一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法

1.本发明涉及工业物联网数据传输方法技术领域，尤其是涉及一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法。


背景技术：

2.在工业现场中，遍布着大量的各种各样的设备和传感器，它们无时不刻在产生数据。通过工业物联网(iiot)连接设备可以实时监控。微型低成本传感器和高带宽无线网络的出现，意味着当下只要有一定水平的数字智能，即使是最小的设备也可以连接起来。对它们进行监控和跟踪，共享它们的状态数据，并与其他设备进行通信。然后还可以收集和分析所有的这些数据，来提高业务流程的效率。网络是构成工业物联网的核心之一，数据在系统不同的层次之间通过网络进行传输。常见的工业物联网通信方式归纳为四大种类：移动空中网、有线传输、传统互联网、近距离离线传输。
3.在由工业物联网控制的工业生产中，工业控制要求极高的可靠性与低时延，在一些依靠数据采集的工业生产活动中，数据采集通信的数据量相对较大，往往需要排队传送，在某些情况中，关键信息可能出现延时，且过于依赖一种通信方式很可能会出现传输故障问题，导致信息的传输因为设备故障影响正常的工业生产活动。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，通过建立双模网络，可以将数据信息合理的分配在两条信息通道中进行传输，避免了某一信息占用传输通道导致信息传输出现迟缓，且避免了信息通道出现故障时导致的信息传输阻碍，可以正常地保证工业生产。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，包括以下步骤：
6.s1、数据池的建设；
7.s2、建立双模网络传输通道
8.双模网络传输通道包括第一传输通道和第二传输通道：
9.第一传输通道通过gprs数据传输技术搭建，第一传输通道发送端通过gprs模块与gsm基站之间建立tdma无线信道，gsm基站上设置有sgsn模块设备，在gprs模块的骨干网与网关支持接点建立ggsn模块设备；
10.第二传输通道通过卫星信号搭建，数据发送端通过卫星通信模块与卫星之间建立无线卫星信道；
11.s3、传输前的两项检测
12.发送端与数据池连接，将工业设备数据文本数据流以队列数据结构写入数据池中，之后将数据池中的数据通过双模网络传输通道向下传输，在传输前需要依次进行两项检测：(1)双模网络通道是否处于连接状态，(2)数据池的缓冲区检测需要发送数据量的大
小；
13.s4、双模网络传输通道传输的过程包括：数据经过第一传输通道的过程和数据经过第二传输通道的过程；
14.s5、数据池数据更新
15.使用第一传输通道和第二传输通道向接收端发送工业设备数据信息时，在信息发送成功之后，将工业设备数据信息从所述数据池的缓存区中移除，以便于新的数据信息补充缓存至缓存区中。
16.优选的，在步骤s1中，所述数据池建设步骤为
17.s11、首先，对目前工厂设备已产生的数据以及相关流程进行梳理，在此基础上进行总体需求分析；
18.s12、其次，为了使总体需求在目前的各项条件下，通过部分软硬件采购与先进技术的应用最终落地，需要对现有技术理论与实现方法进行学习，包括是否有选取国产化软硬件的要求等，选取合适的实现途径；
19.s13、然后，详细深入地进行自上而下的业务需求分析，结合对设备数据的详细梳理；
20.s14、最后，进行数据池总体建模与实现，在实现时为了进行多种扩展应用应在保证安全性的前提下留取数据提取接口，以保证数据池作用的充分发挥，数据池建成后，需要在实际工作中进行验证与改进。
21.优选的，在步骤s2中，所述第一传输通道和第二传输通道二者之间相互独立。
22.优选的，在步骤s3中，所述双模网络通道是否处于连接状态的检测为在传输数据池中的数据之前需要检测发送端所具有的第一传输通道和第二传输通道的状态信息，以确定双模网络通道是否处于连接状态；
23.在第一传输通道和第二传输通道的状态为已连接状态时，进而获取所述发送端与所述接收端之间的基于双模网络的两个数据传输通道，检测与传输通道的选择步骤为：
24.接收端需要定时检测gprs传输信号，若gprs传输信号失效，启动第二传输通道，在第二传输通道传输时，也需要定时检测gprs信号，一旦检测到gprs传输信号有效，切换回第一传输通道，并进行远程监控。
25.优选的，在步骤s3中，所述数据池的缓冲区检测需要发送数据量的大小的检测步骤为：
26.根据状态信息指示为已连接状态的双模网络通道，获取发送端与接收端之间的第一传输通道和第二传输通道；
27.数据池上设置有发送信息缓冲区，可以用来检测需要发送数据量的大小，在数据池中的工业设备数据信息的数据量不大于设定的阈值时，发送端通过第一传输通道向接收端发送工业生产设备的数据信息；
28.在数据池中的控制信息的数据量大于阈值时，发送端通过第二传输通道向接收端发送工业生产设备的数据信息。
29.优选的，在步骤s4中，所述数据经过第一传输通道的过程为：第一传输通道发送端通过gprs模块与gsm基站之间建立tdma无线信道，gprs模块对数据进行分组处理，将分组后的数据发送到gsm基站，分组数据在gsm基站经sgsn模块设备封装后，封装后的数据在sgsn
模块设备通过gprs模式的骨干网与网关支持接点ggsn模块设备进行通信传输，ggsn模块设备可以把gsm网中的gprs模式分组数据包进行协议转换，再将分组数据包通过internet网络或x.25网络发送到目的网络。
30.优选的，在步骤s4中，所述数据经过第二传输通道的过程为：第二传输通道发送端通过卫星通信模块与卫星之间建立无线卫星信道，将工业生产数据发送至卫星，再由卫星将工业生产数据发送至卫星地面站，最后由卫星地面站将控制数据通过internet网络转发至接收端。
31.优选的，在步骤s4中，所述卫星与地面信息站的传输通道分为上行链路和下行链路，卫星数据传输模式将来自信息发送端通信线路的数据消息发送给信息处理终端设备，将数据信息处理变成所采用的卫星通信体制的中频信号；传输中频信号数据信息从终端设备发送到卫星信息发送设备，将中频信号变换为射频信号；射频信号经上行链路发送至通信卫星；通信卫星将接收到的射频信号数据信息通过下行链路发送至信息接收设备，传输数据从射频信号经过下变频变为中频信号；数据信息中频信号通过终端解调器进行解调变为可解读信息，从接收设备发送至卫星数据接收终端，最后传输至数据信息接收方。
32.优选的，在步骤s4中，在卫星数据传输过程中，数据经编码调制后得到载有通信信息的中频信号，中频信号再上变频至射频信号，射频信号经功率放大、滤波后，输出至天线端，最终天线把平面电路中的电信号转成电磁波辐射到空中；接收链路，天线接收空中信号，经滤波、低噪声放大后，下变频至中频，中频信号再解调解码还原回数据。
33.因此，本发明采用上述一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，可以在数据传输时避免因数据量过大过多而引起的传输通道拥挤导致的数据传输滞后，在设定阈值内时可以选择第一传输通道进行传输，在超过阈值时开启第二传输通道传输数据信息，可以保证数据传输流畅，提高数据信息数据流的传输效率。
34.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
35.图1是本发明一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法的双模通道流程图；
36.图2是本发明一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法的数据传输流程图。
具体实施方式
37.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
38.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
39.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的主旨或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
40.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当
将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。这些其它实施方式也涵盖在本发明的保护范围内。
41.还应当理解，以上所述的具体实施例仅用于解释本发明，本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明/发明的保护范围之内。
42.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作为详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
43.本发明说明书中引用的现有技术文献所公开的内容整体均通过引用并入本发明中，并且因此是本发明公开内容的一部分。
44.实施例一
45.如图所示，本发明提供了一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，在数据发送端建立数据池，实现工业现场不同设备类型、不同软件、不同系统、不同网络环境在同一网络环境下的数据池计算和处理，以保证工业现场数据流和控制流的可靠性；获取发送端与接收端之间的双模网络数据传输通道。具体包括以下步骤：
46.步骤1数据池的建设
47.首先要对目前工厂设备已产生的数据以及相关流程进行梳理，在此基础上进行总体需求分析。其次，为了使总体需求在目前的各项条件下，通过部分软硬件采购与先进技术的应用最终落地，需要对现有技术理论与实现方法进行学习，包括是否有选取国产化软硬件的要求等，选取合适的实现途径。然后，详细深入地进行自上而下的业务需求分析，结合对设备数据的详细梳理，最后，进行数据池总体建模与实现。在实现时为了进行多种扩展应用应在保证安全性的前提下留取数据提取接口，以保证数据池作用的充分发挥。数据池建成后，需要在实际工作中进行验证与改进。
48.本发明所需建设的数据池需求是生产数据的上传。数据池建设应遵循先进性和实用性原则，一致性和完整性原则。
49.步骤2建立双模网络传输通道
50.双模网络传输通道包括第一传输通道和第二传输通道，第一传输通道和第二传输通道二者之间相互独立。
51.第一传输通道通过gprs数据传输技术搭建，第一传输通道发送端通过gprs模块与gsm基站之间建立tdma无线信道。gsm基站上设置有sgsn模块设备，在gprs模块的骨干网与网关支持接点建立ggsn模块设备。
52.第二传输通道通过卫星信号搭建，数据发送端通过卫星通信模块与卫星之间建立无线卫星信道。
53.步骤3传输前的两项检测
54.发送端与数据池连接，将工业设备数据文本数据流以队列数据结构写入数据池中，之后将数据池中的数据通过双模网络传输通道向下传输，在传输前需要依次进行两项检测：(1)双模网络通道是否处于连接状态；(2)数据池的缓冲区检测需要发送数据量的大小。
55.(1)双模网络通道是否处于连接状态
56.在传输数据池中的数据之前需要检测发送端所具有的第一传输通道和第二传输
通道的状态信息，以确定双模网络通道是否处于连接状态，在第一传输通道和第二传输通道的状态为已连接状态时，进而获取发送端与接收端之间的基于双模网络的两个数据传输通道。检测与传输通道的选择步骤为：
57.接收端需要定时检测gprs传输信号，若gprs传输信号失效，启动第二传输通道，在第二传输通道传输时，也需要定时检测gprs信号，一旦检测到gprs传输信号有效，切换回第一传输通道，并进行远程监控。
58.(2)数据池的缓冲区检测需要发送数据量的大小
59.根据状态信息指示为已连接状态的双模网络通道，获取发送端与接收端之间的第一传输通道和第二传输通道。
60.数据池上设置有发送信息缓冲区，可以用来检测需要发送数据量的大小，在数据池中的工业设备数据信息的数据量不大于设定的阈值时，发送端通过第一传输通道向接收端发送工业生产设备的数据信息。
61.在数据池中的控制信息的数据量大于阈值时，发送端通过第二传输通道向接收端发送工业生产设备的数据信息。
62.步骤4双模网络传输通道传输的过程
63.数据经过第一传输通道的过程为：第一传输通道发送端通过gprs模块与gsm基站之间建立tdma无线信道，gprs模块对数据进行分组处理，将分组后的数据发送到gsm基站，分组数据在gsm基站经sgsn模块设备封装后，封装后的数据在sgsn模块设备通过gprs模式的骨干网与网关支持接点ggsn模块设备进行通信传输。ggsn模块设备可以把gsm网中的gprs模式分组数据包进行协议转换，再把这些分组数据包发送到目的网络，通常是选择internet网络或x.25网络。在采用上述第一种传输通道方式时，具有数据传输可靠，费用低廉等优点。
64.数据经过第二传输通道的过程为：第二传输通道发送端通过卫星通信模块与卫星之间建立无线卫星信道，将数据发送至卫星，再由卫星将工业生产数据发送至卫星地面站，最后由卫星地面站将工业生产数据通过internet网络转发至接收端。卫星与地面信息站的传输通道分为上行链路和下行链路。卫星数据传输模式将来自信息发送端通信线路的数据消息发送给信息处理终端设备，将数据信息处理变成所采用的卫星通信体制的中频信号；传输中频信号数据信息从终端设备发送到卫星信息发送设备，将中频信号变换为射频信号；射频信号经上行链路发送至通信卫星；通信卫星将接收到的射频信号数据信息通过下行链路发送至信息接收设备，传输数据从射频信号经过下变频变为中频信号；数据信息中频信号通过终端解调器进行解调变为可解读信息。从接收设备发送至卫星数据接收终端，最后传输至数据信息接收方。
65.在卫星数据传输过程中，数据经编码调制后得到载有通信信息的中频信号，中频信号再上变频至射频信号，射频信号经功率放大、滤波后，输出至天线端，最终天线把平面电路中的电信号转成电磁波辐射到空中；接收链路：天线接收空中信号，经滤波、低噪声放大后，下变频至中频，中频信号再解调解码还原回数据。
66.在采用上述第二种网络传输方式时，可通过数传的方式将控制数据发送到接收端，卫星网络可以选择亚星网络也可以选择inmarsat网络，亚星网络主要覆盖东南亚地区，inmarsat网络覆盖范围更广，几乎覆盖除两极外地所有海洋和大陆，包括东亚、东南亚和印
度洋等地区，两种卫星通信网络都支持语音和数传。
67.步骤5数据池数据更新
68.使用第一传输通道和第二传输通道向接收端发送工业设备数据信息时，在信息发送成功之后，将工业设备数据信息从数据池的缓存区中移除，以便于新的数据信息补充缓存至缓存区中。
69.因此，本发明采用上述一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，通过建立双模网络，可以将数据信息合理的分配在两条信息通道中进行传输，避免了某一信息占用传输通道导致信息传输出现迟缓，且避免了信息通道出现故障时导致的信息传输阻碍，可以正常地保证工业生产。
70.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、数据池的建设；s2、建立双模网络传输通道双模网络传输通道包括第一传输通道和第二传输通道：第一传输通道通过gprs数据传输技术搭建，第一传输通道发送端通过gprs模块与gsm基站之间建立tdma无线信道，gsm基站上设置有sgsn模块设备，在gprs模块的骨干网与网关支持接点建立ggsn模块设备；第二传输通道通过卫星信号搭建，数据发送端通过卫星通信模块与卫星之间建立无线卫星信道；s3、传输前的两项检测发送端与数据池连接，将工业设备数据文本数据流以队列数据结构写入数据池中，之后将数据池中的数据通过双模网络传输通道向下传输，在传输前需要依次进行两项检测：(1)双模网络通道是否处于连接状态，(2)数据池的缓冲区检测需要发送数据量的大小；s4、双模网络传输通道传输的过程包括：数据经过第一传输通道的过程和数据经过第二传输通道的过程；s5、数据池数据更新使用第一传输通道和第二传输通道向接收端发送工业设备数据信息时，在信息发送成功之后，将工业设备数据信息从所述数据池的缓存区中移除，以便于新的数据信息补充缓存至缓存区中。2.根据权利要求1所述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤s1中，所述数据池建设步骤为s11、首先，对目前工厂设备已产生的数据以及相关流程进行梳理，在此基础上进行总体需求分析；s12、其次，为了使总体需求在目前的各项条件下，通过部分软硬件采购与先进技术的应用最终落地，需要对现有技术理论与实现方法进行学习，选取合适的实现途径；s13、然后，进行自上而下的业务需求分析，结合对设备数据的详细梳理；s14、最后，进行数据池总体建模与实现，在保证安全性的前提下留取数据提取接口，以保证数据池作用的充分发挥，数据池建成后，需要在实际工作中进行验证与改进。3.根据权利要求1所述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤s2中，所述第一传输通道和第二传输通道相互独立。4.根据权利要求1所述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤s3中，所述双模网络通道是否处于连接状态的检测为在传输数据池中的数据之前需要检测发送端所具有的第一传输通道和第二传输通道的状态信息，以确定双模网络通道是否处于连接状态；在第一传输通道和第二传输通道的状态为已连接状态时，进而获取所述发送端与所述接收端之间的基于双模网络的两个数据传输通道，检测与传输通道的选择步骤为：接收端需要定时检测gprs传输信号，若gprs传输信号失效，启动第二传输通道，在第二传输通道传输时，定时检测gprs信号，检测到gprs传输信号有效，切换回第一传输通道，并进行远程监控。
5.根据权利要求1所述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤s3中，所述数据池的缓冲区检测需要发送数据量的大小的检测步骤为：根据状态信息指示为已连接状态的双模网络通道，获取发送端与接收端之间的第一传输通道和第二传输通道；数据池上设置有发送信息缓冲区，可以用来检测需要发送数据量的大小，在数据池中的工业设备数据信息的数据量不大于设定的阈值时，发送端通过第一传输通道向接收端发送工业生产设备的数据信息；在数据池中的控制信息的数据量大于阈值时，发送端通过第二传输通道向接收端发送工业生产设备的数据信息。6.根据权利要求1所述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤s4中，所述数据经过第一传输通道的过程为：第一传输通道发送端通过gprs模块与gsm基站之间建立tdma无线信道，gprs模块对数据进行分组处理，将分组后的数据发送到gsm基站，分组数据在gsm基站经sgsn模块设备封装后，封装后的数据在sgsn模块设备通过gprs模式的骨干网与网关支持接点ggsn模块设备进行通信传输，ggsn模块设备可以把gsm网中的gprs模式分组数据包进行协议转换，再将分组数据包通过internet网络或x.25网络发送到目的网络。7.根据权利要求1所述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤s4中，所述数据经过第二传输通道的过程为：第二传输通道发送端通过卫星通信模块与卫星之间建立无线卫星信道，将工业生产数据发送至卫星，再由卫星将工业生产数据发送至卫星地面站，最后由卫星地面站将控制数据通过internet网络转发至接收端。8.根据权利要求7所述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤s4中，所述卫星与地面信息站的传输通道分为上行链路和下行链路，卫星数据传输模式将来自信息发送端通信线路的数据消息发送给信息处理终端设备，将数据信息处理变成所采用的卫星通信体制的中频信号；传输中频信号数据信息从终端设备发送到卫星信息发送设备，将中频信号变换为射频信号；射频信号经上行链路发送至通信卫星；通信卫星将接收到的射频信号数据信息通过下行链路发送至信息接收设备，传输数据从射频信号经过下变频变为中频信号；数据信息中频信号通过终端解调器进行解调变为可解读信息，从接收设备发送至卫星数据接收终端，最后传输至数据信息接收方。9.根据权利要求8所述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，其特征在于：在步骤s4中，在卫星数据传输过程中，数据经编码调制后得到载有通信信息的中频信号，中频信号再上变频至射频信号，射频信号经功率放大、滤波后，输出至天线端，最终天线把平面电路中的电信号转成电磁波辐射到空中；接收链路，天线接收空中信号，经滤波、低噪声放大后，下变频至中频，中频信号再解调解码还原回数据。

技术总结
本发明公开了一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，包括以下步骤：S1、数据池的建设；S2、建立双模网络传输通道；S3、传输前的两项检测；S4、双模网络传输通道传输的过程包括：数据经过第一传输通道的过程和数据经过第二传输通道的过程；S5、数据池数据更新。本发明采用上述的一种基于双模网络的工业物联网数据传输方法，通过建立双模网络，可以将数据信息合理的分配在两条信息通道中进行传输，避免了某一信息占用传输通道导致信息传输出现迟缓，且避免了信息通道出现故障时导致的信息传输阻碍，可以正常地保证工业生产。可以正常地保证工业生产。可以正常地保证工业生产。


技术研发人员：褚治广 李瑞 黄晶晶 贺欣萍 曾繁钰 杨林帅
受保护的技术使用者：辽宁工业大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/9/23