专利名称：基于公用无线通信网络的无线数据备用通道的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据通信技术领域，具体地说是一种相对于当前的光纤通信、同轴电缆通信等有线通信方式而言，应用主要面向有线数据通信中的无线备份通道，也可应用为主数据通道，应用领域包括电力、无人值守气象站、远程人工影响天气、水源地供水自动化监测管理控制等领域的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道。
背景技术：
我们知道，现有线通信方式中，电缆会因意外情况通信中断造成数据链路失控给生产运营造成重大安全隐患和损失，甚至有时这种损坏短时间内也无法修复，这时无线备份的数据链路就要起到重要的作用。无线备份的无线备份的数据链路一般采用专业数传电台和微波通信。专业数传电台以进口为主，价格相当高，同时通信距离依赖于地形地貌、发射功率等制约条件，不同地区应用时工作频率不相同；在大功率工作情况下，设备对环境造成很强的电磁干扰，使其它设备无法正常运行；工作在大功率情况下使设备容易损坏；由此可见专业数传电台在实际使用中的维护是非常重要的。同样的，微波通信同样受到地形地貌的影响，微波具有很强的方向性，传输过程中一旦有障碍物将会造成很大的影响，微波通信需要建立地面通信站其投入非常高，后期的维护需要消耗较大的人力物力。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种价格低廉、网络维护简单、安装方便、施工周期短、无通信距离限制、可以远程监测、可控的网络数据流量的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的一种基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，包括用户设备、RS485/RS232通信接口、公用无线通信网络、无线数据接入网关、数据业务平台和用户数据管理端，还包括无线数据备用通道终端，用户设备通过RS485/RS232通信接口与无线数据备用通道终端连接进行数据交换，无线数据备用通道终端以公用无线通信网络为通信途径进行数据传输，网络层采用TCP/IP协议，TCP/IP协议就是目前被各方面遵从的网际互联工业标准，得到了广大用户的支持，因此采用TCP/IP技术无论从网络上、普遍性和编程等方面可以得到非常好的支持。数据通过无线数据接入网关后由数据业务平台进行数据的校验、加密解密和数据的派发，用户数据管理应用端接收数据和处理。同时，用户数据管理应用端可以逆向地进行数据传输。无线数据备用通道终端包括CPU及设于CPU上的异步串行口UART、外部输入输出接口、总线、电源和指示灯，异步串行口UART与公用无线通信网络的无线模块连接，外部输入输出接口与RS485/RS232通信接口连接，总线与FLASH存储器、I2C存储器和时钟相连接。
所述的公用无线通信网络包括GSM GPRS和CDMA 1X，其中GSM GPRS是GeneralPacket Radio Service的缩写，即通用无线分组业务，现属于中国移动所有；CDMA是码分多址Code Division Multiple Access的英文缩写，现属于中国联通所有；这两种通信方式都有广泛的网络覆盖，网络稳定，因此无线数据备用通道可以在GSM GPRS和CDMA 1X网络覆盖的地方使用，不受地形地貌的影响。同时网络的维护由通信公司来维护。公用无线通信网络的无线模块接收到上位机下发的数据通过异步串行口UART发送给无线数据备用通道终端CPU，数据进行校验和解密后通过RS485/RS232通信接口发送给用户设备；反之，用户设备通过RS485/RS232通信接口发送给CPU进行数据的加密，同时形成循环冗余CRC16数据校验码，一起打包形成数据贞，再由异步串行口UART发送给无线模块完成网络级的数据传输。
所述的数据数据业务平台是ListenTec数据业务平台。ListenTec数据业务平台是申请人自己开发的软件，目前已经在市场上应用，并且已经取得了软件著作权登记。ListenTec数据业务平台具有用户标识认证、端口映射、数据传输、异常恢复、联通网络接入、移动网络接入等功能。用户标识认证技术采用采用IP过滤技术防止非法网段用户的侵袭，同时采用用户ID和密码验证技术对客户端的MAC地址、ID以及密码验证，极大地增加了系统的安全性；另外，每一被授权的客户端都采用硬件加密狗进行加密，对用户实施唯一的标识。主站软件把主机的串口和终端建立映射，任何对该串口的数据操作，都将透明的发送给终端所连接的设备，从而实现透明通讯。终端有看门狗程序，异常时终端自动复位，主站软件也可以自动复位。联通无线网络可以通过CDMA(1X)网、移动网络可以通过GPRS分别接入系统。
所述的无线数据备用通道终端采用网络握手机制，网络握手机制要达到两个目的长期占用数据带宽和测试网络连接情况。首先GSM GPRS和CDMA 1X网络本身有一个固定的网络休眠时间，在无数据流的情况下，网络会自动降低无线数据通道的带宽，突发数据流时网络需要重新申请带宽，这就会造成数据的较大延时；另外，系统要随时监测无线数据备用通道在线的情况，要求网络连接出现问题时无线数据备用通道在短时间内重新连接网络；基于以上两点，无线数据备用通道采用了网络握手机制，即无数据流时，无线数据备用通道在设定的时间间隔内，向网络发送包含自身身份的数据包，网络接收到后应答这一数据包，达到了两个目的在网络休眠之前复位了网络溢出计时器使带宽保持不变，二是通过一问一答的机制可以快速测定网络连接情况。
所述的无线数据备用通道终端采用休眠模式，用户的主数据通道在正常时，无线数据备用通道暂时把数据接口关闭；在用户的主数据通道异常时，无线数据备用通道启用数据接口，保持用户数据链路的完整。休眠模式由网络向相应的无线数据备用通道下行发送休眠指令而进入休眠状态。此时，无线数据备用通道与用户数据处理设备的接口则停止工作，所有用户数据处理设备上行的数据不予处理，只保留无线数据备用通道与网络之间的心跳和等待接收休眠唤醒的指令，这样达到了降低数据流量减少费用的目的。
所述的无线数据备用终端具有唯一的识别地址，是识别终端的标识字。GSM GPRS和CDMA1X登录网络时会随机得到网络分配的IP地址，而且每次重新登录网络时IP地址都是不同的，这样造成用户无法访问固定空间的无线数据备用通道；为解决这个问题，无线数据备用通道登录网络后自动向网络发送包含预设定的唯一标识的数据包表明自己的身份，这不依赖于IP地址、SIM卡(GPRS卡)和UIM卡(CDMA 1X卡)，用户只访问这个唯一标识就可特定的访问这个无线数据备用通道。
所述的无线数据备用通道终端上设有与用户设备的通信接口连接的RS232电平接口和RS485电平接口。通常数据处理设备对外的接口大多采用RS485电平或者RS232电平的接口，无线数据备用通道终端可以根据用户设备接口的不同，配置为RS485电平接口或者RS232电平接口。对RS485而言只要连接相应的两根通信线；对RS232而言也只是连接相应的三根通信线，若用户设备具有标准的DB9连接器时，无线数据备用通道提供的电缆也可以配备对应的DB9连接器。令外无线数据备用通道的外形尺寸与通用的电子式多功能电能表近似，且安装方式基本相同。电源采用AC220V/50Hz市电供电，同时兼容直流220V供电。
所述的无线数据备用通道终端的前面板上部设有一个电源指示灯、一个网络指示灯、两个状态指示灯和一个无线模块状态指示灯，下部分别设有压线小端子排和压线大端子排。
为便于所使用的网络类型的转换，无线模块与整机主板的连接采用板载插入式连接方式，这既可以采用现有的不同制式的无线模块，如GSM GPRS和CDMA 1X模块，也包括采用不同厂家生产的同类型的模块，为将来方便的与第三代通信技术的3G无线模块接口提供了方便的手段。另外，采用这种设计方式也降低了设计成本。
无线数据备用通道使用成熟的公用无线通信网络保证了网络的可靠性，其维护有专业的通信公司来维护。只要公用无线通信网络覆盖的地方，再简单的说能打手机的地方就能使用无线数据备用通道，因此可以不考虑地形地貌的影响且无通信距离的限制。随着商业应用的成熟，无线数据备用通道的设备成本也是非常低廉的，维修费用也非常低；对于设备是否正常在网络上运行，只要在国际互联网上即可巡视设备的工作情况，省去大量的人力，节省了维护费用。
作为一种无线通信的手段，显然无线数据备用通道克服了专业数传电台和微波通信的弊端，同时更适合现代通信技术的发展的要求，为将来更先进通信技术的应用奠定了基础。
如前所述，无线数据备用通道为有线通信提供了有益的无线数据备用通道，且相对传统的无线数据通道具有价格低廉、网络维护简单、安装方便、施工周期短、无通信距离限制、可以远程监测、可控的网络数据流量等诸多优点。
图1为本发明的系统原理图；图2为本发明的无线数据备用通道终端原理图；图3为本发明的无线数据备用通道终端的前面板示意图；具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，无线数据备用通道终端加电后，自动登录GSM GPRS或CDMA 1X网络，接着自动向网络发送包含预设定的唯一标识的数据包表明自己的身份，完成网络登录；用户设备通过通信接口将数据输入无线数据备用通道终端，无线数据备用通道终端对这些数据进行打包处理后通过无线接口模块上行发送到网络；这时的数据是在国际互联网上传输的，完成了从无线到有线的转换，这个有线是各通信公司的通信网络；数据在通过宽带网、ADSL等不同的方式到达用户上层软件。这样完成了用户数据的上行传输。同理，用户上层软件发送出的数据通过宽带网、ADSL等不同的方式进入通信公司的通信网络，接着数据通过通信网络的无线端口转换成无线信号，完成了从有线无线到无线的转换；在这一转换过程中，信息流是指向特定地址身份的无线数据备用通道；无线数据备用通道的无限接口模块接收网络下行的数据后，对数据进行解包，还原原始数据流，再通过数据接口将数据发送到用户设备，这样完成了网络数据的下行流程。
当用户设备数据流量很低或为0时，为防止GSM GPRS和CDMA 1X网络固有的网络休眠溢出定时器溢出使数据带宽减小造成突发数据流的网络延迟增大以及检测网络的连接情况，无线数据备用通道主动向网络发送包含有自身特定信息的数据包，网络接收到这个数据包后，将这个数据包原封不动的发送回来；无线数据备用通道终端接收到这个数据包，则认为通信是正常的，直到下次发起网络握手信息。若在这个过程中，无线数据备用通道终端为接收到网络应答的数据包，则认为网络异常，会主动地重新连接网络。这种异常可能会是无线数据备用通道终端本身的原因也可能是公用无线通信网络的原因。这个功能只是在用户设备数据流量很低或为0时启动，在数据流量正常时，无线数据备用通道终端通过数据流可确定通信正常，而不需启动这个机制。
无线数据备用通道终端具有休眠模式，是在这样一种情况下工作的用户的数据通信主通道比较可靠，同时又希望降低网络通信费用，用户通过上位机向指定的无线数据备用通道终端发送休眠指令，无线数据备用通道终端接收到后主动暂时性的关闭数据接口，只维持网络握手通信，这样降低了网络数据的流量同时又保证了网络的连接；当需要使无线数据备用通道终端退出休眠模式时，用户通过上位机向指定的无线数据备用通道终端发送唤醒指令，无线数据备用通道终端接收到后打开数据接口恢复无线数据通信。无线备用通道终端为数据通信提供了一个可靠的无线数据通道。终端以无线网络为通信途径进行数据传输，网络层采用TCP/IP协议。数据通过网关后由ListenTec数据业务平台进行数据的校验、加密解密和数据的派发，用户数据管理应用端就可以接收数据和处理。同理，用户数据管理应用端可以逆向地进行数据传输。
图2是无线数据备用通道终端模块内部的电路组织形式，主要分为数据存储、无线通信模块、电源、状态指示、用户数据接口等部分。各部分之间紧密结合保证硬件电路的工作正常。状态指示为专业人员维修维护之用。
无线数据备用通道终端模块接收到上位机下发的数据通过异步串行口UART发送给终端CPU，数据进行校验和解密后通过RS485/RS232通信接口发送给用户设备。反之，用户设备通过RS485/RS232通信接口发送给CPU进行数据的加密，同时形成循环冗余CRC16数据校验码，一起打包形成数据贞，再由异步串行口UART发送给无线模块完成网络级的数据传输。
另外，每个终端都有一个固定的地址，是识别终端的标识字，终端在数据处理时首先要检测数据包是否是本地地址，是本地地址则进行数据处理，否则丢弃数据包以保证数据目的地的准确性；同理终端打包数据时会将地址标识一同打包到数据中去。
终端与用户设备的通信接口采用RS232电平接口或RS485电平接口。在RS232电平接口时，终端配置的连接电缆已提供孔型DB9连接插头，终端压线端子与DB9的对应定义如下表
从表中可以看出DB9的定义可以看作一个标准PC使用的异步串行口延长线。
在RS485电平接口时，终端配置的连接电缆只提供两根连接线而不提供连接器，其具体定义所对应的连接线的颜色具体批次具体定义，终端压线端子的定义如下表11
终端配置的连接电缆还提供了外接电源的连接线，其对应的定义如下表
如图3所示，终端面板上有电源指示灯、一个网络指示灯、两个状态指示灯、无线模块状态指示灯，共5个指示灯。状态2指示灯在有向用户数据接口输出命令时闪烁；状态2指示灯一方面指示在无线数据备用通道初始化和登陆网络进程的状态，一方面在用户数据接口接收到上行数据 时闪烁表示有数据；网络灯在登陆网络成功后点亮，异常时熄灭；无线灯根据选用的无限模块不同其状态也不同，只供维修用，正常工作中可以不关心。
指示灯的定义及作用如下表
无线灯L5的亮与否与无线模块的工作特性有关的，在选用不同品牌的无线模块时指示灯的点亮方式不同，如明基(BENQ)的无线模块其指示灯为500mS/S周期性的闪烁；WAVECOM的无线模块则按1∶10的亮灭比每三秒亮一次；HUNTEL的模块则无指示灯输出。
权利要求
1.一种基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，包括用户设备、RS485/RS232通信接口、公用无线通信网络、无线数据接入网关、数据业务平台和用户数据管理端，其特征在于还包括无线数据备用通道终端，用户设备通过RS485/RS232通信接口与无线数据备用通道终端连接进行数据交换，无线数据备用通道终端以公用无线通信网络为通信途径进行数据传输，网络层采用TCP/IP协议，数据通过无线数据接入网关后由数据业务平台进行数据的校验、加密解密和数据的派发，用户数据管理应用端接收数据和处理；同时，用户数据管理应用端可以逆向地进行数据传输；无线数据备用通道终端包括CPU及设于CPU上的异步串行口UART、外部输入输出接口、总线、电源和指示灯，异步串行口UART与公用无线通信网络的无线模块连接，外部输入输出接口与RS485/RS232通信接口连接，总线与FLASH存储器、I2C存储器和时钟相连接。
2.根据权利要求1所述的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，其特征在于所述的公用无线通信网络包括GSM GPRS和CDMA 1X，公用无线通信网络的无线模块接收到上位机下发的数据通过异步串行口UART发送给无线数据备用通道终端CPU，数据进行校验和解密后通过RS485/RS232通信接口发送给用户设备；反之，用户设备通过RS485/RS232通信接口发送给CPU进行数据的加密，同时形成循环冗余CRC16数据校验码，一起打包形成数据贞，再由异步串行口UART发送给无线模块完成网络级的数据传输。
3.根据权利要求1所述的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，其特征在于所述的数据数据业务平台是ListenTec数据业务平台。
4.根据权利要求1所述的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，其特征在于所述的无线数据备用通道终端采用网络握手机制，即无数据流时，无线数据备用通道在设定的时间间隔内，向网络发送包含自身身份的数据包，网络接收到后应答这一数据包。
5.根据权利要求1所述的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，其特征在于所述的无线数据备用通道终端采用休眠模式，用户的主数据通道在正常时，无线数据备用通道暂时把数据接口关闭；在用户的主数据通道异常时，无线数据备用通道启用数据接口，保持用户数据链路的完整。
6.根据权利要求1所述的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，其特征在于所述的无线数据备用终端具有唯一的识别地址，是识别终端的标识字，登录网络后自动向网络发送包含预设定的唯一标识的数据包表明自己的身份，不依赖于IP地址、SIM卡和UIM卡，用户只访问这个唯一标识就可特定的访问这个无线数据备用通道。
7.根据权利要求1所述的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，其特征在于无线数据备用通道终端上设有与用户设备的通信接口连接的RS232电平接口和RS485电平接口；当无线数据备用通道终端与用户设备的通信接口采用RS232电平接口时，无线数据备用通道终端配置的连接电缆是三根通信线或孔型DB9连接插头；当无线数据备用通道终端与用户设备的通信接口采用RS485电平接口时，无线数据备用通道终端配置的连接电缆是两根连接线。
8.根据权利要求1所述的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，其特征在于所述的无线数据备用通道终端的前面板上部设有一个电源指示灯、一个网络指示灯、两个状态指示灯和一个无线模块状态指示灯，下部分别设有压线小端子排和压线大端子排。
9.根据权利要求1所述的基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，其特征在于所述的无线数据备用通道终端模块与整机主板采用板载插入式连接。
全文摘要
本发明涉及一种基于公用无线通信网络的无线数据备用通道，包括用户设备、通信接口、无线数据备用通道终端、公用无线通信网络、网关、数据业务平台和用户数据管理端，用户设备通过通信接口与终端连接进行数据交换，终端以公用无线通信网络为通信途径进行数据传输，网络层采用TCP/IP协议，数据通过网关后由数据业务平台进行数据的校验、加密解密和数据的派发，用户数据管理应用端接收数据和处理；同时，用户数据管理应用端可以逆向地进行数据传输；终端还具有网络握手机制、休眠模式、唯一的识别地址和数据接口。本发明具有价格低廉、网络维护简单、安装方便、施工周期短、无通信距离限制、可以远程监测、可控的网络数据流量等优点。
文档编号H04B1/74GK101022409SQ200710013748
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月7日 优先权日2007年3月7日
发明者李佰国, 王军, 杨志龙, 高志安 申请人:济南雷森科技有限公司