CN103596178A - 一种单站cors系统及其差分数据传输及认证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种单站CORS系统的差分数据传输及认证方法及系统，该方法基于Mesh网络架构，所述方法包含：步骤101）基于位于某个区域内的各用户流动站构建Mesh网络架构，即将位于某个区域内的所有用户流动站划分为如下两类：第一类用户流动站作为Mesh网络的网关节点，且将第一类用户流程站称为网关流动站；第二类用户流动站作为Mesh网络的接入点，且将第二类用户流程站称为普通流动站；步骤102）网关流动站与单站CORS系统的数据处理中心通信，完成网关流动站认证或接收数据处理中心发送的实时差分数据；步骤103）普通流动站与网关流动站通信，通过网关流动站进行认证并获得实时差分数据；其中，上述的步骤102）和步骤103）发生无时间的先后顺序。

Description

一种单站CORS系统及其差分数据传输及认证方法

技术领域

本发明涉及Mesh网络架构下利用改进的NTRIP通信协议在单站CORS系统的流动站之间传送差分数据的技术，具体提供一种单站CORS系统及其差分数据传输及认证方法。

背景技术

单站CORS系统由基准站、数据处理中心、用户流动站、数据通讯部分四个部分组成。

基准站：基准站是由某一范围内均匀分布的固定参考站组成。负责采集GPS/北斗卫星观测原始数据并输送至数据处理中心，同时提供系统完好性监测服务。

数据处理中心：是CORS系统的控制中心，用于接收基准站数据，进行数据处理，形成差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，分发给用户的流动站。数据处理中心是CORS系统的核心单元，也是高精度实时动态定位得以实现的关键所在。数据处理中心24小时连续不断地根据基准站所采集的实时观测数据进行解算，并通过运营商的GPRS/3G网络向流动站以国际通用格式提供码相位／载波相位实时差分改正信息。

用户流动站：包括用户信息接收系统、RTK定位系统、事后和快速精密定位系统以及自主式导航系统和监控定位系统等。用户流动站接收数据处理中心发送的实时差分数据，解算出精确坐标。

数据通讯部分：CORS的数据通讯包括固定基准站到数据处理中心的通讯及数据处理中心到用户流动站的通讯。基准站到控制中心（即，数据处理中心或基站）的通讯网络负责将基准站的数据实时地传输给数据处理中心；数据处理中心和用户流动站的通讯网络负责将实时差分数据送给用户流动站。一般来说，基站与用户流动站的通信为运营商的GPRS或者3G网络，而所有用户流动站得到的实时差分数据应该是一致的。

CORS系统主要的通信协议是NTRIP(Networked Transport of RTCM via InternetProtocol)协议，NTRIP协议是由德国联邦制图和测地局发起，经过RTCM委员会认证、公开使用的一种专业应用层协议。它支持多种数据流，如原始数据、差分数据、电离层改正信息、气象数据等。NTRIP实现了GPS差分数据传输在互联网上的传输，基于HTTP1.1，采用TCP／IP协议，用于全球导航卫星系统数据传输，利用互联网传输和共享差分定位修正数据，以支持精确定位和导航。NTRIP是一个应用层协议，用户通过互联网连接到中心服务器，连接方式可以通过移动IP网络GSM、GPRS、EDGE、UMTS等。

NTRIP协议由四部分构成：数据源NTRIP Source，流动站上的客户端(NTRIPClients)，参考站端(NTRIP Servers)和数据处理中心端(NTRIP Caster)。其中数据处理中心扮演着一个服务器的角色，流动站与参考站端的通讯由数据处理中心分配和管理。参考站、数据处理中心、流动站间的数据传输和互联网是完全兼容的。

1）NTRIP Source:基准站GPS接收机数据处理产生的DGPS及RTK的RTCM-104差分数据流。可以是RTCM,CMR等格式。

2）NTRIP Server:将数据流由NTRIP Source传输到NTRIP Caster，起数据中转的作用。通常有运行GPS参考站软件的计算机或一台直接连到互联网的GPS接收机。参考站端也使用控制中心分配的IP地址连接到控制中心。

3）NTRIP Caster：是NTRIP的核心组件，根据数据源的IP地址，坐标等规则将NTRIP Server传来的数据进行分发，形成数据源的ID列表，并为NTRIP Client的数据请求提供用户验证管理接口；它对进出参考站端和客户端的不同数据流进行处理，物理上是一个服务器组，承担着参考站和用户间通讯的桥梁作用。它是基于因特网(HTTP)的服务，控制不同数据在控制中心服务器的进出。从参考站端接收数据流并处理，同时设置数据流所属参考站的代码、密码、账号等。从客户端收到请求消息，看客户端是否已注册并通过认证，可以收发RTK数据流。另外数据处理中心还具有与临近系统(或参考站网)的联网能力，包括：支持NTRIP，实现系统数据联网和服务联网，支持服务注册和服务漫游功能，可增加参考站数量，满足扩充要求等。

4）NTRIP Client数据使用者，通过IP移动通讯网接收NTRIP Caster发送过来数据。

这种数据中心向用户流动站播发数据的方式有如下几个缺点：（1）随着用户流动站数量的增加，这种传统的客户端-服务器模式（C／S模式）加单播方式来推送数据的服务系统由于服务器性能和网络带宽的限制，往往造成系统瓶颈，降低服务质量。（2）在作业时某区域需要较多用户流动站时，每个用户流动站与数据中心分别进行认证和播发数据，较费时和人力（3）当用户流动站较多时，用户会根据接收数据的流量产生较高的费用。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有的数据中心向用户流动站播发数据存在诸多缺陷，从而提供一种单站CORS系统的差分数据传输及认证方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供一种单站CORS系统，包含：基准站，数据处理中心，数据通讯部分和若干的用户流动站，其特征在于，所有的用户流动站形成Mesh网络架构，即将位于某个区域内的所有用户流动站划分为如下两类：

第一类用户流动站作为Mesh网络的网关节点，且将第一类用户流程站称为网关流动站；

第二类用户流动站作为Mesh网络的接入点，且将第二类用户流程站称为普通流动站；

且上述网关流动站与单站CORS系统的数据处理中心通信，完成网关流动站认证或接收数据处理中心发送的实时差分数据；而普通流动站与网关流动站通信，通过网关流动站进行认证并获得实时差分数据。

上述数据处理中心进一步包含：计算服务器，内容服务器和log服务器；其中，所述计算服务器在接收到参考站传送的数据后经过计算得到实时差分数据，并发送给内容服务器；所述内容服务器将接收的实时差分数据进行记录并保存备份；所述log服务器负责记录数据处理中心中的事件和log日志。

本发明还提供一种单站CORS系统的用户流动站认证方法，该方法基于上述的系统，所述方法包含：

步骤101）网关流动站与单站CORS系统的数据处理中心通信，完成网关流动站认证；

步骤102）普通流动站与网关流动站通信，通过网关流动站进行认证；当普通流动站不能通过网关流动站通信认证时，需数据处理中心协助网关流动站进行普通流动站认证。

上述步骤102）进一步包含：

步骤102-1）如果普通流动站发送的认证信息与网关流动站存储的信息一致，则该网关流动站通过Mesh网络向普通流动站发送实时差分数据；

步骤102-2）如果普通流动站发送的认证信息与网关流动站存储的信息不一致，则网关流动站将认证信息转发到数据处理中心，然后进行如下处理：

如果认证信息没有通过数据处理中心的认证，则数据处理中心向网关流动站发送没有通过认证的消息，然后网关流动站将没有通过认证的消息再转发给普通节点流动站；如果认证信息通过数据处理中心的认证，则数据处理中心向网关流动站发送通过认证的消息，然后网关流动站再通过Mesh网络向通过认证的普通流动站发送实时差分数据。

此外本发明还提供了一种单站CORS系统的差分数据传输方法，该方法基于上述的系统，所述方法包含：

当普通流动站需要差分数据时，普通流动站首先向网关流动站发送请求，如果网关流动站有该普通流动站所需的差分数据时，网关流动站向普通流动站发送差分数据；如果网关流动站没有该普通网站所需的差分数据时，由网关流动站向数据处理中心请求差分数据，并由网关流动站将请求得到的数据分发给普通流动节点。

可选的，当一个用户流动站开机时首先根据Mesh网络协议搜索能够加入的Mesh网络，如果有该用户流动站能加入的Mesh网络则申请加入；如果没有该用户流动站能够加入的Mesh网络或者该用户流动站加入Mesh网络的申请被驳回，则该用户流动站与数据中心直接通信，且数据处理中心将该用户流动站设置为Mesh网络的新的网关节点，即将该用户流动站划分为第一类用户流动站。

可选的，当某个第一类用户流动站关机或离开Mesh网络时，该用户流动站通知数据处理中心和跟该用户流动站存在连接的各用户流动站；当某个第二类用户流动站关机离开Mesh网络时，该用户流动站通知其所连接的的网关流动站。

可选的，上述网关流动站通过GPRS网络或3G网络与数据处理中心通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用了Mesh网络架构，可以在没有骨干网的地方或网络条件恶劣的情况下快速布网。由于同一区域内所有用户流动站所需差分数据是相同的，此区域内的用户流动站群只需一个节点与基站通信，接收差分数据。同时此节点部分的负责了用户的验证功能键。因此减轻服务器的压力，降低了支付运营商的通信费用较低。同时利用Mesh网络组网使该系统具有可扩展性，非中心化，可用性，可靠性，高性价比，负载均衡的特点。

附图说明

图1是本发明提供具有Mesh网络架构的单基站CORS系统架构图；

图2是本发明实施例提供的通过利用Mesh网络发送实时差分数据的流程图；

图3是本发明实施例提供的通过利用NTRIP协议发送实时差分数据的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述方法进行详细说明。

本发明的目的就是利用最新的Mesh网络技术，发明一种Mesh网络架构下利用改进的NTRIP协议的在用户流动站间传输差分数据的技术。

无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network，又称为无线网状网)是融合了移动Ad hoc网络和有基础设施网络结构的以多跳中继为特征的一种高容量、高速率、灵活组网的分布式无线多跳网络。无线Mesh网络在网络拓扑上与移动Ad hoe网络相似，但网络大多数节点处于静止或弱移动状态，拓扑变化较小。无线Mesh网络主要承载来往于Internet网关的业务，少量承载任意一对节点之间的业务流。无线Mesh网络在宽带接入、提高网络覆盖、低成本构建等方面具有独特的优势，被认为是下一代因特网的无线版本。这些特点和优势十分适合作为CORS系统用户流动站之间通信的网络架构。

Mesh网络与传统无线网络的比较

构建于802.11链路上的Mesh网络称为WLAN Mesh,主要由网关节点(MPP)、接入点(MAP)以及Mesh路由器(MP)组成。在继承WLAN网络低成本、部署广等特点的同时，WLAN Mesh还获得了Mesh网络的覆盖广、易扩展、健壮性等优势。

在本本发明的技术方案中由于采用了Mesh网络架构，数据中心与用户流动站的通信流程也随之发生变化，因此需要在此网络架构下优化NTRIP协议。

根据Mesh网络的特点，将用户流动站分为网关流动站和普通流动站两种，网关流动站的主要通过GPRS/3G网络与数据处理中心通信，完成认证与接收实时差分数据的功能。普通节点流动站与网关流动站通信，发送认证信息，如果认证信息与网关流动站的一致，则网关流动站通过Mesh网络发送实时差分数据；如果不一致则将其转发到数据处理中心，如果没有通过数据处理中心的认证，数据处理中心向网关流动站发送没有通过认证的消息，网关流动站将此消息转发给普通节点流动站,如果通过认证，数据处理中心向网关流动站发送通过认证的消息，网关流动站通过Mesh网络发送实时差分数据。协议细节如下：

1.网关流动站与数据处理中心通信

（1）如果网关流动站没有发送密码例如发送：

GET/BUCU1HTTP/1.0

User-Agent:NTRIP GNSSInternetRadio/1.2.0

数据处理中心将向其用HTTP协议发送一个消息，格式是：

HTTP/1.0401Unauthorized

然后将会发送第二个消息给网关流动站，格式如下：

Server:NTRIPCaster/1.0

WWW-Authenticate:Basic realm="/BUCU1"

Content-Type:text/html

Connection: close

<html><head><title>401 Unauthorized</title></head><body bgcolor=blacktext=white

link=blue alink=red>

<h1><center>The server does not recognize your privileges to the requested entity

y/stream</center></h1>

</body></html>

（2）网关流动站成功的发送了含有密码的消息

GET /BUCU1 HTTP/1.0

User-Agent:NTRIP GNSSInternetRadio/1.2.0

Authorization:Basic aHVnb2JlbjpodWdvYmVuMTIz

其中Authorization后的内容是用户名密码(按用户名:密码组合)进行Base64编码后的结果。如liuke经Base64编码后得bGl1a2U6bGl1a2U=。

（3）服务器端对接收到的请求信息进行认证。若用户名和密码没有通过认证,则向返回错误标志信息(ERRORBad Password)。

（4）若通过认证,服务器端首先向客户端返回SOURCETABLE 200 OK,然后发送数据。

2.普通节点流动站与网关流动站中心通信

（1）如果普通节点流动站没有发送密码例如发送：

GET/BUCU1HTTP/1.0

User-Agent:NTRIPGNSSInternetRadio/1.2.0

网关流动站将会用HTTP协议发送一个消息，格式是

HTTP/1.0 401Unauthorized

然后将会发送第二个消息给普通节点流动站

Server:NTRIPCaster/1.0

WWW-Authenticate:Basicrealm="/BUCU1"

Content-Type:text/html

Connection:close

<html><head><title>401 Unauthorized</title></head><body bgcolor=blacktext=white

link=blue alink=red>

<h1><center>The server does not recognize your privileges to the requested entity

y/stream</center></h1>

</body></html>

（2）普通节点流动站成功的发送了含有密码的消息

GET/BUCU1HTTP/1.0

User-Agent:NTRIP GNSSInternetRadio/1.2.0

Authorization:Basic aHVnb2JlbjpodWdvYmVuMTIz

其中Authorization后的内容是用户名密码(按用户名:密码组合)进行Base64编码后的结果。如liuke经Base64编码后得bGl1a2U6bGl1a2U=。

（3）如果此用户名和密码和网关流动站一致，则返回SOURCETABLE 300 OK,然后网关流动站通过Mesh网络发送数据。

（4）如果此用户名和密码和网关流动站不一致，网关流动站将此数据转发给服务器，服务器端对接收到的请求信息进行认证。若用户名和密码没有通过认证,则向网关流动站返回错误标志信息(ERRORBad Password)，网关流动站将此信息转发给普通流动站；若通过认证,服务器端首先向客户端返回SOURCETABLE 400OK,然后网关服务器通过Mesh网络发送数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：CORS基站服务器为差分数据的内容服务器以及认证服务器。服务器通过运营商的GPRS/3G网络利用改进过的NTRIP协议向某一区域内的特定流动站发送实时差分数据，此流动站为Mesh网络中的网关。此区域的其他流动站通过MSA安全方案区此流动站组成Mesh网络，接收实时差分数据。其中此Mesh网络中的担任网关的流动站负责直接与数据处理中心通信，发送和接收认证信息和实时差分数据，普通节点的流动站通过Mesh网络与网关通信，从网关接收认证和实时差分数据。

实施例

改进后的系统用来实现用户流动站之间组成Mesh网络播放实时差分数据，主要解决发送海量信息造成的基站带宽不足问题。

（1）如图1所示本发明的基于Mesh网络技术的CORS系统包含：基准站、数据处理中心、数据通讯部分和用户流动站。基准站中的参考站接收GPS/北斗的原始数据并将接收的数据传送给数据处理中心。数据处理中心进一步包含：计算服务器，内容服务器和log服务器。所述计算服务器在接收到参考站传送的数据后经过计算得到实时差分数据，并发送给内容服务器。所述内容服务器将接收的实时差分数据进行记录并保存备份，所述log服务器负责记录数据处理中心中的事件和log日志。将一个区域内的某些用户流动站设置为Mesh网络的网关，这些作为网关的用户流动站用于与数据处理中心通信，即通过GPRS或者3G网络接收数据处理中心发送的实时差分数据。位于此区域内的其他流动站与设定的网关进行通信，通过网关接收实时差分数据。

（2）如图2所示为基于Mesh网络技术的CORS系统中的用户流动站加入和离开Mesh网络的流程图：

第一步，数据处理中心依据参考站采集的数据计算实时差分数据。

单站CORS系统的参考站记录原始观测的GPS/北斗数据并将其发送给数据处理中心，数据处理中心根据原始观测数据和其他数据计算出实时差分数据。

第二步，用户流动站与设定的mesh网关的流动站通信。

作为mesh网关的用户流动站的作用是（1）通过运营商的GPRS/3G网络直接与数据处理中心通信，接收实时差分数据；（2）维护当前Mesh网络路由。

第三步，用户流动站之间传输数据。

当一个用户流动站开机时首先根据Mesh网络有关协议搜索可以加入的Mesh网络，如果有Mesh网络则申请加入。如果没有Mesh网络或者加入网络的申请被驳回则此用户流动站与数据中心直接通信，此流动站将成为新的Mesh网络的网关。

第四步，用户流动站离开已经加入的Mesh网络

当一个用户流动站关机或者离开Mesh网络时通知该用户流动站所连接的的网关流动站；或

当一个用户流动站关机或者离开Mesh网络时通知和该用户流动站已经连接的用户流动站。

（3）图3为根据改进的NTRIP协议流动站之间播发实时差分数据的流程。以下描述将设置为网关的流动站简称网关流动站，将没有设置为网关的用户流动站简称为普通节点流动站。

第一步：网关流动站的主要通过GPRS/3G网络与数据处理中心通信，进而完成认证与接收实时差分数据的功能。

第二布：普通节点流动站与网关流动站通信，发送认证信息。

第三步：如果认证信息与网关流动站的一致，则网关流动站通过Mesh网络发送实时差分数据。

第四步：如果不一致则将其转发到数据处理中心，如果没有通过数据处理中心的认证，数据处理中心向网关发送没有通过认证的消息，网关将此消息转发给普通节点流动站,如果通过认证，数据处理中心向网关发送通过认证的消息，网关通过Mesh网络向普通流动站发送实时差分数据。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种单站CORS系统，包含：基准站，数据处理中心，数据通讯部分和若干的用户流动站，其特征在于，所有的用户流动站形成Mesh网络架构，即将位于某个区域内的所有用户流动站划分为如下两类：

第一类用户流动站作为Mesh网络的网关节点，且将第一类用户流程站称为网关流动站；

第二类用户流动站作为Mesh网络的接入点，且将第二类用户流程站称为普通流动站；

且上述网关流动站与单站CORS系统的数据处理中心通信，完成网关流动站认证或接收数据处理中心发送的实时差分数据；而普通流动站与网关流动站通信，通过网关流动站进行认证并获得实时差分数据。

2.根据权利要求1所述的单站CORS系统，其特征在于，所述数据处理中心进一步包含：计算服务器，内容服务器和log服务器；

其中，所述计算服务器在接收到参考站传送的数据后经过计算得到实时差分数据，并发送给内容服务器；

所述内容服务器将接收的实时差分数据进行记录并保存备份；

所述log服务器负责记录数据处理中心中的事件和log日志。

3.一种单站CORS系统的用户流动站认证方法，该方法基于权利要求1所述的系统，所述方法包含：

步骤101）网关流动站与单站CORS系统的数据处理中心通信，完成网关流动站认证；

步骤102）普通流动站与网关流动站通信，通过网关流动站进行认证；当普通流动站不能通过网关流动站通信认证时，需数据处理中心协助网关流动站进行普通流动站认证。

4.根据权利要求3所述的单站CORS系统的用户流动站认证方法，其特征在于，所述步骤102）进一步包含：

步骤102-1）如果普通流动站发送的认证信息与网关流动站存储的信息一致，则该网关流动站通过Mesh网络向普通流动站发送实时差分数据；

步骤102-2）如果普通流动站发送的认证信息与网关流动站存储的信息不一致，则网关流动站将认证信息转发到数据处理中心，然后进行如下处理：

如果认证信息没有通过数据处理中心的认证，则数据处理中心向网关流动站发送没有通过认证的消息，然后网关流动站将没有通过认证的消息再转发给普通节点流动站；如果认证信息通过数据处理中心的认证，则数据处理中心向网关流动站发送通过认证的消息，然后网关流动站再通过Mesh网络向通过认证的普通流动站发送实时差分数据。

5.一种单站CORS系统的差分数据传输方法，该方法基于权利要求1所述的系统，所述方法包含：

当普通流动站需要差分数据时，普通流动站首先向网关流动站发送请求，如果网关流动站有该普通流动站所需的差分数据时，网关流动站向普通流动站发送差分数据；如果网关流动站没有该普通网站所需的差分数据时，由网关流动站向数据处理中心请求差分数据，并由网关流动站将请求得到的数据分发给普通流动节点。

6.根据权利要求3或5所述的单站CORS系统的差分数据传输及认证方法，其特征在于，

当一个用户流动站开机时首先根据Mesh网络协议搜索能够加入的Mesh网络，如果有该用户流动站能加入的Mesh网络则申请加入；如果没有该用户流动站能够加入的Mesh网络或者该用户流动站加入Mesh网络的申请被驳回，则该用户流动站与数据中心直接通信，且数据处理中心将该用户流动站设置为Mesh网络的新的网关节点，即将该用户流动站划分为第一类用户流动站。

7.根据权利要求3或5所述的单站CORS系统的差分数据传输及认证方法，其特征在于，

当某个第一类用户流动站关机或离开Mesh网络时，该用户流动站通知数据处理中心和跟该用户流动站存在连接的各用户流动站；

当某个第二类用户流动站关机离开Mesh网络时，该用户流动站通知其所连接的的网关流动站。

8.根据权利要求3或5所述的差分数据传输及认证方法，其特征在于，所述网关流动站通过GPRS网络或3G网络与数据处理中心通信。

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