理后，通过加密通道传输至基岸操作终端进行显示，通过高速卫星宽带和4G/5G采集信息，将船上有价值的通信数据通过互联网传递至任何需要传递的电脑终端上，通信数据是依赖互联网进行传输的，如果传输中断，重新联网后数据的传输可能会出现混乱，导致数据的丢失，无法保证船舶数据的可靠性。发明专利201910423102.7一种基于北斗卫星通讯的船舶设备数据采集与管理系统，采集的数据先通过PLC处理数据，再用现场总线传输到交换机和北斗卫星通讯设备，利用北斗卫星作中转，将数据传输到岸上，北斗卫星单次通信的容量是有限制的，船舶营运数据量非常大，如果数据不进行任何的处理，直接进行传输，很容易造成传输通道的堵塞，实时性受到很大影响，且数据传输过程中没有做加密处理，如果数据被攻击，安全性很难得到保证。
综上所述，现有技术尚没有提供一种大批量数据进行可靠、安全和实时或较短延时的船岸传输方式。
发明内容
为了解决船岸传输中，对大批量数据进行可靠、安全和实时或较短延时传输困难的问题，本发明利用物联网通讯技术，提供了一种基于物联网模式的船岸数据传输的方法，实现大批量数据可靠、安全和实时或较短延时的传输。
本发明的技术方案如下：
一种基于物联网模式的船岸数据传输的方法，包含如下步骤：
S1：数据轻量化处理：根据数据出现频率与数据的变化频率对数据进行分析，对长时间不做变更的数据，不引用，只引用变更的数据；建立数据趋势图及散点图，对数据变化频率较大的数据，针对数据的关键点和趋势关键点数据进行引用，摘除异常点数据；
S2：对轻量化数据根据数据结构模式以及数据的优先级进行分组，具有相同数据结构模式和相同数据优先级的数据分成一组，分在一组的数据进行压缩和加密处理生成数据包，所述优先级是指针对所有的数据进行优先级标识；
S3：数据包传输：同一优先级数据的数据包采用栈式结构存储入栈中，遵从后进先出的顺序取包，不同优先级数据的数据包采用栈式结构存储，分别存储入不同的栈中，数据包按照数据包中数据优先级从高到低顺序依次从栈中取包并及时进行由船到岸的数据传输；
S4：使用物联网协议，通过船舶公共网络通道，包括卫星网络、3G、4G和5G等，进行由船到岸的数据传输：在得到远程服务端响应的情况下，数据包按照优先级顺序传输至远端Broker。
所述的S4中的数据包按照优先级顺序传输至远端Broker包括如下步骤：
S41：发送方和远端Broker通过三次握手建立长连接；
S42：连接成功后，栈中的数据包按照优先级顺序发送至远端Broker；
S43：数据包传输完成后，则将该数据包从栈中移除；如果传输过程中长连接中断，造成传输失败，则数据包仍保留在栈中，待船舶网络连接恢复后，跳转到S41。
所述的S4中的物联网协议包括MQTT、HTTP或者DDS等。
所述的S1中的数据是通过船舶数据自动采集监测系统实时采集的船舶营运数据和工况数据。
优选地，S2中所述优先级标识为数值0,1,2，标识数值越大，优先级越高；或标识数值越低，优先级越高。
所述的S3中数据优先级由高到低的顺序包括：控制类，报警类，异常类，实时数据类，历史类以及备份类等，根据实际业务需求可进行扩展。
有益效果:
本发明提供了一种基于物联网模式的船岸数据传输的方法，根据数据出现频率与数据的变化频率对数据进行分析，对长时间不做变更的数据，不引用，只引用变更的数据，建立数据趋势图及散点图，对数据变化频率较大的数据，针对数据的关键点和趋势关键点数据进行引用，摘除异常点数据，滤掉大量无用的、冗余的数据，极大的降低了后续数据存储和传输的压力，摘除异常数据提高数据的可靠性；对轻量化数据根据数据结构模式以及数据的优先级进行分组，具有相同数据结构模式和相同数据优先级的数据分成一组，分在一组的数据进行压缩和加密处理生成数据包，数据压缩可更大限度的压缩数据的占比空间，有利于更快捷的数据传输，数据加密可以防止黑客攻击，提高数据运输的可靠性和安全性；同一优先级数据的数据包采用栈式结构存储入栈中，遵从后进先出的顺序取包，如果数据优先级相同，那么最新采集并被引用的数据会先被取包传输，保证了数据的实时性，有利于提高船舶航行的安全性，不同优先级数据的数据包采用栈式结构存储，分别存储入不同的栈中，数据包按照数据包中数据优先级从高到低顺序依次从栈中取包并及时进行由船到岸的数据传输，保证报警、异常和控制等比较重要的数据可以排在前面优先进行传输，进一步提高船舶航行的安全性；使用物联网协议，通过船舶公共网络通道，包括卫星网络、3G、4G和5G等，进行由船到岸的数据传输：在得到远程服务端响应的情况下，数据包按照优先级顺序传输至远端Broker，即便是在船舶处于弱网的状态下，只要能得到远端Broker的响应，栈中的数据包根据优先级从高到低的顺序传输至远端Broker，实现数据实时或者较短延时的传输。
发送方和远端Broker建立长连接，如果在传输过程中断网，导致传输失败，那么栈中的数据包不会被移除。直到网络恢复后，再次传输该数据包，直至数据包在一次长连接中全部传输完成才视作传输成功，确保传输过程中不会丢包，保证了数据的可靠性。
数据包按照数据包中数据优先级从高到低的顺序进行排序，比较重要和紧急的数据可以排列在前面优先进行传输，岸端及时发现船舶运输中的问题，保证船舶航行的安全性。
附图说明
图1为本发明方案的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
一种基于物联网模式的船岸数据传输的方法，如附图1所示，包含如下步骤：
S1：数据轻量化处理：根据数据出现频率与数据的变化频率对数据进行分析，对长时间不做变更的数据，不引用，只引用变更的数据，例如一些只有0和1两种状态的开关类型数据，只有在开关状态发生变化时，即从0变成1或者从1变成0时，才会引用此数据；否则，在数据不做变更的情况下，不对数据进行引用；建立数据趋势图及散点图，对数据变化频率较大的数据，针对数据的关键点和趋势关键点数据进行引用，摘除异常点数据，以船舶主机的温度数据进行举例说明：如果船舶主机在航行的某一个时刻需要增加负荷，那么相应的船舶主机的温度值会慢慢升高，温度数据的变化频率增大，那么这个温度开始变化的点就是数据的关键点，对应温度数据就是趋势关键点数据；观察船舶主机温度数据趋势图及散点图，如果某一时刻的温度数值为100℃，但这个温度前后的温度数据都在40℃左右，那么这个温度点就是异常点，应当摘除；
S2：对轻量化数据根据数据结构模式以及数据的优先级进行分组，具有相同数据结构模式和相同数据优先级的数据分成一组，比如报警类的数据，都属于数字量类型，它们的优先级相同，那么就把它们分在同一组，然后对分在一组的数据进行压缩和加密处理生成数据包，所述优先级是指针对所有的数据进行优先级标识；
S3：数据包传输：同一优先级数据的数据包采用栈式结构存储入栈中，遵从后进先出的顺序取包，不同优先级数据的数据包采用栈式结构存储，分别存储入不同的栈中，数据包按照数据包中数据优先级从高到低顺序依次从栈中取包并及时进行由船到岸的数据传输；
S4：使用物联网协议，通过船舶公共网络通道，包括卫星网络、3G、4G和5G等，进行由船到岸的数据传输：在得到远程服务端响应的情况下，数据包按照优先级顺序传输至远端Broker。
所述的S1中数据是通过船舶数据自动采集监测系统实时采集的船舶营运数据和工况数据。
所述的S2中的压缩和加密处理，采用常用的数据压缩技术和数据加密技术对数据进行处理。
所述的S4中的数据包按照优先级顺序传输至远端Broker包括如下步骤：
S41：发送方和远端Broker通过三次握手建立长连接；
S42：连接成功后，栈中的数据包按照优先级顺序发送至远端Broker；
S43：数据包传输完成后，则将该数据包从栈中移除；如果传输过程中长连接中断，造成传输失败，则数据包仍保留在栈中，待船舶网络连接恢复后，跳转到S41。
所述的S4中的物联网协议包括MQTT、HTTP或者DDS等。
S2中所述优先级标识为数值0,1,2，标识数值越大，优先级越高；或标识数值越低，优先级越高。
S3中所述的数据优先级由高到低的顺序包括：控制类，报警类，异常类，实时数据类，历史类以及备份类等，根据实际业务需求可进行扩展。
Claims (7)
1.一种基于物联网模式的船岸数据传输的方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1：数据轻量化处理：根据数据出现频率与数据的变化频率对数据进行分析，对长时间不做变更的数据，不引用，只引用变更的数据；建立数据趋势图及散点图，对数据变化频率较大的数据，针对数据的关键点和趋势关键点数据进行引用，摘除异常点数据；
S2：对轻量化数据根据数据结构模式以及数据的优先级进行分组，具有相同数据结构模式和相同数据优先级的数据分成一组，分在一组的数据进行压缩和加密处理生成数据包，所述优先级是指针对所有的数据进行优先级标识；
S3：数据包传输：同一优先级数据的数据包采用栈式结构存储入栈中，遵从后进先出的顺序取包，不同优先级数据的数据包采用栈式结构存储，分别存储入不同的栈中，数据包按照数据包中数据优先级从高到低顺序依次从栈中取包并及时进行由船到岸的数据传输；
S4：使用物联网协议，通过船舶公共网络通道，包括卫星网络、3G、4G和5G等，进行由船到岸的数据传输：在得到远程服务端响应的情况下，数据包按照优先级顺序传输至远端Broker。
2.根据权利要求1所述的基于物联网模式的船岸数据传输的方法，其特征在于，所述的S4中的数据包按照优先级顺序传输至远端Broker包括如下步骤：
S41：发送方和远端Broker通过三次握手建立长连接；
S42：连接成功后，栈中的数据包按照优先级顺序发送至远端Broker；
S43：数据包传输完成后，则将该数据包从栈中移除；如果传输过程中长连接中断，造成传输失败，则数据包仍保留在栈中，待船舶网络连接恢复后，跳转到S41。
3.根据权利要求1或2所述的基于物联网模式的船岸数据传输的方法，其特征在于，所述的S4中的物联网协议包括MQTT、HTTP或者DDS等。
4.根据权利要求1或2所述的基于物联网模式的船岸数据传输的方法，其特征在于，S1中所述的数据是通过船舶数据自动采集监测系统实时采集的船舶营运数据和工况数据。
5.根据权利要求3所述的基于物联网模式的船岸传输的方法和系统，其特征在于，S1中所述的数据是通过船舶数据自动采集监测系统实时采集的船舶营运数据和工况情况数据。
6.根据权利要求1或2所述的基于物联网模式的船岸数据传输的方法，其特征在于，S2中所述优先级标识为数值0,1,2，标识数值越大，优先级越高；或标识数值越低，优先级越高。
7.根据权利要求1或2所述的基于物联网模式的船岸数据传输的方法，其特征在于，S3中数据优先级由高到低的顺序包括：控制类，报警类，异常类，实时数据类，历史类以及备份类等，根据实际业务需求可进行扩展。
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