CN115087040B - 一种基于ism的外场嵌入式测试数据链传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，基于外场设备间无线数据传输网络，将每个站点间数据收发抽象为由上至下的应用层、传输层、链路层三个通信数据层的叠加，应用层提供实际需要传输的数据，位于下层的数据通信层将上一层的数据封装并在前端添加本层的头部，形成由链路层头部、传输层头部、数据帧组成的封装数据，最终通过ISM天线完成站点之间的封装数据收发。本发明通过通信层的封装完成最终数据的收发，保证数据可以安全、完整地传输，增加信号传输的稳定性，同时引入轮询入网机制，避免了在多个站点都有数据需要发送时同时发数引起的通信链路混乱，进而造成丢包的情况，进一步保证数据传输的误码率。

Description

一种基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法。

背景技术

ISM频段由国际电联无线电通信组织定义，属于免授权通信频段，现有欧洲标准频段，美国标准频段和全球共用的频段等，无线设备只需要满足发射功率和天线增益等方面的要求即可自由使用该频段，在短距离的无线通信中有着广泛的应用，但由于ISM频段是开放的频段，无线通信设备间很容易收到误码，尤其在外场无线通信的使用场景中，由于通信空间信号的复杂性，不同站点间的数据发送如果不加限制，数据传输将很难保证稳定性和准确性。

发明内容

针对现有技术中外场设备间无线数据传输通信易受干扰，稳定性差，误码率高的问题，提供了一种基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，在不同站点之间形成多条数据链路，在外场无线通信时可保证数据传输的准确性，应用范围广。

本发明采用的技术方案如下：一种基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，基于外场设备间无线数据传输网络，将每个站点间数据收发抽象为由上至下的应用层、传输层、链路层三个通信数据层的叠加，应用层提供实际需要传输的数据，位于下层的数据通信层将上一层的数据封装并在前端添加本层的头部，形成由链路层头部、传输层头部、数据帧组成的封装数据，最终通过ISM天线完成站点之间的封装数据收发。

进一步的，传输层将应用层提供的数据拆分为长度不大于50个字节的数据帧并交付给链路层以及将链路层上报的数据帧组合为完整数据包后交付给应用层。

进一步的，当应用层提供的数据长度大于50个字节时，以长度为50个字节拆分为多个数据帧，并依次填写帧序号为0、1、2…，帧类型为数据帧，除最后一个数据帧的帧标志为结束帧外，其余数据帧的帧标志为中间帧；

传输层接收到数据帧时，从帧序号为0开始缓存数据帧，当接收到帧标志为结束帧时，将之前缓存的数据帧按先后顺序组成完整数据包交付至应用层。

进一步的，传输层提供超时重传机制保证数据帧的可靠传输。

进一步的，所述超时重传机制为:发送端在接收到接收端的应答数据后再发送下一帧数据，若超过2秒后仍未收到应答数据，则再次发送当前帧数据；若累计重传两次后仍未收到应答数据则表示该次数据发送失败；

接收端在接收到数据帧后，向发送端回传应答数据；接收端在未接收到帧标志为结束帧的数据帧时，接收每两帧的最大时间间隔为6秒，如果超过6秒则判定为接收超时，则该次数据接收失败；

其中，应答数据帧类型为应答帧，且包括对应接收数据帧的帧序号。

进一步的，链路层工作在轮询协议下，由主站对从站执行轮询控制，保证在一个传输周期内，网络中仅有一个站点在发送数据，其余站点接收数据；主站按照协议自动询问所有从站，被询问的从站在获取传输时机后发送自身数据，其中，主站与从站预先根据需求设定。

进一步的，主站按照事先创建的网络成员信息表中平台网络地址顺序逐一询问网络各从站；从站接收主站消息，解析链路层头部、传输层头部、消息正文，产生应答数据；主站从发送询问消息包完毕开始计时，T时间内没有收到从站的有效应答数据，则放弃对该站的呼叫，启动对下一从站的呼叫或者执行下一指令。

进一步的，主站以固定时间对从站点名，从站只有在接收到主站点名时，才能对外发送数据。

进一步的，所述应用层传输的数据包括控制参数和语音采样数据，其中，在发送端采用压缩语音算法减少话音数据传输数据量，在接收端采用加压算法还原话音数据。

进一步的，所述ISM天线采用可折叠结构的全向性天线，工作频段为450-500MHz。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

(1)本发明采用的频段范围为450~500MHz，不同于全球通用的2.4GHz频段和美欧标准，同时也避开了外场UV通信的频段，此频段信号传输稳定，且频点可动态设置，可有效减少无线通信时的信号混叠干扰；同时，站点的发射功率高，通信距离最远可达100m，所构成的空间范围可满足外场不同工作的站点间通信，使用场景不受局限。

(2)本发明将不同站点间数据的收发抽象为多个数据通信层的垂直叠加，通过通信层的封装完成最终数据的收发，在发射端和接收端还会增加加解密的流程，以保证数据可以安全、完整地传输，增加信号传输的稳定性，同时引入轮询入网机制，在有多个站点的情况下，同一时刻只能有一个站点发送数据，避免了多个站点都有数据需要发送时同时发数引起的通信链路混乱，进而造成丢包的情况，进一步保证数据传输的误码率。

(3)本发明应用层内的实际数据，既包括控制参数，也包括话音数据，其中控制参数还可传输站点存储的大文件，此外，传统点与点之间采用的诸如步话机的无线通信，仅包括话音数据一种，而本发明所述的传输方法，可在同一条传输链路上分通道进行控制参数和话音数据的同时收发，多个站点的操作人员相互之间可通过话音数据实时沟通通信情况，借助本发明完成参数的下发或沟通完成其他外场实时工作情况，节省物力成本和时间成本。

附图说明

图1为本发明日出的基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法的数据分层收发示意图。

图2为本发明一实施例中的轮询网络结构示意图。

图3为本发明一实施例中的轮询协议处理流程示意图。

图4为本发明一实施例中的轮询协议处理流程中异常处理示意图。

图5为本发明一实施例中的单网时序示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

为了解决外场设备间无线数据传输通信易受干扰、稳定性差、误码率高的问题，本实施例提出了基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，在不同外场设备站点之间形成多条数据链路，在外场无线通信时可保证数据传输的准确性。具体方案如下：

如图1所示，一种基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，基于外场设备间无线数据传输网络，将每个站点间数据收发抽象为由上至下的应用层、传输层、链路层三个通信数据层的叠加，应用层提供实际需要传输的数据，位于下层的数据通信层将上一层的数据封装并在前端添加本层的头部，形成由链路层头部、传输层头部、数据帧组成的封装数据，最终通过ISM天线完成站点之间的封装数据收发。

具体的，发送时，应用层提供的数据向经过传输层拆分、加上本层头部封装后传输至链路层，由链路层加上本层头部封装后进行数据发送；接收时，传输层将链路层接收到的属于同一数据包的数据帧组合成完整的数据包传输至应用层。

进一步的，传输层将应用层提供的数据拆分为长度不大于50个字节的数据帧并交付给链路层。

在本实施例中，提供了更进一步的数据收发过程：

当应用层提供的数据长度大于50个字节时，以长度为50个字节作为一个数据帧将提供的数据拆分为多个数据帧，并依次填写帧序号为0、1、2…，帧类型为数据帧，除最后一个数据帧的帧标志为结束帧外，其余数据帧的帧标志为中间帧；

传输层接收到数据帧时，从帧序号为0开始缓存数据帧，当接收到帧标志为结束帧时，将之前缓存的数据帧按先后顺序组成完整数据包交付至应用层。

链路层工作在轮询协议下，由主站对从站执行轮询控制，保证在一个传输周期内，网络中仅有一个站点在发送数据，其余站点接收数据；主站按照协议自动询问所有从站，被询问的从站在获取传输时机后发送自身数据。在本实施例中，作为主站和从站的站点可根据需求选择设置。

为了保证数据帧的可靠传输，本实施例提供了超时重传机制：

发送端在接收到接收端的应答数据后再发送下一帧数据，若超过2秒后仍未收到应答数据，则再次发送当前帧数据；若累计重传两次后仍未收到应答数据则表示该次数据发送失败；

接收端在接收到数据帧后，向发送端回传应答数据；接收端在未接收到帧标志为结束帧的数据帧时，接收每两帧的最大时间间隔为6秒（原因在于针对同一包数据，发送方最多发送3次，每次间隔2秒），如果超过6秒则判定为接收超时，则该次数据接收失败；

其中，应答数据帧类型为应答帧，且包括对应接收数据帧的帧序号。

在本实施例中，为了便于使用与携带，ISM天线采用可折叠的全向性天线，便于快速展开通信测试，ISM天线的工作频段为450~500MHz，同于全球通用的2.4GHz频段和美欧标准，同时也避开了外场UV通信的频段，此频段信号传输稳定，且频点可动态设置，可有效减少无线通信时的信号混叠干扰，通信距离最远可达100米，单个站点最大发射功率可达27dBm。

应用层内的实际数据，既包括控制参数，也包括话音数据，其中控制参数还可传输站点存储的大文件，此外，传统点与点之间采用的诸如步话机的无线通信，仅包括话音数据一种，在本实施例中，可在同一条传输链路上分通道进行控制参数和话音数据的同时收发，多个站点的操作人员相互之间可通过话音数据实时沟通通信情况，借助本发明完成参数的下发或沟通完成其他外场实时工作情况，节省物力成本和时间成本。

为了减小话音数据的传输数据量，在发送端采用压缩语音算法对话音数据进行压缩，在接收端采用解压算法，还原话音数据，借助话音数据的传输，站点两端的操作人员可实时确认控制参数的传输状态。

如图2、图3所示，在实施例中的通信网络中的轮询控制主要通过链路层头部实现，具体过程如下：

主站询问从站时采用顺序轮询选择待询问的从站，即主站按照网络成员信息表中的平台网络地址顺序逐一询问网内各从站；其中，网络成员信息表由主站事先自行创建，表中包含有从站的编号和平台地址，如果有新加入的从站成员，则按照表中内容设置好自身的相应参数。

从站接收主站消息，解析链路层头、传输层头、消息正文，并根据实际情况产生链路层应答消息。

如图4所示，在轮询控制过程中，同样提供了对应的异常处理方法，即，主站从发送询问消息包完毕开始计时，T时间内没有收到从站的有效应答，则放弃对该站的呼叫，启动对下一从站的呼叫或者执行下一指令。

如图5所示，在轮询协议的正常处理流程下，主站与从站形成入网，在单网网络循环周期中数主站与从站之间数据收发过程如下：

主站以固定时间对从站点名，如果没有应用层数据发送，则采用空包点名（应用层数据长度为0），如果有应用层数据发送，则将数据填入要发送帧数据的应用层数据段；从站只有在接收到主站点名时，才能对外发送数据。如果没有应用层数据发送，则采用空包应答（应用层数据长度为0），如果有应用层数据发送，则将应用层数据填入应答帧的应用层数据段。

在一个优选实施例中，在发送端和接收端的底层驱动上提供有数据的加解密算法，保证在发送时对叠加后的数据层进行加密，经无线空间传输后，在接收端进行解密，保证数据传输的安全性。

本发明通过通信层的封装完成最终数据的收发，保证数据可以安全、完整地传输，增加信号传输的稳定性，同时引入轮询入网机制，在有多个站点的情况下，同一时刻只能有一个站点发送数据，避免了多个站点都有数据需要发送时同时发数引起的通信链路混乱，进而造成丢包的情况，进一步保证数据传输的误码率。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，其特征在于，基于外场设备间无线数据传输网络，将每个站点间数据收发抽象为由上至下的应用层、传输层、链路层三个通信数据层的叠加，应用层提供实际需要传输的数据，位于下层的数据通信层将上一层的数据封装并在前端添加本层的头部，形成由链路层头部、传输层头部、数据帧组成的封装数据，最终通过ISM天线完成站点之间的封装数据收发；

传输层将应用层提供的数据拆分为长度不大于50个字节的数据帧并交付给链路层以及将链路层上报的数据帧组合为完整数据包后交付给应用层；

所述链路层工作在轮询协议下，由主站对从站执行轮询控制，保证在一个传输周期内，网络中仅有一个站点在发送数据，其余站点接收数据；由主站事先自行创建网络成员信息表，表中包含有从站的编号和平台地址，如果有新加入的从站成员，则按照表中内容设置好自身的相应参数；

ISM天线工作频段为450-500MHz。

2.根据权利要求1所述的基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，其特征在于，当应用层提供的数据长度大于50个字节时，以长度为50个字节拆分为多个数据帧，并依次填写帧序号为0、1、2…，帧类型为数据帧，除最后一个数据帧的帧标志为结束帧外，其余数据帧的帧标志为中间帧；

传输层接收到数据帧时，从帧序号为0开始缓存数据帧，当接收到帧标志为结束帧时，将之前缓存的数据帧按先后顺序组成完整数据包交付至应用层。

3.根据权利要求1-2任一项所述的基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，其特征在于，传输层提供超时重传机制保证数据帧的可靠传输。

4.根据权利要求3所述的基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，其特征在于，所述超时重传机制为:发送端在接收到接收端的应答数据后再发送下一帧数据，若超过2秒后仍未收到应答数据，则再次发送当前帧数据；若累计重传两次后仍未收到应答数据则表示该次数据发送失败；

接收端在接收到数据帧后，向发送端回传应答数据；接收端在未接收到帧标志为结束帧的数据帧时，接收每两帧的最大时间间隔为6秒，如果超过6秒则判定为接收超时，则该次数据接收失败；

其中，应答数据帧类型为应答帧，且包括对应接收数据帧的帧序号。

5.根据权利要求1所述的基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，其特征在于，所述轮询控制过程为：主站按照事先创建的网络成员信息表中平台网络地址顺序逐一询问网络各从站；从站接收主站消息，解析链路层头部、传输层头部、消息正文，产生应答数据；主站从发送询问消息包完毕开始计时，T时间内没有收到从站的有效应答数据，则放弃对该站的呼叫，启动对下一从站的呼叫或者执行下一指令。

6.根据权利要求1所述的基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，其特征在于，主站以固定时间对从站点名，从站只有在接收到主站点名时，才能对外发送数据。

7.根据权利要求1所述的基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，其特征在于，所述应用层传输的数据包括控制参数和语音采样数据，其中，在发送端采用压缩语音算法减少话音数据传输数据量，在接收端采用加压算法还原话音数据。

8.根据权利要求1所述的基于ISM的外场嵌入式测试数据链传输方法，其特征在于，所述ISM天线采用可折叠结构的全向性天线。

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