一種基于北斗的低功耗雙向非實(shí)時(shí)通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于北斗的低功耗雙向非實(shí)時(shí)通信方法，屬于北斗系統(tǒng)通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]北斗衛(wèi)星系統(tǒng)具備的短報(bào)文通信功能在水文、氣象、海洋、林業(yè)領(lǐng)域的遙測系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。但鑒于目前北斗通訊終端的功耗較大，發(fā)信頻度受限的問題，這些遙測系統(tǒng)在應(yīng)用北斗衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)傳輸載體時(shí)，一般只實(shí)現(xiàn)了野外遙測站向數(shù)據(jù)采集中心站的單向傳輸功能，缺少中心站向遙測站的下行訪問功能。系統(tǒng)的運(yùn)行管理人員無法通過中心站對野外遙測裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、修改運(yùn)行參數(shù)、檢查設(shè)備工作狀態(tài)等操作，系統(tǒng)的可維護(hù)性低。
[0003]相比現(xiàn)有的單向傳輸機(jī)制，本發(fā)明提出的基于北斗的雙向非實(shí)時(shí)通信遙測方法，在設(shè)備整體功耗增加很少的前提下，實(shí)現(xiàn)了野外遙測站和數(shù)據(jù)采集中心站的雙向通信;并且本通信方法中包含的編碼方法，能夠最大限度利用報(bào)文空間，實(shí)現(xiàn)盡可能多的信息的可靠傳輸。在基于北斗通信的遙測系統(tǒng)中應(yīng)用本方法能夠有效提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率和可維護(hù)性。
[0004]北斗衛(wèi)星系統(tǒng)不僅具有授時(shí)、導(dǎo)航功能，同時(shí)具有傳送短報(bào)文的通信功能，這是其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所沒有的獨(dú)特功能。北斗衛(wèi)星短報(bào)文通信在水文、氣象、海洋、林業(yè)等自動(dòng)化遙測系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。
[0005]這些遙測系統(tǒng)有大量的遙測站安裝在偏遠(yuǎn)無人地區(qū)，沒有移動(dòng)通信信號覆蓋，因此在這些地方，衛(wèi)星成為唯一可供選擇的可靠通信方式。而北斗相比其它衛(wèi)星通信方式，具有費(fèi)用低、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，成為近年來各領(lǐng)域幾乎所有遙測系統(tǒng)的首選衛(wèi)星通信方式。
[0006]偏遠(yuǎn)無人地區(qū)很少有交流供電條件，因此安裝在這些地區(qū)的遙測設(shè)備一般采用蓄電池和太陽能供電，由于交通條件所限及運(yùn)輸成本方面的因素，設(shè)備所配備的蓄電池、太陽能電池的容量有限，為保證設(shè)備在無日照環(huán)境下工作盡可能長的時(shí)間，設(shè)備的整體運(yùn)行功耗應(yīng)盡可能低。但目前北斗終端的值守功耗普遍超過10W，對于遙測站電源系統(tǒng)是一個(gè)巨大的負(fù)擔(dān)。
[0007]為了節(jié)省功耗，目前大多數(shù)基于北斗通信的遙測站的工作流程，如圖1所示:平時(shí)遙測站處于休眠狀態(tài)，北斗通信終端的電源也處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)采集數(shù)據(jù)的定時(shí)時(shí)刻到達(dá)后，遙測站從休眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，發(fā)起數(shù)據(jù)采集，完成采集后，打開北斗通信終端電源，將采集的數(shù)據(jù)按照一定的格式編碼后發(fā)送給數(shù)據(jù)中心站，發(fā)送完成后關(guān)閉通信終端的電源，設(shè)備再次休眠狀態(tài)等待下一次采集時(shí)刻到達(dá)。在這種工作機(jī)制下，只有遙測站主動(dòng)向數(shù)據(jù)中心站發(fā)送采集的數(shù)據(jù)，而中心站不向遙測站發(fā)送指令。這種單向通信的機(jī)制雖然可以最大限度的節(jié)省遙測站整體功耗，但是缺少了中心站向遙測站的通訊功能，無法讓系統(tǒng)的運(yùn)行管理人員對遙測站的工作狀況與運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全面管控。
[0008]另一種基于北斗的雙向通信實(shí)現(xiàn)方案，簡稱時(shí)間窗口方案。在該方案中，為了實(shí)現(xiàn)雙向的通信功能，采用了如圖2所示的工作流程:遙測站每天在一個(gè)或幾個(gè)固定的時(shí)刻，打開北斗通信終端的電源，使終端進(jìn)入值守狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行管理人員就可以通過中心站給遙測站下達(dá)指令。在設(shè)定的值守超時(shí)后，遙測站關(guān)閉北斗通信終端電源。這種機(jī)制相對單向通信的機(jī)制，雖然設(shè)備功耗上有所增加，但至少在特定的時(shí)間段內(nèi)為系統(tǒng)的運(yùn)行管理人員提供了遠(yuǎn)程訪問遙測站的功能。
[0009]在特定時(shí)間窗口內(nèi)提供中心站遠(yuǎn)程訪問遙測站功能的方案，主要還存在以下不足:
1、當(dāng)需要從中心站對遙測站下發(fā)指令時(shí)，要求運(yùn)行管理人員在窗口時(shí)間內(nèi)進(jìn)行操作，錯(cuò)過本次窗口時(shí)間，只能等待下一次窗口時(shí)間。一般來說，大部分采用蓄電池和太陽能供電的遙測站為了節(jié)省功耗，可供操作的窗口時(shí)間都比較短，如果中心站和遙測站的時(shí)間不同步，很有可能導(dǎo)致操作錯(cuò)過窗口時(shí)間，遙測站無法接收到中心站下發(fā)的指令。
[0010]2、空閑狀態(tài)下的功耗損耗較大。在系統(tǒng)運(yùn)行的大部分時(shí)間內(nèi)，可能中心站不需要對遙測站下發(fā)操作指令，但為了滿足雙向通信功能，遙測站需要在固定的時(shí)間窗內(nèi)使北斗通信終端處于值守狀態(tài)，即使在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)無任何指令從中心站下發(fā)。一次時(shí)間窗內(nèi)的值守功耗幾乎相當(dāng)于遙測站一天功耗的95%左右。
[0011]3、時(shí)間窗口方案實(shí)現(xiàn)北斗雙向通信的遙測系統(tǒng)基本使用單指令報(bào)文，即每條報(bào)文只能包含I條操作指令，當(dāng)中心站需要向遙測站下達(dá)多個(gè)不同的指令操作時(shí)，需要生成多條指令分別下發(fā)。而民用的北斗衛(wèi)星終端的發(fā)信頻度是受限的(60s—次)，因此在I個(gè)時(shí)間窗內(nèi)，下發(fā)報(bào)文的次數(shù)也是有限的。如果下發(fā)的指令數(shù)超出了時(shí)間窗可容納的指令數(shù)，就需要運(yùn)行管理人員在下一個(gè)時(shí)間窗內(nèi)進(jìn)行操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于北斗的低功耗雙向非實(shí)時(shí)通信方法。
[0013]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種基于北斗的低功耗雙向非實(shí)時(shí)通信方法，包括步驟如下:
步驟一:中心站的數(shù)據(jù)采集程序中，為下轄的每一個(gè)遙測站設(shè)置一個(gè)命令緩存隊(duì)列，用來緩存系統(tǒng)的運(yùn)行管理人員下發(fā)的針對遙測站的操作指令，數(shù)據(jù)采集程序在任何時(shí)候都能接收系統(tǒng)的運(yùn)行管理人員下發(fā)的操作指令，但并不立即通過北斗發(fā)送出去，而是緩存在命令緩存隊(duì)列中，存放格式采用多指令組包方法；
步驟二:遙測站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并通過自身的北斗通信終端向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)后，并不立即關(guān)閉北斗通信終端電源，而是等待小于等于5秒時(shí)間，如果在5秒時(shí)間內(nèi)沒有收到中心站下發(fā)的報(bào)文，遙測站關(guān)閉北斗通信終端電源，進(jìn)入休眠狀態(tài);否則進(jìn)入下一步驟；
步驟三:中心站在接收到遙測站發(fā)送的數(shù)據(jù)后，立即檢查命令緩存隊(duì)列中是否緩存了針對遙測站的操作指令，若有則將所有緩存的操作指令按照分包組包方法進(jìn)行封裝，報(bào)文封裝完畢后立即將第一包報(bào)文下發(fā)給遙測站；如果報(bào)文有多包，下一包的發(fā)送時(shí)間需要和上一包的發(fā)送時(shí)間間隔大于北斗允許的發(fā)信頻度60秒;數(shù)據(jù)采集程序?qū)⑺蟹职膱?bào)文發(fā)送完畢后，當(dāng)前的命令緩存隊(duì)列仍然保留，不清空；
步驟四:遙測站接收到中心站下發(fā)的報(bào)文后，首先對報(bào)文的第一個(gè)字節(jié)進(jìn)行解碼，根據(jù)總包數(shù)判斷是否有分包，若有則將報(bào)文后面的105字節(jié)進(jìn)行緩存，同時(shí)繼續(xù)等待下一包報(bào)文；當(dāng)所有報(bào)文收齊并重新組包后，遙測站對報(bào)文進(jìn)行解析處理;如果遙測站在接收過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)前包序號和上一個(gè)包序號不連續(xù)，說明北斗傳輸過程中產(chǎn)生了丟包，遙測站立即放棄接收，關(guān)閉北斗通信終端電源，進(jìn)入休眠狀態(tài)；
步驟五:遙測站對報(bào)文進(jìn)行解析，執(zhí)行操作指令，然后將指令響應(yīng)結(jié)果按照多指令組包方法緩存在命令響應(yīng)隊(duì)列中，遙測站在生成命令響應(yīng)隊(duì)列后并不立即發(fā)送，而是關(guān)閉北斗通信終端電源，進(jìn)入休眠狀態(tài)；
步驟六:在下一次遙測站采集發(fā)信時(shí)刻到來時(shí)，遙測站需要檢查命令響應(yīng)隊(duì)列中是否緩存了針對中心站操作指令的響應(yīng)，若有則將緩存的數(shù)據(jù)添加到待發(fā)的采集數(shù)據(jù)的末尾，然后對整個(gè)數(shù)據(jù)包按照分包組包方法進(jìn)行封裝，完成后將封裝的報(bào)文發(fā)送給中心站，然后按照步驟二所述進(jìn)行；
步驟七:中心站收到遙測站發(fā)送的報(bào)文后，檢查報(bào)文中是否有指令響應(yīng)，若有則檢查指令響應(yīng)的序號在命令緩存隊(duì)列是否存在，如果命令緩存隊(duì)列中有相同序號的操作指令，則將該操作指令從命令緩存隊(duì)列中清除。然后按照步驟三所述進(jìn)行。
[0014]所述多指令組包方法將操作指令按如下格式進(jìn)行編碼:
〈指令碼I長度>〈指令碼I序號>〈指令碼內(nèi)容>.....〈指令碼η長度X指令碼η序號X指令碼η內(nèi)容〉；
其中指令碼長度占用I字節(jié)空間，具體數(shù)值等于指令碼序號和指令碼內(nèi)容占用的總的字節(jié)數(shù)。指令碼序號占用I字節(jié)空間，每生成一條指令，指令序號累加I，序號數(shù)值從1-255循環(huán)，序號O用于遙測站采集數(shù)據(jù)指令，1-255用于中心站的下行指令，每條指令對應(yīng)的指令序號唯一。
[0015]所述分包組包方法，包括步驟如下:
步驟一:每條報(bào)文包括第I個(gè)字節(jié)作為分包標(biāo)志和105字節(jié)的內(nèi)容，其中分包標(biāo)志BitO-Bit3為分包總數(shù)，為當(dāng)前包序號；使用4位二進(jìn)制數(shù)表示的分包總數(shù)，最大值為15ο
[0016]步驟二:如果報(bào)文的長度超過了105字節(jié)，則由多個(gè)分包組成封裝，每個(gè)分包由第I個(gè)字節(jié)分包標(biāo)志和不大于105字節(jié)的內(nèi)容組成。
[0017]考慮到最大的分包總數(shù)有限制，因此命令隊(duì)列的長度也有限制，最大長度不超過1575字節(jié)。
[0018]有益效果:本發(fā)明提供的一種基于北斗的低功耗雙向非實(shí)時(shí)通信方法，有益效果如下:
1、相比現(xiàn)有的時(shí)間窗口技術(shù)方案，本發(fā)明提出的通信方法使遙測站僅在自報(bào)采集數(shù)據(jù)后很短時(shí)間內(nèi)處于值守狀態(tài)，因此大幅降低了遙測站空閑狀態(tài)下的功耗損失。
[0019]2、相比現(xiàn)有的時(shí)間窗口技術(shù)方案可能因中心站和遙測站時(shí)間不同步，導(dǎo)致遙測站無法接收到中心站下發(fā)的指令，本發(fā)明提出的通信方法使中心站下發(fā)指令不依賴于絕對時(shí)間，而僅由收到遙測站自報(bào)數(shù)據(jù)的動(dòng)作觸發(fā)，因此即使中心站和遙測站時(shí)間不同步，也能順利完成指令下發(fā)與接收。
[0020]3、相比現(xiàn)有的時(shí)間窗口技術(shù)方案需要運(yùn)行管理人員在特定窗口時(shí)間才能對遙測站下發(fā)指令，本發(fā)明提出的指令緩存方法支持運(yùn)行管理人員在任何時(shí)刻輸入對遙測站的操作指令，有效提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。
[0021]4、相比傳統(tǒng)的單指令編碼，本發(fā)明提出的多指令組包方法，有效提高了單條北斗報(bào)文的信息攜帶量，降低了全部信息傳輸所需的時(shí)間，從而降低了遙測站整體功耗。
[0022]5、相比傳統(tǒng)的基于北斗的編碼方法只能傳輸不大于106字節(jié)的報(bào)文，本發(fā)明提出的分包組包方法，實(shí)現(xiàn)了長報(bào)文的可靠傳輸，從而可以傳輸更多的信息。
[0023]6、相比時(shí)間窗口技術(shù)方案，在基于北斗通信的遙測系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明提出的方法，在實(shí)現(xiàn)雙向通信功能的前提下，可以大幅降低遙測站設(shè)備因空閑狀態(tài)值守造成的功耗損失，提高報(bào)文的有效信息攜帶量，并且支持系統(tǒng)的運(yùn)行管理人員在任意時(shí)間對遙測站進(jìn)行指令操作，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。
【附圖說明】
[0024]圖1為北斗單向傳輸機(jī)制的遙測站工作流程圖；
圖2為時(shí)間窗口方案的遙測站工作流程圖；
圖3為本發(fā)明遙測站工作流程圖；
圖4為本發(fā)明中心站工作流程圖；
圖5為分包標(biāo)志字節(jié)位定義。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0026]如圖3、4所示，一種基于北斗的低功耗雙向非實(shí)時(shí)通信方法，包括如下步驟:
步驟一