CN117676921B - 面向无人区远距离的数据传输系统及传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向无人区远距离的数据传输系统，包括控制中心服务器以及与控制中心服务器通过5G互联网建立连接的左外网节点和右外网节点，还包括部署在无人区内的中间多个串联的中间传输节点，多个中间传输节点与控制中心服务器通过北斗短报文建立通信连接，多个中间传输节点的第一个中间传输节点和最后一个中间传输节点分别与左外网节点和右外网节点通过无线传输的方式连接，相邻两个中间传输节点之间还通过北斗短报文建立通信连接。本发明通过级联AP装置实现了无人区监测距离上可扩展且保证了传输速率和通过级联的北斗模块解决了民用北斗短报文60秒一次的发送限制的问题。本发明还公开了一种面向无人区远距离的数据传输方法。

Description

面向无人区远距离的数据传输系统及传输方法

技术领域

本发明属于数据传输方法技术领域，涉及一种面向无人区远距离的数据传输系统，本发明还涉及一种面向无人区远距离的数据传输方法。

背景技术

在中国广袤的领土中，存在着广泛的无人区，长度可达几十到数百公里。近年来，由于人们对环境、生态、地质、气象的关注以及铁路、电网等前期开发建设的需求，需要对这些区域进行长时、准确的数据监测。监测的数据类型包括该区域的状态数据(如温湿度和气象)、图像和视频数据(如地形和地貌图像)。数据的监测方式包括自动上传数据到云端或任意时刻在云端手动触发采集操作。然而，由于这些区域跨度过大、交通不便、地理环境恶劣，电力和网络难以覆盖，给数据的采集和及时的传输带来了极大的障碍。因此，构建一套远距离无线通信的技术，实现无人区各类型数据的可靠传输是非常必要的。

面向远距离无人区无线通信技术在构建时需要重点考虑以下几个方面：(1)传输距离：无人区长度可达数百公里，通信系统的覆盖范围要满足实际的距离，并能支持距离上的动态扩展，以便于应用的部署。(2)传输带宽：无人区需要传输的数据包含了图像和视频数据，因此，通信系统应能支持高带宽的数据传输能力，以提升传输效率。(3)联通性和容错性：通信系统需要具备容错机制，以确保在部分节点出现故障时，数据仍能按照最优的路径将数据上传到云端。(4)功耗与效能：由于电力的缺乏，采用便携式供电设备时需要考虑系统的整体功耗，特别是对于难以维护的片区，能效和能源管理至关重要。(5)远程调度和监控：通信系统需要提供远程管理和调度功能，以便监控系统状态、实现云端统一的管理。

传统的无线通信技术在传输速率、带宽、功耗、距离、成本和可靠性上都有着基本的权衡，无法完全满足上述远距离无人区的应用场景。例如：以LoRa、Zigbee、Sub-G为代表的远距离窄带通信技术虽然可以实现数公里乃至数十公里的传输距离，但传输速率较低，无法保证大容量的图片和视频数据的传输效率；基于北斗的卫星通信技术虽然在传输距离上不受限，但也仅适用于窄带宽的状态和指令数据，并且该方案受到民用北斗传输频率的限制(60秒一次)，存在严重的时效性问题；基于微波/WIFI的通信方案，虽然可以通过级联组网的方式实现远距离、高带宽的数据传输，但网络本身缺乏远程调度、监控和维护的方法，且存在单点故障的风险，而冗余链路又会增加建设成本。最后，传统无线通信应用在低功耗层面，其传输，采集，控制等设备各自为政，缺乏全局统一的低功耗管理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向无人区远距离的数据传输系统，通过级联AP装置实现了无人区监测距离上可扩展且保证了传输速率和通过级联的北斗模块解决了民用北斗短报文60秒一次的发送限制的问题。

本发明的另一目的是提供一种面向无人区远距离的数据传输方法。

本发明所采用的技术方案是，面向无人区远距离的数据传输系统，包括控制中心服务器以及与控制中心服务器通过5G互联网建立连接的左外网节点和右外网节点，还包括部署在无人区内的中间多个串联的中间传输节点，多个中间传输节点与控制中心服务器通过北斗短报文建立通信连接，多个中间传输节点的第一个中间传输节点和最后一个中间传输节点分别与左外网节点和右外网节点通过无线传输的方式连接，相邻两个中间传输节点之间还通过北斗短报文建立通信连接。

本发明的特征还在于，

控制中心服务器包括计算机以及和计算机通过串口连接的北斗短报文收发模块，计算机搭载Ubuntu系统，计算机接入公网，计算机和左外网节点及右外网节点均通过5G宽带连接。

左外网节点和右外网节点的结构相同，均包括5G传输模块，5G传输模块线缆连接有工控机，工控机通过以太网连接有AP设备，5G传输模块与计算机通过5G宽带连接，左外网节点的AP设备和右外网节点的AP设备分别和第一个中间传输节点和最后一个中间传输节点通过无线传输的方式连接。

每个中间传输节点的结构相同，均包括数据采集装置和北斗短报文收发模块a，北斗短报文收发模块a和北斗短报文收发模块之间进行北斗信号传输，还包括工控机a，北斗短报文收发模块a和数据采集装置均通过串口连接工控机a，工控机a通过以太网连接有左AP设备和右AP设备，第一个中间传输节点的左AP设备和左外网节点的AP设备通过无线传输的方式连接，最后一个中间传输节点的右AP设备和右外网节点的AP设备通过无线传输的方式连接，位于中间的中间传输节点的左AP设备和右AP设备分别通过无线传输的方式连接其前一个中间传输节点的右AP设备和后一个中间传输节点的左AP设备；相邻两个中间传输节点之间还通过各自的北斗短报文收发模块a进行北斗信号传输。

控制中心服务器的计算机和北斗短报文收发模块均通过市电供电；

左外网节点和右外网节点的5G传输模块、工控机、AP设备均通过市电供电；

中间传输节点还包括太阳能供电板，工控机a、通过线缆连接太阳能供电板。

控制中心服务器、左外网节点以及右外网节点设置为市区内且通外网，中间传输节点不通外网。

本发明另一种技术方案是，面向无人区远距离的数据传输方法，采用上述面向无人区远距离的数据传输系统，控制中心服务器通过UI配置的方式，每隔一定的时间进行一次唤醒-状态采集-休眠指令，或者手动触发唤醒-状态采集-休眠指令，具体为：

步骤1，控制中心服务器给中间传输节点发送唤醒命令，唤醒中间传输节点以及更新数据传输链路的状态表和左外网节点和右外网节点所纳管中间传输节点的纳管列表；

步骤2，控制中心服务器根据左外网节点和右外网节点所纳管的中间传输节点列表给左外网节点和右外网节点发送数据采集指令，左外网节点和右外网节点将数据采集指令发送给其所纳管的中间传输节点后，中间传输节点采集响应的信息后依次再回传至左外网节点或右外网节点、控制中心服务器；

步骤3，控制中心服务器给中间传输节点发送休眠命令。

步骤1具体按照如下方式实施：

步骤1.1，计算机控制北斗短报文收发模块给起始中间传输节点的北斗短报文收发模块a发送唤醒指令，北斗短报文收发模块a的接收唤醒指令后进行设备唤醒，即为：中间传输节点的工控机a控制开启对应的数据采集装置和左AP设备及右AP设备，唤醒后，北斗短报文收发模块a通过工控机a根据指令方向监测本中间传输节点对应下一个中间传输节点一侧的左AP设备或者右AP设备的网络信号强度值，并将该网络信号强度值拼接到唤醒指令中；

唤醒指令包括唤醒指令代码、起始中间传输节点的北斗短报文收发模块aID、指令方向以及信号强度数组，指令方向指从对应ID的北斗短报文收发模块a从左向右依次执行至最右侧的中间传输节点或者从右向左依次执行至最左侧的中间传输节点，信号强度数组指中间传输节点按照指令方向级联传递唤醒指令时，将本中间传输节点对应下一个中间传输节点一侧的左AP设备或者右AP设备的网络信号强度值拼接到唤醒指令中传递给下一中间传输节点；

步骤1.2，起始中间传输节点唤醒后，起始中间传输节点根据指令方向将添加了步骤1.1中监测得到的起始中间传输节点中对应一侧的信号强度值的唤醒指令通过北斗短报文收发模块a传递给下一个中间传输节点进行设备唤醒，设备唤醒后，根据指令方向监测本中间传输节点对应下一个中间传输节点一侧的左AP设备或者右AP设备的网络信号强度值，然后再添加到唤醒指令中，如此按照指定方向级联传递唤醒指令，直到指令传递到指定方向的最后一个中间传输节点，由最后一个中间传输节点将传递过程中所采集到的信号强度值列表通过其北斗短报文收发模块传输给计算机；

步骤1.3，计算机根据采集到的信号强度值列表更新数据传输链路的状态表，即就是步骤1.1-步骤1.2的网络链路中相邻两个中间传输节点的左AP设备和右AP设备之间的信号强度值；

步骤1.4，计算机根据数据传输链路的状态表更新左外网节点和右外网节点所纳管中间传输节点的纳管列表，以保证在网络链路中中间传输节点到计算机为最优传输路径，即就是根据数据传输链路的状态表给左外网节点和右外网节点分配对应网络链路中所纳管的中间传输节点，该纳管列表根据网络链路中中间传输节点从右到左到左外网节点或由左到右到右外网节点的信号强度值之和取最大值得到。

步骤2具体为：

步骤2.1，计算机根据左外网节点和右外网节点所纳管中间传输节点的纳管列表生成对应的数据采集指令，并将对应的数据采集指令通过5G传输模块传输给左外网节点和右外网节点的工控机；

数据采集指令包括采集命令代码、指令方向、采集响应中间传输节点的数据采集装置的ID列表；

对于左外网节点：指令方向为从左向右方向，即就是从和左外网节点连接的第一个中间传输节点到其纳管的最右的中间传输节点的方向；

对于右外网节点：指令方向为从右向左方向，即就是从和右外网节点连接的第一个中间传输节点到其纳管的最左的中间传输节点的方向；

步骤2.2，左外网节点和右外网节点的AP设备分别将数据采集指令传递给与其连接的中间传输节点的左AP设备和右AP设备，左AP设备和右AP设备将数据采集指令传递给对应中间传输节点的工控机a，工控机a判断数据采集指令中的ID列表是否包含本中间传输节点的数据采集装置的ID，如果包括，则工控机a控制数据采集装置采集本中间传输节点的信息，然后工控机a将采集的反馈数据信息反向传递到对应的左外网节点或右外网节点，并且在数据采集指令中并将本节点的ID剔除，再按照指令方向将数据采集指令传递给下一个中间传输节点，如果不包括，则直接按照指令方向将数据采集指令传递给下一个中间传输节点，如此，直到传递到最左外网节点或右外网节点的纳管的最后一个中间传输节点或者ID列表为空；

步骤2.3，左外网节点或右外网节点将采集的结果再传递给计算机。

步骤3具体为：

步骤3.1，计算机控制北斗短报文收发模块给起始中间传输节点的北斗短报文收发模块a发送休眠指令，北斗短报文收发模块a接收休眠指令后进行设备休眠，即为：中间传输节点的工控机a控制关闭对应的数据采集装置和左AP设备及右AP设备，关闭后，北斗短报文收发模块a通过工控机a根据指令方向监测本中间传输节点对应下一个中间传输节点一侧的左AP设备或者右AP设备的网络信号强度值，并将该网络信号强度值拼接到休眠指令中；

休眠指令包括休眠指令代码、起始中间传输节点的北斗短报文收发模块aID、指令方向以及信号强度数组，指令方向指从对应ID的北斗短报文收发模块a从左向右依次执行至最右侧的中间传输节点或者从右向左依次执行至最左侧的中间传输节点，信号强度数组指中间传输节点按照指令方向级联传递休眠指令时，将本中间传输节点对应下一个中间传输节点一侧的左AP设备或者右AP设备的网络信号强度值拼接到休眠指令中传递给下一中间传输节点；

步骤3.2，起始中间传输节点休眠后，起始中间传输节点根据指令方向将添加了步骤1.2中监测得到的起始中间传输节点中对应一侧的信号强度值的休眠指令通过北斗短报文收发模块a传递给下一个中间传输节点进行设备休眠，设备休眠后，根据指令方向监测本中间传输节点对应下一个中间传输节点一侧的左AP设备或者右AP设备的网络信号强度值，然后再添加到休眠指令中，如此按照指定方向级联传递休眠指令，直到指令传递到指定方向的最后一个中间传输节点，由最后一个中间传输节点将传递过程中所采集到的信号强度值列表通过其北斗短报文收发模块传输给计算机；

步骤3.3，计算机根据采集到的信号强度值列表更新数据传输链路的状态表，即就是步骤1.1-步骤1.2的网络链路中相邻两个中间传输节点的左AP设备和右AP设备之间的信号强度值。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过级联的无线AP来实现远距离、高带宽的数据传输，其中一对AP设备的最远传输距离为5～10公里，理论最大传输速率为125MB/s，整个链路的距离可通过增加AP节点的方式动态扩展，且于无线AP的高带宽，可实现传感器数据、图像和视频等高容量数据的传输。

(2)本发明通过双向外网通信的方式来实现传输链路的容错，中间节点始终根据其左右链路的最新状态，以最优的路径将数据传输到云端，且中间个别节点故障，不影响其他节点将数据传输到两侧可达外网节点；

(3)本发明通过北斗可实现全局链路的唤醒和休眠，从而实现全局低功耗，再结合设备本身的低功耗能力，可将整个系统功耗按照需求降到最低，且本发明通过北斗实现网络节点的能耗管理、链路监控与调度，以级联传递的方式解决民用北斗60秒一次的发送频率限制。

附图说明

图1是本发明面向无人区远距离的数据传输系统的结构示意图；

图2是本发明面向无人区远距离的数据传输方法中进行唤醒或者休眠时各部件的工作流程图；

图3是本发明面向无人区远距离的数据传输方法中进行唤醒或者休眠的流程图；

图4是本发明面向无人区远距离的数据传输方法中进行数据采集时各部件的工作流程图；

图5是本发明面向无人区远距离的数据传输方法中进行数据采集流程图；

图6是本发明面向无人区远距离的数据传输方法中实施例3的外网节点纳管图；

图7是本发明面向无人区远距离的数据传输方法中实施例4的外网节点纳管图；

图8是本发明面向无人区远距离的数据传输方法中实施例5的外网节点纳管图；

图9是本发明面向无人区远距离的数据传输系统在实施例6中的应用图；

图10是本发明面向无人区远距离的数据传输系统在实施例6中的唤醒、休眠和状态采集界面图；

图11是本发明面向无人区远距离的数据传输系统在实施例6中设置自动采集的界面图。

图中：1.控制中心服务器，2.左外网节点，3.右外网节点，4.中间传输节点；

1-1.计算机，1-2.北斗短报文收发模块；2-1.5G传输模块，2-2.工控机，2-3.AP设备；4-1.数据采集装置，4-2.北斗短报文收发模块a，4-3.工控机a，4-4.左AP设备，4-5.右AP设备，4-6.太阳能供电板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明面向无人区远距离的数据传输系统，其结构如图1所示，包括控制中心服务器1以及与控制中心服务器1通过5G互联网建立连接的左外网节点2和右外网节点3，还包括部署在无人区内的中间多个串联的中间传输节点4，多个中间传输节点4与控制中心服务器1通过北斗短报文建立通信连接，多个中间传输节点4的第一个中间传输节点4和最后一个中间传输节点4分别与左外网节点2和右外网节点3通过无线传输的方式连接，相邻两个中间传输节点4之间还通过北斗短报文建立通信连接。

控制中心服务器1包括计算机1-1以及和计算机1-1通过串口连接的北斗短报文收发模块1-2，计算机1-1搭载Ubuntu系统，计算机1-1接入公网，计算机1-1和左外网节点2及右外网节点3均通过5G宽带连接。

控制中心服务器1部署在市区内由普通的x86服务器的计算机搭载Ubuntu系统，可通外网，市电供电，主要功能为：与左右外网节点通过5G互联网建立连接(Socket长连接)，实现数据采集指令的下发以及监测数据(图片，视频、温度湿度等)的接收；(2)可与任意中间传输节点通过北斗短报文通信，实现全局低功耗(休眠/唤醒)的调度和控制以及整个传输链路状态的监控。

左外网节点2和右外网节点3的结构相同，均包括5G传输模块2-1，5G传输模块2-1线缆连接有工控机2-2，工控机2-2通过以太网连接有AP设备2-3，5G传输模块2-1与计算机1-1通过5G宽带连接，左外网节点2的AP设备2-3和右外网节点3的AP设备2-3分别和第一个中间传输节点4和最后一个中间传输节点4通过无线传输的方式连接。

左外网节点2和右外网节点3分别部署在中间传输节点4的两个边缘，且位于市区内，工控机2-2采用低功耗的工控机，搭载openSUSE系统，可通外网，市电供电，主要功能是：(1)通过5G互联网连接并接收控制中心服务器1的数据采集指令，经过级联的AP设备将指令传递到数据传输链路内部节点；(2)通过级联的AP设备接收数据链路中已经采集到的监测数据，并经过5G网络上传到控制中心服务器。

每个中间传输节点4的结构相同，均包括数据采集装置4-1和北斗短报文收发模块a4-2，北斗短报文收发模块a4-2和北斗短报文收发模块1-2之间进行北斗信号传输，还包括工控机a4-3，北斗短报文收发模块a4-2和数据采集装置4-1均通过串口连接工控机a4-3，工控机a4-3通过以太网连接有左AP设备4-4和右AP设备4-5，第一个中间传输节点4的左AP设备4-4和左外网节点2的AP设备2-3通过无线传输的方式连接，最后一个中间传输节点4的右AP设备4-5和右外网节点3的AP设备2-3通过无线传输的方式连接，位于中间的中间传输节点4的左AP设备4-4和右AP设备4-5分别通过无线传输的方式连接其前一个中间传输节点4的右AP设备4-5和后一个中间传输节点4的左AP设备4-4；相邻两个中间传输节点4之间还通过各自的北斗短报文收发模块a4-2进行北斗信号传输。

中间传输节点4部署在传输链路的中间，位于无人区内，工控机a4-3采用低功耗的工控机，搭载openSUSE系统，数据采集装置包括图像、视频、温度、湿度等的采集，中间传输节点4的主要功能是：(1)通过级联的AP设备接收并响应外网节点的数据采集指令，完成本节点的数据采集并反馈结果给外网节点，由外网节点上传到云端；(2)作为中继节点接收左侧或右侧其他中间传输节点4发送的数据采集指令或数据采集结果，并将指令或数据按照指定的方向继续传递；(3)通过北斗接收和响应控制中心服务器1的唤醒/休眠/状态监测指令，并通过本地的北斗设备将该指令级联传递到末端节点，最终再反馈给控制中心服务器1。

控制中心服务器1的计算机1-1和北斗短报文收发模块1-2均通过市电供电；

左外网节点2和右外网节点3的5G传输模块2-1、工控机2-2、AP设备2-3均通过市电供电；

中间传输节点4还包括太阳能供电板4-6，工控机a4-3、通过线缆连接太阳能供电板4-6。

控制中心服务器1、左外网节点2以及右外网节点3设置为市区内且通外网，中间传输节点4不通外网。

本发明面向无人区远距离的数据传输方法，采用上述面向无人区远距离的数据传输系统，控制中心服务器1通过UI配置的方式，每隔一定的时间进行一次自动唤醒-状态采集-休眠指令，或者手动触发唤醒-状态采集-休眠指令，具体为：

步骤1，控制中心服务器1给中间传输节点4发送唤醒命令，唤醒中间传输节点4以及更新数据传输链路的状态表和左外网节点2和右外网节点3所纳管中间传输节点4的纳管列表；

具体按照如下方式实施：

步骤1.1，计算机1-1控制北斗短报文收发模块1-2给起始中间传输节点4的北斗短报文收发模块a4-2发送唤醒指令，北斗短报文收发模块a4-2的接收唤醒指令后进行设备唤醒，即为：中间传输节点4的工控机a4-3控制开启对应的数据采集装置4-1和左AP设备4-4及右AP设备4-5，唤醒后，北斗短报文收发模块a4-2通过工控机a4-3根据指令方向监测本中间传输节点4对应下一个中间传输节点4一侧的左AP设备4-4或者右AP设备4-5的网络信号强度值，并将该网络信号强度值拼接到唤醒指令中；其中，网络信号强度值在-90～0dbm之间，数据越大信号越好，若网络不通则强度设置为-999dbm；

如表1所示，唤醒指令包括唤醒指令代码、起始中间传输节点4的北斗短报文收发模块a4-2ID、指令方向以及信号强度数组，指令方向指从对应ID的北斗短报文收发模块a4-2从左向右依次执行至最右侧的中间传输节点4或者从右向左依次执行至最左侧的中间传输节点4，信号强度数组指中间传输节点4按照指令方向级联传递唤醒指令时，将本中间传输节点4对应下一个中间传输节点4一侧的左AP设备4-4或者右AP设备4-5的网络信号强度值拼接到唤醒指令中传递给下一中间传输节点4；

表1

步骤1.2，起始中间传输节点4唤醒后，起始中间传输节点4根据指令方向将添加了步骤1.1中监测得到的起始中间传输节点4中对应一侧的信号强度值的唤醒指令通过北斗短报文收发模块a4-2传递给下一个中间传输节点4进行设备唤醒，设备唤醒后，根据指令方向监测本中间传输节点4对应下一个中间传输节点4一侧的左AP设备4-4或者右AP设备4-5的网络信号强度值，然后再添加到唤醒指令中，如此按照指定方向级联传递唤醒指令，直到指令传递到指定方向的最后一个中间传输节点4，由最后一个中间传输节点4将传递过程中所采集到的信号强度值列表通过其北斗短报文收发模块1-2传输给计算机1-1；

本发明通过计算机1-1控制北斗短报文收发模块1-2发起一次数据，采用中间各个节点的北斗设备按照指定方向级联传递该指令，只需发送一次指令即可，如果通过计算机1-1控制北斗短报文收发模块1-2直接给各个节点发送数据，那么由于民用北斗发送数据60秒一次的频率限制，通过计算机1-1给中间各个节点发送完指令后需要N*60秒，N代表中间传输节点4数量。

步骤1.3，计算机1-1根据采集到的信号强度值列表更新数据传输链路的状态表，即就是步骤1.1-步骤1.2的网络链路中相邻两个中间传输节点4的左AP设备4-4和右AP设备4-5之间的信号强度值；

步骤1.4，计算机1-1根据数据传输链路的状态表更新左外网节点2和右外网节点3所纳管中间传输节点4的纳管列表，以保证在网络链路中中间传输节点4到计算机1-1为最优传输路径，即就是根据数据传输链路的状态表给左外网节点2和右外网节点3分配对应网络链路中所纳管的中间传输节点4，该纳管列表根据网络链路中中间传输节点4从右到左到左外网节点2或由左到右到右外网节点3的信号强度值之和取最大值得到；

步骤2，控制中心服务器1根据左外网节点2和右外网节点3所纳管的中间传输节点4列表给左外网节点2和右外网节点3发送数据采集指令，左外网节点2和右外网节点3将数据采集指令发送给其所纳管的中间传输节点4后，中间传输节点4采集响应的信息后依次再回传至左外网节点2或右外网节点3、控制中心服务器1；具体为：

步骤2.1，计算机1-1根据左外网节点2和右外网节点3所纳管中间传输节点4的纳管列表生成对应的数据采集指令，并将对应的数据采集指令通过5G传输模块2-1传输给左外网节点2和右外网节点3的工控机2-2；

如表1所示和表2所示，数据采集指令包括采集命令代码、指令方向、采集响应中间传输节点4的数据采集装置4-1的ID列表；

对于左外网节点2：指令方向为从左向右方向，即就是从和左外网节点2连接的第一个中间传输节点4到其纳管的最右的中间传输节点4的方向；

对于右外网节点3：指令方向为从右向左方向，即就是从和右外网节点3连接的第一个中间传输节点4到其纳管的最左的中间传输节点4的方向；

步骤2.2，左外网节点2和右外网节点3的AP设备2-3分别将数据采集指令传递给与其连接的中间传输节点4的左AP设备4-4和右AP设备4-5，左AP设备4-4和右AP设备4-5将数据采集指令传递给对应中间传输节点4的工控机a4-3，工控机a4-3判断数据采集指令中的ID列表是否包含本中间传输节点4的数据采集装置4-1的ID，如果包括，则工控机a4-3控制数据采集装置4-1采集本中间传输节点4的信息，然后工控机a4-3将采集的反馈数据信息直接反向传递到对应的左外网节点或右外网节点，并且在数据采集指令中并将本节点的ID剔除，再按照指令方向将数据采集指令传递给下一个中间传输节点4，如果不包括，则直接按照指令方向将数据采集指令传递给下一个中间传输节点4，如此，直到传递到最左外网节点2或右外网节点3的纳管的最后一个中间传输节点4或者ID列表为空；

步骤2.3，左外网节点2或右外网节点3将采集的结果再传递给计算机1-1；

表2

步骤3，控制中心服务器1给中间传输节点4发送休眠命令，具体为：

步骤3.1，计算机1-1控制北斗短报文收发模块1-2给起始中间传输节点4的北斗短报文收发模块a4-2发送休眠指令，北斗短报文收发模块a4-2的接收休眠指令后进行设备休眠，即为：中间传输节点4的工控机a4-3控制关闭对应的数据采集装置4-1和左AP设备4-4及右AP设备4-5，关闭后，北斗短报文收发模块a4-2通过工控机a4-3根据指令方向监测本中间传输节点4对应下一个中间传输节点4一侧的左AP设备4-4或者右AP设备4-5的网络信号强度值，并将该网络信号强度值拼接到休眠指令中；

如表1所示，休眠指令包括休眠指令代码、起始中间传输节点4的北斗短报文收发模块a4-2ID、指令方向以及信号强度数组，指令方向指从对应ID的北斗短报文收发模块a4-2从左向右依次执行至最右侧的中间传输节点4或者从右向左依次执行至最左侧的中间传输节点4，信号强度数组指中间传输节点4按照指令方向级联传递休眠指令时，将本中间传输节点4对应下一个中间传输节点4一侧的左AP设备4-4或者右AP设备4-5的网络信号强度值拼接到休眠指令中传递给下一中间传输节点4；

步骤3.2，起始中间传输节点4休眠后，起始中间传输节点4根据指令方向将添加了步骤1.2中监测得到的起始中间传输节点4中对应一侧的信号强度值的休眠指令通过北斗短报文收发模块a4-2传递给下一个中间传输节点4进行设备休眠，设备休眠后，根据指令方向监测本中间传输节点4对应下一个中间传输节点4一侧的左AP设备4-4或者右AP设备4-5的网络信号强度值，然后再添加到休眠指令中，如此按照指定方向级联传递休眠指令，直到指令传递到指定方向的最后一个中间传输节点4，由最后一个中间传输节点4将传递过程中所采集到的信号强度值列表通过北斗短报文收发模块1-2传输给计算机1-1；

步骤3.3，计算机1-1根据采集到的信号强度值列表更新数据传输链路的状态表，即就是步骤1.1-步骤1.2的网络链路中相邻两个中间传输节点4的左AP设备4-4和右AP设备4-5之间的信号强度值。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明面向无人区远距离的数据传输系统的计算机1-1上设置有手动触发按钮，包括唤醒、状态采集以及休眠按钮，通过对应的按钮触发相应的工作流程，计算机1-1上显示当前所有中间传输节点4状态，以及每个中间传输节点4的左AP设备4-4和右AP设备4-5的网络信号强度值，若网络信号强度值为-999dbm则认为该节点处于休眠状态网络不通或者中间传输节点4故障，若网络信号强度值在-90～0dbm之间，在认为其处于工作状态，由于系统设置自动触发时间，每隔一定的时间进行一次自动唤醒-状态采集-休眠指令执行，期间如果想手动采集，如图5所示，即可在计算机上观察各个中间节点的状态，若有中间传输节点4在休眠，则手动进行触发执行唤醒指令，若均处于工作状态，则根据计算机上当前的纳管列表直接手动触发数据采集指令。

实施例3

在实施例1的基础上，假设共有10个中间传输节点4，且每个中间传输节点4均需要唤醒时并进行状态采集时，假设从左到右唤醒，则进行面向无人区远距离的数据传输方法时，则唤醒指令从左侧第一个中间传输节点4依次级联传递至最右侧即就是从左数第10个中间传输节点4，如图6所述，监测到相邻两个中间传输节点4的网络信号强度值均为-10dbm，则根据网络链路中中间传输节点4从右到左到左外网节点2或由左到右到右外网节点3的信号强度值之和取最大原则，且此时从左外网节点2到右外网节点3为连通的链路，若左外网节点2到右外网节点3纳管的中间传输节点4数量不同，假如左外网节点2纳管三个，右外网节点3纳管7个，则左侧信号强度值之和为-30dbm，右侧信号强度值之和为-70dbm，因此，左外网节点2到右外网节点3均需纳管相应的中间传输节点4时，需保证两侧的信号强度值之和同时取到最优值，因此，纳管列表为左外网节点2纳管左侧5个中间传输节点4，右外网节点3纳管右侧5个中间传输节点4，两侧信号强度值之和均为-50dbm。

在执行数据采集指令时，左侧数据采集指令的设备ID列表为第一个中间传输节点4到第五个中间传输节点4中数据采集装置的ID，左侧数据采集指令从左外网节点2到第一个中间传输节点4，再由左到右依次到第五个中间传输节点4，然后再由第五个中间传输节点4依次反向传递采集的数据信息；右侧数据采集指令的设备ID列表为第六个中间传输节点4到第十个中间传输节点4中数据采集装置的ID，右侧数据采集指令从右外网节点3到第十个中间传输节点4，再从右到左到第六个中间传输节点4，然后再由第六个中间传输节点4依次反向传递采集的数据信息；

实施例4

在实施例1的基础上，如图7所示，假设共有10个中间传输节点4，且需要进行状态采集的节点为第3、6、7，则此时需要唤醒第3-10个中间传输节点4，则唤醒指令中的ID为第3个中间传输节点4中北斗短报文收发模块a4-2的ID，指令方向为从左到右，由于第1-2个中间传输节点4未被唤醒因此，第一个中间传输节点4和第二中间传输节点4的左AP设备4-4和右AP设备4-5的网络信号强度值均为-999dbm，计算机1-1根据采集到的信号强度值列表更新数据传输链路的状态表，此时由于左端不通，即就是只能将所有第3-10的中间传输节点划分给右外网节点3纳管；

在执行数据采集指令时，数据采集指令中包括设备ID列表为第3、6、7个中间传输节点4的数据采集装置的ID，则右侧数据采集指令从右外网节点3到第十个中间传输节点4，从右到左再到第三个中间传输节点4，采集过程中，第3/6/7个中间传输节点4进行采集，其他中间传输节点4只起到数据传输功能，然后再由第三个中间传输节点4依次反向传递采集的数据信息。

实施例5

在实施例1的基础上，如图8所示，假设共有10个中间传输节点4，在从左到右依次进行唤醒时，发现第8个中间传输节点4的左AP设备4-4和右AP设备4-5的网络信号强度值均为-999dbm，则证明第8个中间传输节点4的设备出现故障，则此时将第1-7个中间传输节点4分给左外网节点2纳管，将第9-10个中间传输节点4分给右外网节点3纳管进行信号传递。

同时可根据唤醒的设备状态判断是否设备故障，进行及时维修。

实施例6

在实施例1的基础上，将面向无人区远距离数据传输的系统进行了应用，系统通过10个中间节点+两个外网节点级联，实现了120公里的无网络、电力覆盖区域的图像和视频抓拍和上传，界面显示如图9所示，如图10所示，为本实施例中在系统中进行链路唤醒、休眠和状态采集的操作指令时的设置界面；如图11所示，为自动采集界面图。

Claims (6)

1.面向无人区远距离的数据传输方法，其特征在于，采用面向无人区远距离的数据传输系统，包括控制中心服务器（1）以及与控制中心服务器（1）通过5G互联网建立连接的左外网节点（2）和右外网节点（3），还包括部署在无人区内的中间多个串联的中间传输节点（4），多个所述中间传输节点（4）与所述控制中心服务器（1）通过北斗短报文建立通信连接，多个所述中间传输节点（4）的第一个中间传输节点（4）和最后一个中间传输节点（4）分别与所述左外网节点（2）和右外网节点（3）通过无线传输的方式连接，相邻两个中间传输节点（4）之间还通过北斗短报文建立通信连接；

所述控制中心服务器（1）包括计算机（1-1）以及和计算机（1-1）通过串口连接的北斗短报文收发模块（1-2），所述计算机（1-1）搭载Ubuntu系统，所述计算机（1-1）接入公网，所述计算机（1-1）和左外网节点（2）及右外网节点（3）均通过5G宽带连接；

所述左外网节点（2）和右外网节点（3）的结构相同，均包括5G传输模块（2-1），所述5G传输模块（2-1）线缆连接有工控机（2-2），所述工控机（2-2）通过以太网连接有AP设备（2-3），所述5G传输模块（2-1）与所述计算机（1-1）通过5G宽带连接，所述左外网节点（2）的AP设备（2-3）和右外网节点（3）的AP设备（2-3）分别和第一个中间传输节点（4）和最后一个中间传输节点（4）通过无线传输的方式连接

每个所述中间传输节点（4）的结构相同，均包括数据采集装置（4-1）和北斗短报文收发模块a（4-2），所述北斗短报文收发模块a（4-2）和北斗短报文收发模块（1-2）之间进行北斗信号传输，还包括工控机a（4-3），所述北斗短报文收发模块a（4-2）和数据采集装置（4-1）均通过串口连接所述工控机a（4-3），所述工控机a（4-3）通过以太网连接有左AP设备（4-4）和右AP设备（4-5），第一个所述中间传输节点（4）的左AP设备（4-4）和左外网节点（2）的AP设备（2-3）通过无线传输的方式连接，最后一个所述中间传输节点（4）的右AP设备（4-5）和右外网节点（3）的AP设备（2-3）通过无线传输的方式连接，位于中间的中间传输节点（4）的左AP设备（4-4）和右AP设备（4-5）分别通过无线传输的方式连接其前一个中间传输节点（4）的右AP设备（4-5）和后一个中间传输节点（4）的左AP设备（4-4）；相邻两个中间传输节点（4）之间还通过各自的北斗短报文收发模块a（4-2）进行北斗信号传输；

控制中心服务器（1）通过UI配置的方式，每隔一定的时间进行一次唤醒-状态采集-休眠指令，或者手动触发唤醒-状态采集-休眠指令，具体为：

步骤1，控制中心服务器（1）给中间传输节点（4）发送唤醒命令，唤醒中间传输节点（4）以及更新数据传输链路的状态表和左外网节点（2）和右外网节点（3）所纳管中间传输节点（4）的纳管列表；

步骤2，控制中心服务器（1）根据左外网节点（2）和右外网节点（3）所纳管的中间传输节点（4）列表给左外网节点（2）和右外网节点（3）发送数据采集指令，左外网节点（2）和右外网节点（3）将数据采集指令发送给其所纳管的中间传输节点（4）后，中间传输节点（4）采集响应的信息后依次再回传至左外网节点（2）或右外网节点（3）、控制中心服务器（1）；

步骤3，控制中心服务器（1）给中间传输节点（4）发送休眠命令。

2.根据权利要求1所述的面向无人区远距离的数据传输方法，其特征在于，所述控制中心服务器（1）的计算机（1-1）和北斗短报文收发模块（1-2）均通过市电供电；

所述左外网节点（2）和右外网节点（3）的5G传输模块（2-1）、工控机（2-2）、AP设备（2-3）均通过市电供电；

所述中间传输节点（4）还包括太阳能供电板（4-6），所述工控机a（4-3）、通过线缆连接所述太阳能供电板（4-6）。

3.根据权利要求2所述的面向无人区远距离的数据传输方法，其特征在于，所述控制中心服务器（1）、左外网节点（2）以及右外网节点（3）设置为市区内且通外网，所述中间传输节点（4）不通外网。

4.根据权利要求1所述的面向无人区远距离的数据传输方法，其特征在于，所述步骤1具体按照如下方式实施：

步骤1.1，计算机（1-1）控制北斗短报文收发模块（1-2）给起始中间传输节点（4）的北斗短报文收发模块a（4-2）发送唤醒指令，北斗短报文收发模块a（4-2）的接收唤醒指令后进行设备唤醒，即为：中间传输节点（4）的工控机a（4-3）控制开启对应的数据采集装置（4-1）和左AP设备（4-4）及右AP设备（4-5），唤醒后，北斗短报文收发模块a（4-2）通过工控机a（4-3）根据指令方向监测本中间传输节点（4）对应下一个中间传输节点（4）一侧的左AP设备（4-4）或者右AP设备（4-5）的网络信号强度值，并将该网络信号强度值拼接到唤醒指令中；

所述唤醒指令包括唤醒指令代码、起始中间传输节点（4）的北斗短报文收发模块a（4-2）ID、指令方向以及信号强度数组，所述指令方向指从对应ID的北斗短报文收发模块a（4-2）从左向右依次执行至最右侧的中间传输节点（4）或者从右向左依次执行至最左侧的中间传输节点（4），所述信号强度数组指中间传输节点（4）按照指令方向级联传递唤醒指令时，将本中间传输节点（4）对应下一个中间传输节点（4）一侧的左AP设备（4-4）或者右AP设备（4-5）的网络信号强度值拼接到唤醒指令中传递给下一中间传输节点（4）；

步骤1.2，起始中间传输节点（4）唤醒后，起始中间传输节点（4）根据指令方向将添加了步骤1.1中监测得到的起始中间传输节点（4）中对应一侧的信号强度值的唤醒指令通过北斗短报文收发模块a（4-2）传递给下一个中间传输节点（4）进行设备唤醒，设备唤醒后，根据指令方向监测本中间传输节点（4）对应下一个中间传输节点（4）一侧的左AP设备（4-4）或者右AP设备（4-5）的网络信号强度值，然后再添加到唤醒指令中，如此按照指定方向级联传递唤醒指令，直到指令传递到指定方向的最后一个中间传输节点（4），由最后一个中间传输节点（4）将传递过程中所采集到的信号强度值列表通过其北斗短报文收发模块（1-2）传输给计算机（1-1）；

步骤1.3，计算机（1-1）根据采集到的信号强度值列表更新数据传输链路的状态表，即就是步骤1.1-步骤1.2的网络链路中相邻两个中间传输节点（4）的左AP设备（4-4）和右AP设备（4-5）之间的信号强度值；

步骤1.4，计算机（1-1）根据数据传输链路的状态表更新左外网节点（2）和右外网节点（3）所纳管中间传输节点（4）的纳管列表，以保证在网络链路中中间传输节点（4）到计算机（1-1）为最优传输路径，即就是根据数据传输链路的状态表给左外网节点（2）和右外网节点（3）分配对应网络链路中所纳管的中间传输节点（4），该纳管列表根据网络链路中中间传输节点（4）从右到左到左外网节点（2）或由左到右到右外网节点（3）的信号强度值之和取最大值得到。

5.根据权利要求4所述的面向无人区远距离的数据传输方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤2.1，计算机（1-1）根据左外网节点（2）和右外网节点（3）所纳管中间传输节点（4）的纳管列表生成对应的数据采集指令，并将对应的数据采集指令通过5G传输模块（2-1）传输给左外网节点（2）和右外网节点（3）的工控机（2-2）；

所述数据采集指令包括采集命令代码、指令方向、采集响应中间传输节点（4）的数据采集装置（4-1）的ID列表；

对于左外网节点（2）：指令方向为从左向右方向，即就是从和左外网节点（2）连接的第一个中间传输节点（4）到其纳管的最右的中间传输节点（4）的方向；

对于右外网节点（3）：指令方向为从右向左方向，即就是从和右外网节点（3）连接的第一个中间传输节点（4）到其纳管的最左的中间传输节点（4）的方向；

步骤2.2，左外网节点（2）和右外网节点（3）的AP设备（2-3）分别将数据采集指令传递给与其连接的中间传输节点（4）的左AP设备（4-4）和右AP设备（4-5），左AP设备（4-4）和右AP设备（4-5）将数据采集指令传递给对应中间传输节点（4）的工控机a（4-3），工控机a（4-3）判断数据采集指令中的ID列表是否包含本中间传输节点（4）的数据采集装置（4-1）的ID，如果包括，则工控机a（4-3）控制数据采集装置（4-1）采集本中间传输节点（4）的信息，然后工控机a（4-3）将采集的反馈数据信息反向传递到对应的左外网节点（2）或右外网节点（3），并且在数据采集指令中将本节点的ID剔除，再按照指令方向将数据采集指令传递给下一个中间传输节点（4），如果不包括，则直接按照指令方向将数据采集指令传递给下一个中间传输节点（4），如此，直到传递到最左外网节点（2）或右外网节点（3）的纳管的最后一个中间传输节点（4）或者ID列表为空；

步骤2.4，左外网节点（2）或右外网节点（3）将采集的结果再传递给计算机（1-1）。

6.根据权利要求5所述的面向无人区远距离的数据传输方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

步骤3.1，计算机（1-1）控制北斗短报文收发模块（1-2）给起始中间传输节点（4）的北斗短报文收发模块a（4-2）发送休眠指令，北斗短报文收发模块a（4-2）的接收休眠指令后进行设备休眠，即为：中间传输节点（4）的工控机a（4-3）控制关闭对应的数据采集装置（4-1）和左AP设备（4-4）及右AP设备（4-5），关闭后，北斗短报文收发模块a（4-2）通过工控机a（4-3）根据指令方向监测本中间传输节点（4）对应下一个中间传输节点（4）一侧的左AP设备（4-4）或者右AP设备（4-5）的网络信号强度值，并将该网络信号强度值拼接到休眠指令中；

所述休眠指令包括休眠指令代码、起始中间传输节点（4）的北斗短报文收发模块a（4-2）ID、指令方向以及信号强度数组，所述指令方向指从对应ID的北斗短报文收发模块a（4-2）从左向右依次执行至最右侧的中间传输节点（4）或者从右向左依次执行至最左侧的中间传输节点（4），所述信号强度数组指中间传输节点（4）按照指令方向级联传递休眠指令时，将本中间传输节点（4）对应下一个中间传输节点（4）一侧的左AP设备（4-4）或者右AP设备（4-5）的网络信号强度值拼接到休眠指令中传递给下一中间传输节点（4）；

步骤3.2，起始中间传输节点（4）休眠后，起始中间传输节点（4）根据指令方向将添加了步骤1.2中监测得到的起始中间传输节点（4）中对应一侧的信号强度值的休眠指令通过北斗短报文收发模块a（4-2）传递给下一个中间传输节点（4）进行设备休眠，设备休眠后，根据指令方向监测本中间传输节点（4）对应下一个中间传输节点（4）一侧的左AP设备（4-4）或者右AP设备（4-5）的网络信号强度值，然后再添加到休眠指令中，如此按照指定方向级联传递休眠指令，直到指令传递到指定方向的最后一个中间传输节点（4），由最后一个中间传输节点（4）将传递过程中所采集到的信号强度值列表通过其北斗短报文收发模块（1-2）传输给计算机（1-1）；

步骤3.3，计算机（1-1）根据采集到的信号强度值列表更新数据传输链路的状态表，即就是步骤1.1-步骤1.2的网络链路中相邻两个中间传输节点（4）的左AP设备（4-4）和右AP设备（4-5）之间的信号强度值。