CN202514077U

CN202514077U - 基于多频点vhf通讯的远距离自组网系统

Info

Publication number: CN202514077U
Application number: CN2012200121144U
Authority: CN
Inventors: 王小英; 陈英革; 王建; 张双福; 谢丽潇; 徐本连
Original assignee: Changshu Institute of Technology
Current assignee: Changshu Institute of Technology
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2022-01-12

Abstract

本实用新型公开了一种基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，包括具有路由功能的支节点设备和具有路由功能的干节点设备，所述支节点设备之间通过VHF无线网络联接，所述支节点设备与所述干节点设备之间通过VHF无线网络联接，所述干节点设备通过工业以太网联接到一服务器。本实用新型能够减少设备之间的互相干扰，提升整个网络的数据传输能力，同时也能适应不同设备密度、较大范围内的组网，无需人工干预，高效方便。主要应用于不方便架设常规通讯线路的环境下进行前端数据的采集与传输。

Description

基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统

技术领域

本实用新型涉及网络通信系统领域，特别是涉及一种基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统。

背景技术

如今，无线通讯技术在各种数据采集与传输领域的应用以十分广泛。像近距离小范围常用的有红外技术、蓝牙技术等；更大一点范围的常用ZigBee（基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议）技术，由于ZigBee技术的发射功率有限，导致其不能很好的适应于远距离、大范围的组网工作。

目前，远距离大范围常用的是3G技术，但这种技术有着致命的缺点。首先，3G技术必须依靠造价昂贵的各种服务基站才能工作，这使得个人或一些小团体建造这些设备的可能性几乎极小，目前只能靠使用几家知名的运营商提供的服务。使用者除需购买指定的设备外，还需定期支付一定的服务费用。其次，这种技术只能应用在目前3G信号已覆盖的地方，还有很多诸如偏远山区、矿山、远离陆地的海区等地方，3G技术毫无用武之地。目前，这些地方的数据采集及传输只能依靠运行成本极高的卫星通讯技术。

种种现实情况表明，迫切的需要一种造价相对低廉，使用方便的无线通讯设备来填补这个空缺。目前，各种无线数传电台的使用也逐渐广泛起来，这种由早期模拟无线电台发展而来的新型通讯设备的出现使得上述问题的解决成为可能。它具有发射功率大，传输距离远，方便架设等一系列有点。但目前的数传电台基本都只有简单的收发数据的功能，不具备组网功能，所以只靠数传电台还不能直接解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，能够减少设备之间的互相干扰，提升整个网络的数据传输能力，同时也能适应不同设备密度、较大范围内的组网，无需人工干预，高效方便。为不方便使用常规通讯设备的地方，尤其对海洋地区的数据采集提供了一种有效的技术方案。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，包括具有路由功能的支节点设备和具有路由功能的干节点设备，所述支节点设备之间通过VHF无线网络联接，所述支节点设备与所述干节点设备之间通过VHF无线网络联接，所述干节点设备通过工业以太网联接到一服务器。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述支节点设备包括主控器模块、VHF无线数传模块、GPS模块、数据采集模块、数据存储模块、人机交互模块、第一电源模块和第二电源模块，所述VHF无线数传模块与所述第一电源模块连接并接收相关数据，所述主控器模块分别与所述VHF无线数传模块、所述数据采集模块、所述数据存储模块、所述人机交互模块连接并相互进行数据传输，所述主控器模块分别与所述GPS模块、第二电源模块连接并接收相关数据。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述支节点设备的数据采集模块包含常用通迅接口UART、485总线或CAN中的至少一种。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述干节点设备包括主控器模块、VHF无线数传模块、GPS模块、数据存储模块、人机交互模块、第一电源模块和第二电源模块，所述VHF无线数传模块与所述第一电源模块连接并接收相关数据，所述主控器模块分别与所述VHF无线数传模块、所述数据存储模块、所述人机交互模块连接并相互进行数据传输，所述主控器模块分别与所述GPS模块、第二电源模块连接并接收相关数据。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述干节点设备的主控器模块包括集成以太网控制器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型揭示了一种基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，将嵌入式计算机技术与VHF无线通讯技术相结合，辅以特殊的通讯协议及路由协议，使用嵌入式计算机控制多频点VHF数传电台按特定的协议进行自组网，完成了一种基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，有效的减少了设备之间的互相干扰，提升了整个网络的数据传输能力，同时也能适应不同设备密度、较大范围内的组网，且无需人工干预，高效方便。

附图说明

图1是本实用新型基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统一较佳实施例的应用示意图；

图2是图1所示支节点设备的结构示意图；

图3是图1所示干节点设备的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：101、数据处理中心服务器，102、联机交换机，103、工业以太网，104、干节点设备，105、支节点设备；201、支节点设备的第一电源模块，201′、支节点设备的第二电源模块，202、支节点设备的VHF无线数传模块，203、支节点设备的主控器模块，204、支节点设备的GPS模块，205、支节点设备的数据存储模块，206、支节点设备的人机交互模块，301、干节点设备的第一电源模块，301′、干节点设备的第二电源模块，302、干节点设备的VHF无线数传模块，303、干节点设备的主控器模块，304、干节点设备的GPS模块，305、干节点设备的数据存储模块，306、支节点设备的人机交互模块，307、集成以太网控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例—海洋浮标监测系统为背景进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1所示，本实用新型实施例包括：

一种基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，需配合联机交换机102和数据处理中心服务器101协同工作。包括具有路由功能的支节点设备105和具有路由功能的干节点设备104，所述支节点设备105之间通过VHF无线网络联接，所述支节点设备105与所述干节点设备104之间通过VHF无线网络联接，所述干节点设备104通过工业以太网103联接到数据处理中心服务器101。其中支节点设备105负责数据采集、数据融合处理和数据转发，干节点设备104负责对数据作进一步融合处理。

所述各支节点设备105之间、所述支节点设备105与所述干节点设备104采用多组频点在VHF波段进行无线通讯，相邻设备之间的有效通讯距离为0-10公里。在设备密度适中的情况下，处在此范围内的任意两设备，在任意时刻都可发起数据通讯，设备会自动选择当前空闲的频点进行通讯，以避免附近其它正在通讯的设备对其造成干扰。

实际工作时，数据处理中心服务器101可位于任何能介入工业以太网103的地方，如海洋环境监测中心，干节点设备104也需安置在能接入工业以太网103的地方，如各海边环境监测站，并通过联机交换机102联入网络。各支节点设备105安置在采集点，如分散在海面上的各浮标中进行数据采集，并将采集到的数据经过初步处理后直接或间接地发送到干节点设备104，即各海边环境监测站。干节点设备104将数据做进一步处理后通过工业以太网103传送到数据处理中心服务器101，即海洋环境监测中心。各支节点设备105之间、支节点设备105与干节点设备104之间使用特殊通讯协议可自组网，同一网络中任何两台设备都可进行直接或多跳式数据通讯；并且各设备都具有路由功能，都能自动创建自己的路由表，并能根据网络拓扑结构的变化或自身位置的漂移及时的更新路由表，无需人工干预。

理论上，数据采集点可以距离工业以太网103的接入点（即干节点设备104的布置点）足够远，数据采集点的覆盖范围可达到足够大，只需保证所有节点设备都能构成同一个联通的网络，即如果两台设备能够进行直接通讯，就认为两台设备所表示的两个节点间有通路，这样，就要保证所有节点设备所表示的节点构成的图是一个连通图。

请参阅图2所示，所述支节点设备105包括主控器模块203、VHF无线数传模块202、GPS模块204、数据采集模块207、数据存储模块205、人机交互模块206及电源模块201。其中，所述支节点设备的数据采集模块207包含常用通迅接口UART、485总线或CAN中的至少一种。

请参阅图3所示，所述干节点设备104包括主控器模块303、VHF无线数传模块302、GPS模块304、数据存储模块305、人机交互模块306及电源模块301。其中，所述主控器模块303包括集成以太网控制器307。

系统工作时，各支节点设备105会在主控器模块203的控制下按设定方式实时地通过常用通讯接口控制联接的数据采集模块207进行数据采集；然后对采集到的数据信息进行初步处理，并在数据上添加对应采集点的地理位置信息、采集的时间信息及设备标识信息等附加信息；再将数据打包后暂存在数据存储模块205中，等待合适时机通过VHF无线数传模块202将数据包按路由表传送给下一跳设备。各支节点设备105也会实时地协助其他节点设备转发一些需要经过本设备的数据包。

干节点设备104通过VHF无线数传模块302接收其他节点设备发送过来的各种数据包；然后对数据包进行检错、拆包等处理，并对数据做必要的融合处理；再将数据重新打包并通过其集成的以太网控制器307经工业以太网103将数据包发送到数据处理中心服务器101。各节点设备都具有GPS模块204/304，可通过GPS模块实时获取自身的地理位置信息，并能同步自己的时间。各节点设备都具有可拆、装的人机交互模块206/306，方便必要时对设备的设置及维护。

当系统中各设备进行点对点数据传输时，支节点设备和干接点设备都能工作在两种模式下：主设备模式和从设备模式。当设备主动发起与其他设备进行数据传输时，此设备此时为主设备，另一方设备为从设备。

为了方便设备之间多频点传输，设备的所有可用频点被划分成两种：广播通道和普通数据通道。广播通道只有一个，且为固定频点，其特点是收发数据同频点；普通数据通道有多个，每个普通数据通道由两个频点组成，分别用于发送数据和接收数据，其特点是每个普通数据通道有两种不同的工作模式：主通道模式和从通道模式，两种模式下收发频点对调。当设备间进行点对点数据传输时，一旦双方确定使用通道，主设备即工作在主通道模式，从设备即工作在从通道模式。广播通道主要供各设备收发广播信息及建立链接所需的控制信息，普通数据通道主要作为一次点对点数据传输中主设备和从设备的私用通道。

在可以进行VHF无线直传的范围内，各设备采用监听---扫描通道---选取通道的方式与周围设备进行数据传输。具体实现方式为：当设备空闲时监听广播通道，记录下周围设备对普通数据通道的占用及释放情况，同时监听及处理一些广播信息。当设备需要与周围设备进行数据传输时，根据设备自身已掌握的通道占用情况，排除已被占用的通道，选择其他通道进行快速扫描，并从中选取若干个备用通道，然后通过广播方式向目标设备进行传输申请。得到目标设备回应并确定传输通道后，主从设备同时切入选定通道进行数据传输。待传输结束后，主从设备都以广播方式告诉周围设备其释放所占用的通道后切入公共通道进行监听。至此，一次点对点的数据传输过程完成。

每个节点设备都具有自己的路由表。在进行数据传输时，当设备发现目标设备不在其可直传范围内时，设备都会根据自己的路由表，并结合当时周围各设备的忙、闲情况选择合适的下一跳设备，将其要传输的数据信息交付给下一跳设备。经过多次传输，处在同一网络中的任何两个设备都可进行间接地数据传输。并且，每个设备都具有动态的自主维护自己的路由表的功能，以适应多变环境对通讯的影响及设备自身的地理位置的漂移所导致的网络拓扑结构的变化。

使用本系统进行数据采集时，首先由各支节点设备通过常用的通讯接口（如 UART、485总线、CAN）控制其所联接的各种传感器进行数据采集，然后对数据进行必要的处理，添加上数据采集点的标志信息及时间信息、地理位置信息等，最后将数据进行打包处理，按特定的高层协议方式将数据传给对应的下一跳设备。当各种数据包到达干节点设备时，干节点设备将根据需要对数据进行检错、拆包、冗余处理等，最后通过以太网将数据交付给上位机或服务器。

本实用新型基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统的优点在于：

1）、本系统采用多频通讯进行组网，设备在进行正常通讯时根据特殊协议自动选择当时空闲频点进行数据传输，有效的减少了设备之间的互相干扰，提升了整个网络的数据传输能力，同时也能适应不同设备密度的组网。

2）、本系统采用VHF段无线电作为数据传输介质，有效通讯距离较远，能适应较大范围内的组网，如在大片海区进行组网等。

3）、本系统采用特殊自组网协议，各设备可根据实际情况进行自主组网，无需人工干预，高效方便，尤其适合一次性投放极少进行维护的地方，如浮标系统等。

4）、本系统各节点设备都具有路由功能，且各设备都能根据网络拓扑结构的变化自动调整自己的路由表，能有效的降低环境的变化、设备地理位置的漂移等对整个网络的传输能力的影响。

5）、本系统集成多种通用串行通讯接口（如 UART、485总线、CAN）作为数据采集接口，方便联接各种常用数据采集传感器，能适应不同领域的数据采集需求。

6）、本系统采用工业以太网接口同上位机或服务器进行通讯，使用方便，数据通讯速率较高。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，其特征在于，包括具有路由功能的支节点设备和具有路由功能的干节点设备，所述支节点设备之间通过VHF无线网络联接，所述支节点设备与所述干节点设备之间通过VHF无线网络联接，所述干节点设备通过工业以太网联接到一服务器。

2.根据权利要求1所述的基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，其特征在于，所述支节点设备包括主控器模块、VHF无线数传模块、GPS模块、数据采集模块、数据存储模块、人机交互模块、第一电源模块和第二电源模块，所述VHF无线数传模块与所述第一电源模块连接接收相关数据，所述主控器模块分别与所述VHF无线数传模块、所述数据采集模块、所述数据存储模块、所述人机交互模块连接相互进行数据传输，所述主控器模块分别与所述GPS模块、第二电源模块连接接收相关数据。

3.根据权利要求2所述的基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，其特征在于，所述支节点设备的数据采集模块包含常用通迅接口UART、485总线或CAN中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，其特征在于，所述干节点设备包括主控器模块、VHF无线数传模块、GPS模块、数据存储模块、人机交互模块、第一电源模块和第二电源模块，所述VHF无线数传模块与所述第一电源模块连接接收相关数据，所述主控器模块分别与所述 VHF无线数传模块、所述数据存储模块、所述人机交互模块连接相互进行数据传输，所述主控器模块分别与所述GPS模块、第二电源模块连接接收相关数据。

5.根据权利要求4所述的基于多频点VHF通讯的远距离自组网系统，其特征在于，所述干节点设备的主控器模块包括集成以太网控制器。