CN106506119B - 一种窄带非对称信道的rtu数据可靠传输控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窄带非对称信道的RTU数据可靠传输控制方法，包含采用“定值存储发送”、“定时存储发送”、“数据自动补传”、“发送完延时等待”技术方法，通过调整数据包尺寸、发送间隔和重发次数，控制发送速率。运用该方法，可在突发报文增多的情况下控制RTU成功发送数据的关键因素，增强了RTU通信协议的控制能力。一方面调整不同信道的延时等待参数和最大包长度，另一方面，自动对未发成功数据的补全。本发明有效提高了非对称低速信道准实时数据的可靠性。

Description

一种窄带非对称信道的RTU数据可靠传输控制方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种适用于上下行信道不对称情况下RTU可靠数据传输控制方法。

背景技术

现代的数字通信系统频谱主要集中在300KHz到5GHz之间，尤其是500KHz到2GHz之间的频段使用更密集，其中300KHz-300MHz的长波、中波、短波和超短波通信，直接传输距离在几百-上千公里，通信速率差别很大。利用这些通信手段，发送方和接收方能够在可视距离范围内直接通信，或经由很少的中继完成数据传输。这种通信模式常设置上下行信道不同的带宽，以保证数据量较大方向的信道具有较大的带宽，而用于传输请求等命令的反向信道则带宽较小。

由于历史和成本的原因，在水文水资源采集系统存在着大量的非对称性低速信道，远程测控终端系统(RTU)在实际应用中，会出现遥测命令和监测数据通过不同带宽的信道进行传输的现象，即所谓上行信道(往数据中心方向)和下行信道(往遥测站方向)信息量和解析方式的不对称性。面对多要素遥测，这些信道不能够保证上行信息的可靠传输。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种窄带非对称信道的RTU数据可靠传输控制方法，在RTU数据传输过程中，保证窄带非对称信道的传输效率和可靠性。

技术方案：一种窄带非对称信道的RTU数据可靠传输控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)，配置数据发送策略参数：对于发送缓冲区中存放数据，设定执行发送操作时机的触发条件，所述触发条件包括定值存储发送和定时存储发送；

所述定值存储发送为：设置第一计数器，其计数值为水文水资源实测数据的报文个数，所述报文个数来自单个或多个数据采集单元，所述第一计数器的阈值根据缓冲区大小进行设置，当计数值达到第一计数器的预设阈值时执行发送操作；

所述定时存储发送为：设置第二计数器为计时器，当到达水文水资源监测业务要求的实时上报时间时执行发送操作；其中，根据水文水资源监测业务要求的实时上报时间，所述第二计数器的阈值为一个或多个；

步骤(2)，设定发送策略执行的优先级及其相互关系：根据RTU设置的环境，当数据采集单元按照预设的时间间隔将数据传至发送缓冲区时，预先选择单个数据报文发送模式，或定值存储发送和定时存储发送配合模式；

所述单个数据报文发送模式为：当有数据到达发送缓冲区就立即发送；

所述定值存储发送和定时存储发送配合模式为：当有多个采集单元的数据报文同时到达发送缓冲区时，若所述第二计数器到达阈值则立即将缓冲区中数据全部发送，若所述第二计数器未到达阈值，等待缓冲区中暂存数据报文个数到达所述第一计数器阈值时，再执行发送操作；

步骤(3)，设定发送完延迟等待时间：定义应答超时限阈值为T_out，发送完延时等待时间限制阈值为T_wai；发送完一次数据时，启动应答响应计时器，当实际应答响应时间t_r<T_out，表示系统正常收到对方反馈的正确确认或错误确认信息；当实际应答响应时间t_r≥T_out，表示应答超时，则启动数据自动补传；

发送完延时等待时间T'_wai动态调整为T'_wai＝T_wai+2αT_out，α是调节系数，按下式取值：

其中，k表示应答超时数据自动补传次数，若应答超时数据自动补传次数超过3次则按3次取α值；T_out的值采用TCP自包含的时间窗调整算法调整；

步骤(4)，数据自动补传控制：单次数据发送后将数据转移至补报缓冲区，若系统收到对方反馈的错误确认信息或应答超时，则在所述发送完延时等待时间T'_wai到达后重新发送数据；设定数据自动补传次数阈值，在达到阈值后停止重新发送数据并发出警告信息；系统收到对方反馈的正确确认信息后清除补报缓冲区中的数据。

有益效果：本发明通过“定值存储发送”，调整发送数据包尺寸；通过设置“定时存储发送”和变更“发送完延时等待时间”，调整发送间隔，控制发送速率，配合“数据自动补传”机制，保证窄带非对称信道的传输效率和可靠性。本方法中，上行数据传输速率根据实时情况变化，可以实现特定数据的及时发送、不特定数据的定时发送，从而能适应水情变化时的业务规则。由于目前已经布置的RTU传输系统的带宽有限，在数据传输出错时，本方法通过调整每次自动重传的间隔时间该降低发送速率，以此适应信道堵塞等情况；此外，还可以通过调整数据包尺寸、发送间隔和重发次数，即通信模块能够根据现场的通信条件动态调整数据传输控制参数来控制发送速率，从而能够支持现场非对称的通信环境。运用该方法，可在突发报文增多的情况下控制RTU成功发送数据，增强了RTU通信协议的控制能力。

附图说明

图1是本发明的步骤示意图；

图2是发送控制逻辑关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

一种窄带非对称信道的RTU数据可靠传输控制方法，窄带非对称信道可以是常用的短波、超短波、GPRS和PSTN，具体步骤如下：

步骤(1)，配置数据发送策略参数：对于发送缓冲区中存放数据，设定执行发送操作时机的触发条件，触发条件包括定值存储发送和定时存储发送。根据RTU采集数据的业务要求，可以在初始化参数配置时指定一种策略。

定值存储发送为：设置第一计数器，其计数值为水文水资源实测数据的报文个数，报文个数来自单个或多个数据采集单元。水文水资源报文格式参照行业标准，对于多用途RTU，需要满足多种水文水资源数据同时到达、一起传输的需求。本发明与字符型控制协议保持一致，采用一个字节(8位)作为计数器，有效值为1～255；第一计数器的阈值根据缓冲区大小进行设置，当计数值达到第一计数器的预设阈值时执行发送操作。

定时存储发送为：设置第二计数器为计时器指示器，与系统时钟相配合，当到达水文水资源监测业务要求的实时上报时间时执行发送操作，如每小时正点报、半点报和加密报等，加密报为汛期加大测报密集程度，如每10分钟。其中，根据水文水资源监测业务要求的实时上报时间，第二计数器的阈值为一个或多个，本发明采用一个字节(8位)作为计数时器，有效值为1～255，单位为分钟。高两位指示：00-不定时，01-每小时正点报，10-半点报，11-加密报；低6位指示加密报相对间隔分钟值。

步骤(2)，设定发送策略执行的优先级及其相互关系：根据RTU设置的环境，当数据采集单元按照预设的时间间隔将数据传至发送缓冲区时，预先选择单个数据报文发送模式，或定值存储发送和定时存储发送配合模式。

单个数据报文发送模式为：当有数据到达发送缓冲区就立即发送。这种方式简单易行，但不能适应预警、一个RTU对个多传感器同时数据报送等情况。

定值存储发送和定时存储发送配合模式为：当有多个采集单元的数据报文同时到达发送缓冲区时，若第二计数器到达阈值则立即将缓冲区中数据全部发送，若第二计数器未到达阈值，等待缓冲区中暂存数据报文个数到达所述第一计数器阈值时，再执行发送操作，即按照“定值”和“定时”阈值先到先执行的原则启动发送。

步骤(3)，对于可靠数据传输而言，采用TCP面向连接的传输控制技术，在一次数据块发送后要等待接收方的确认信息。由于窄带无线信道带宽低，RTU必须能够根据实际信道带宽调整发送速率。通常发送速率的大小可借助于发送间隔的大小来控制，即发送数据间隔时间越长，平均发送速率越低。本发明通过设定发送完延时等待时间，调节发送速率，具体为：

定义应答超时限阈值为T_out，发送完延时等待时间限制阈值为T_wai。发送完一次数据时，启动应答响应计时器，当实际应答响应时间t_r<T_out，表示系统正常收到对方反馈的正确确认或错误确认信息；当实际应答响应时间t_r≥T_out，表示应答超时，没有收到对方反馈的任何确认信息，则启动数据自动补传。

发送完延时等待时间T'_wai动态调整为T'_wai＝T_wai+2αT_out，α是调节系数，按下式取值：

其中，k表示应答超时数据自动补传次数，若应答超时数据自动补传次数超过3次则按3次取α值。T'_wai和T_out是相对时间，以秒为单位；定时存储发送的计时器阈值T_per为绝对时间，形如xx时:xx分，24小时制。T_out也可以根据应答信息的情况来调整，其值可采用TCP自包含的时间窗调整算法调整。

步骤(4)，数据自动补传控制：单次数据发送后将数据转移至补报缓冲区，若系统收到对方反馈的错误确认信息或应答超时，则在发送完延时等待时间T'_wai到达后重新发送数据。考虑到引起发送失败的原因很多，不都是可以通过重法解决，如信道故障、接收方软件或设备故障等，故设定数据自动补传次数阈值，在达到阈值后停止重新发送数据并发出警告信息，报上层软件处理。系统收到对方反馈的正确确认信息后清除补报缓冲区中的数据。

图1是本发明的基本步骤示意图，由数据发送策略配置、数据发送执行、发送状态判定、调整发送完延时等待时间和失败情况下的数据自动补传等部分组成。

数据发送策略配置模块接收初始化设定的“定值存储发送”计数器的缓冲存储数据报文个数N和“定时存储发送”的时间值T_per，并根据系统开机运行指令开始计数/计时，一旦达到阈值发出相应的处理请求。数据发送执行模块负责接收数据发送策略配置模块发出的处理请求信号，并根据预设的优先关系，确定本次发送的数据范围，调用数据发送程序，发送缓冲区数据，并将已发送数据移至补报缓冲区。发送完延时等待时间调整模块接收“重新计算发送等待时间T'_wai”指令，进行新值计算。数据自动补传模块接收“重发数据”指令，等待T'_wai时长后，调用数据发送程序，重新发送补报缓冲区的数据，一旦正确发送，清除补报缓冲区的数据，否则向上层协议软件报错。

此外，本法中的所有计数器的阈值，应答超时限阈值，以及发送完延时等待时间限制阈均可以在控制中根据下行控制命令进行实时修改，实现文水资源遥测系统根据下行命令动态配置召测要素、时间等参数。

图2为本发明的发送控制逻辑关系图，其中实线为控制线，虚线为数据线。本发明综合采用数据、时间和事件相结合的发送控制机制，通过调整缓冲报文数、定时发送时间、等待时间，对发送速率和连续发送报文数目进行控制。在不指定发送时间时，采用单个数据报文发送模式发送，即特定类型的数据(如水质数据)到达RTU，就立即发送；时间触发发送，指特定计时器达到预设的时间值T_per，启动发送；事件触发发送，指缓冲报文数达到预设的“定值存储发送”值N时，启动发送。时间和事件控制还体现在应答超时和收到发送错误确认信息后，进行等待延时时间调整，并启动重传。“定值存储发送”和“定时存储发送”按照相应的事件和时间先到先服务的原则执行发送。

依据本发明开发的程序可固化在水文水资源采集RTU的数据发送单元中，与整机共享电源、CPU和内存等单元。首先进行系统初始化，设置数据发送策略参数，包括缓冲报文数目N，“定时存储发送”时间值T_per，发送完延时等待时间限制阈值T_wai，应答超时值T_out；然后，启动系统到运行模式，等待传感器或待发送数据到达；一旦特定类型的数据、时间或事件处理信号到达，触发相应控制程序工作，自动完成数据发送和后续控制参数调整。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种窄带非对称信道的RTU数据可靠传输控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，配置数据发送策略参数：对于发送缓冲区中存放数据，设定执行发送操作时机的触发条件，所述触发条件包括定值存储发送和定时存储发送；

所述定值存储发送为：设置第一计数器，其计数值为水文水资源实测数据的报文个数，所述报文个数来自单个或多个数据采集单元，所述第一计数器的阈值根据缓冲区大小进行设置，当计数值达到第一计数器的预设阈值时执行发送操作；

所述定时存储发送为：设置第二计数器为计时器，当到达水文水资源监测业务要求的实时上报时间时执行发送操作；其中，根据水文水资源监测业务要求的实时上报时间，所述第二计数器的阈值为一个或多个；

步骤(2)，设定发送策略执行的优先级及其相互关系：根据RTU设置的环境，当数据采集单元按照预设的时间间隔将数据传至发送缓冲区时，预先选择单个数据报文发送模式，或定值存储发送和定时存储发送配合模式；

所述单个数据报文发送模式为：当有数据到达发送缓冲区就立即发送；

所述定值存储发送和定时存储发送配合模式为：当有多个采集单元的数据报文同时到达发送缓冲区时，若所述第二计数器到达阈值则立即将缓冲区中数据全部发送，若所述第二计数器未到达阈值，等待缓冲区中暂存数据报文个数到达所述第一计数器阈值时，再执行发送操作；

步骤(3)，设定发送完延迟等待时间：定义应答超时限阈值为T_out，发送完延时等待时间限制阈值为T_wai；发送完一次数据时，启动应答响应计时器，当实际应答响应时间t_r<T_out，表示系统正常收到对方反馈的正确确认或错误确认信息；当实际应答响应时间t_r≥T_out，表示应答超时，则启动数据自动补传；

发送完延时等待时间T'_wai动态调整为T'_wai＝T_wai+2αT_out，α是调节系数，按下式取值：

其中，k表示应答超时数据自动补传次数，若应答超时数据自动补传次数超过3次则按3次取α值；T_out的值采用TCP自包含的时间窗调整算法调整；

步骤(4)，数据自动补传控制：单次数据发送后将数据转移至补报缓冲区，若系统收到对方反馈的错误确认信息或应答超时，则在所述发送完延时等待时间T'_wai到达后重新发送数据；设定数据自动补传次数阈值，在达到阈值后停止重新发送数据并发出警告信息；系统收到对方反馈的正确确认信息后清除补报缓冲区中的数据。