一种多通道数据链路通信系统的制作方法

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1.本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种多通道数据链路通信系统。

背景技术：

2.近年来随着通信技术的发展，基于数字通信和卫星通信技术的各种无线通信系统发展迅速。当前各种工业上使用的专用数据链通信设备也广泛地使用了这些通信技术，工业用数据链产品通常会根据业务数据类型不同设计为具体承载到一种或几种通信体制之上进行传输，以求取得传输速率和可靠性的平衡。比如：通用航空的机载座舱数据记录传输设备通常就会使用4g lte专网来传输多通道座舱记录数据。
3.当前这种简单地使用单一通信体制或使用多种通信体制互为备份的方式虽然能够在多数情况下完成通信业务，并在一定程度上提高了可靠性。但对于可靠性和性能要求特别高以及业务数据类型较多并且需要对不同类型数据优先级进行灵活调整的场景就不能满足需要了。当前常用的工业数据链通信设备存在以下技术问题：1.数据传输是以通道为单位进行传输，即便设备配置多个通信通道也难以同时使用，模块利用率和数据传输率都不够好；2.数据包是以同一通道的整个包为单位传输，不能针对业务数据的类型按优先级要求选择不同的通信模块进行通信，高优先级数据可达性和可靠性不能很好保证。

技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种多通道数据链路通信系统，通过配置多种不同体制的通信模块，配合数据交换模块，有效弥补上述现有工业数据链通信设备的缺点。
5.本发明提供了一种多通道数据链路通信系统，包括射频收发模块，用于收发信号并进行放大处理；数据接口模块，为不同类型的数据传输提供接口；数据交换模块，对数据流向进行交换处理；无线通信模块，为不同类型的数据提供无线传输通道；数据交换模块分别与数据接口模块、无线通信模块连接，无线通信模块还与射频收发模块连接。
6.进一步，射频收发模块包括射频天线组件和pa/rf功率放大器，其中射频天线组件由一组天线组成，为北斗、gps、4g、5g无线通信模块提供不同参数的收发信号服务。
7.进一步，数据接口模块包括数字接口子模块、总线接口子模块和以太网接口子模块，以支持数字信号接口、总线信号接口、以太网数据接口来适配这三类不同类型的输入输出数据。
8.进一步，数据交换模块包括隔离保护子模块、交换处理子模块和主控运算子模块：隔离保护子模块对外部输入输出接口电路进行隔离，保护数据交换模块的电气安全；交换处理子模块按照输入数据的接口类型、数据包类型、传输端口、目的地址类型等不同的配置对数据流向进行交换处理，达到数据指定流向和传输优先级控制的目的；主控运算子模块具有运算、控制功能，为整个设备的板上软件提供运行环境，并按
照软件的指令控制其他模块的操作行为。
9.进一步，无线通信模块包括北斗/gps模块、4g/5g专网模块和4g/5g公网模块，同一组数据可以在单一无线通信模块中传输，也可以同时在多个无线通信模块中进行传输。
10.进一步，还包括规则配置和管理台，用于将数据交换规则下发到数据交换模块。
11.进一步，还包括电源模块，电源模块内含滤波、整流、变压电路，为所有其他模块提供emi滤波和各自需要的不同参数的电源供电。
12.进一步，数据交换模块根据收到的规则配置，将不同数据接口通道输入的数据进行分拣，解码再编码为合适的数据格式，并按照规则配置将再编码后的数据转发到规则要求的目的数据通道中去。
13.进一步，规则配置和管理台模块包括人机界面子模块、数据接口规则管理子模块、数据包类型规则管理子模块、数据端口规则管理子模块、目的地址规则管理子模块、规则生成器子模块和设备命令接口子模块。
14.本发明的优点是：（1）对输入的源数据和输出的最终目标数据都可以在通道、端口、数据类型三种不同的数据处理粒度上进行交换传输处理：按通道进行数据交换：同一组数据可以送到单一无线通道模块和数据接口子模块通道也可以同时送到多个无线通道模块和数据接口子模块通道中进行传输；按端口进行数据交换：将一组数据交换、传输到规则配置的目标网络的不同的和特定的网络端口上，从而更好地适配目标系统的数据处理要求；对源数据为以太网数据的，也支持按照配置规则把源数据的特定端口传输到目网络的特定端口上的功能。也就是说按端口的数据交换是同时支持源、目的间的端口交换；按数据类型进行数据交换：将源数据按照规则配置的数据过滤规则，分拣出特定的部分，并将其按照要求打包并交换、传输的特定的输出通道或网络端口上。
15.（2）对输出的数据按照用户规则要求的不一样，系统可以使用一个输出通道进行传输，也可以同时使用多个输出通道同时进行传输。满足了工业场景中的多样化传输要求。
附图说明
16.图1为本发明多通道数据链路通信系统结构示意图；图2为多通道数据链路通信系统的工作示意图；图3为数据交换模块软件架构示意图；图4为数据交换模块软件处理流程图；图5为规则配置和管理台模块软件架构示意图；图6为系统构建方式示意图；图7为系统运行中的流程图；图8为本实施例中多通道数据链路通信系统硬件结构示意图。
具体实施方式
17.如图1所示为本发明多通道数据链路通信系统的系统结构示意图，系统由电源/滤波模块、数据交换模块、隔离保护子模块、交换处理子模块、主控运算子模块、数据接口模
块、无线通信模块、pa/rf功率放大器、射频天线和规则配置和管理台模块组成，各个模块的具体功能和工作方式如下：电源/滤波模块：内含滤波、整流、变压电路，为所有其他模块提供emi滤波和各自需要的不同参数的电源供电；数据交换模块：内含光电隔离和mcu控制、数据交换电路，从功能上设计为隔离保护子模块、交换处理子模块和主控运算子模块；隔离保护子模块：对外部输入输出接口电路进行光、电隔离，保护数据交换模块的电气安全；交换处理子模块：具有数据交换功能，能够按照输入数据的接口类型、数据包类型、传输端口、目的地址类型等不同的配置对数据流向进行交换处理，达到数据指定流向和传输优先级控制的目的；主控运算子模块：具有运算、控制功能，为整个设备的板上软件提供运行环境，并按照软件的指令控制其他模块的操作行为；数据接口模块：支持数字信号接口、总线信号接口、以太网数据接口来适配这三类不同类型的输入输出数据，因此它包括了“in/out数字接口子模块”、“485/422/modbus总线接口子模块”、“ethernet以太网接口子模块”；无线通信模块包括北斗/gps模块、4g/5g专网模块和4g/5g公网模块，提供数据传输通道，北斗/gps模块内含北斗和gps双模定位电路，同时北斗提供一路低速数据通路用于传输业务数据；4g/5g专网模块内含4g和5g双模数据调制解调电路，提供在4g/5g专网下的数据传输通道；4g/5g公网模块内含4g和5g双模数据调制解调电路，提供在4g/5g公网下的数据传输通道；pa/rf功率放大器：为北斗/gps模块、4g/5g专网、公网模块输出的数据提供功率放大和射频收发功能，经过放大的信号传送给射频天线组件进行发送；同时，从射频天线组件收取的数据经过放大处理后交由上述无线通信模块进行信号处理；射频天线：射频天线组件由一组天线组成，为北斗、gps、4g、5g无线通信模块提供所需的不同参数的收发天线服务；规则配置和管理台模块：该模块表现为运行在一台计算机上的人机交互程序，它将用户输入的数据交换规则下发到数据交换模块，并把数据交换模块返回的操作结果和系统运行状态显示给用户。
18.如图2所示为多通道数据链路通信系统的工作示意图，系统的运行过程包括以下步骤：（1）用户通过规则配置和管理台子系统将数据交换的规则下发到数据交换模块。比如配置数字信号通过北斗通道发送、视频类型数据通过4g专网通道和4g公网通道同时发送等；（2）数据交换模块从三种不同的数据接口子模块获取需要传输的数据，具体的为：从数字接口子模块获取数字信号、从总线接口子模块获取总线信号以及从以太网接口子模块获取以太网信号；（3）数据交换模块根据收到的规则配置，将不同数据接口通道输入的数据进行分拣，解码再编码为合适的数据格式并按照规则配置的要求送到对应的无线通信模块、数据
接口子模块中；（4）数据交换模块根据规则配置对数据进行处理，包括以下几种方式：数据按通道分类进行数据交换：同一组数据可以送到单一无线通道模块和数据接口子模块也可以同时送到多个无线通道模块和数据接口子模块中进行传输；数据按端口分类进行交换：将一组数据交换、传输到规则配置的目标网络的不同的和特定的网络端口上，从而更好地适配目标系统的数据处理要求；对源数据为以太网数据的，也支持按照配置规则把源数据的特定端口传输到目网络的特定端口上的功能，也就是说按端口的数据交换是同时支持源、目的间的端口交换；数据按数据类型进行交换：将源数据按照规则配置的数据过滤规则，分拣出特定的部分，并将其按照要求打包并交换、传输到特定的输出通道或网络端口上。比如：将源数据中以0xbd, 0xbd标记出来的特殊数据块取出来，交换传输到目的网络的特定端口上去。
19.如图3所示为数据交换模块软件架构示意图，包括数字数据接口、总线数据接口、以太网数据接口、交换引擎、规则引擎、输出数据接口以及管理台接口，具体的功能如下：in/out数字数据接口：从外部数据源获得数字信号，并转换为系统约定好的数字参数数据，并将记录的数据类型和通道信息通知交换引擎；同时也支持将交换子系统送过来的out数字信号传送到数字接口上供外部系统读取。数字信号例如：外部设备传来的开/关信号量。
20.485/422/modbus总线数据接口：从外部数据源获得不同协议的总线信号，并将其中的负载数据解码为内部数据待处理，并将记录的数据类型和通道信息通知交换引擎；同时也支持将交换系统送过来的总线数据传输到总线接口上供外部系统读取。
21.ethernet以太网数据接口：从外部数据源获得以太网信号数据，并将记录的数据类型和通道信息通知交换引擎；同时也支持将交换系统送过来的以太网数据传输到数据接口上供外部系统读取。
22.规则引擎：从管理台接口获得用户下发的规则数据，并将规则数据拆分为输入/输出通道选择、数据类型筛选、端口分配等规则操作数，然后再依据则操作数生成数据分拣、编解码、通道/端口、交换方式的指令序列，该指令序列将用于驱动交换引擎；交换引擎：对从规则引擎获得的指令序列进行处理，生成具体的硬件模块操作指令，并配置和驱动对应的硬件模块从上述三个数据接口获取源数据，再按照指令序列处理后保存到输出数据接口中等待通信模块发送出去；输出数据接口：接口中暂存已经打包好的数据，这些数据保存有目的通道标识，交换引擎按照交换操作指令序列通知不同的输出模块来获取对应目的通道标识的数据并通过天线系统或者数据接口子模块传输给外部系统。
23.图4为数据交换模块软件处理的流程图，如图所示规则引擎读取到管理台接口接收到的规则配置数据，将规则数据拆分为输入/输出通道选择、数据类型筛选、端口分配等规则操作数，然后生成数据分拣、编解码、通道/端口、交换方式的指令序列，再传送给交换引擎，交换引擎将指令序列转换为硬件操作指令然后发送指令给有线/无线/数字输出传输模块，同时交换引擎读取到数据接口的数据类型与通道信息，将收到的待交换数据按照指令序列处理后传给输出数据接口，通过输出数据接口将数据传给有线/无线/数字输出传输模块并发送出去。
24.规则配置和管理台模块软件架构如图5所示，包括人机界面、数据接口规则管理、数据包类型规则管理、数据端口规则管理、目的地址规则管理、规则生成器以及设备命令接口：人机界面：以可视化的方式提供给用户管理、配置、下发规则的能力，同时从设备子系统获取反馈信息使用户能够了解规则运行情况。
25.数据接口规则管理：对用户编制的数据接口处理方式进行管理，支持设备子系统所带的三种数据接口，生成对应的规则控制字和相应的配置参数，并传输给规则生成器。
26.数据包类型规则管理：对用户编制的数据包处理方式进行管理，支持各种自定义的数据类型组合，生成对应的规则控制字和相应的配置参数，并传输给规则生成器。
27.数据端口规则管理：对用户编制的数据传输端口处理方式进行管理类，以此提供了将数据传输到特定通信端口的能力，并生成对应的规则控制字和相应的配置参数，并传输给规则生成器。
28.目的地址规则管理：对用户编制的目的地址进行管理，以此提供将数据传输到指定地址、端口的能力，并生成对应的规则控制字和相应的配置参数，并传输给规则生成器。
29.规则生成器：接收上述4个规则管理模块传来的规则数据，按照用户配置的参数将其一个或几个规则组合编制为标准的规则配置数据，并传给设备命令接口传输给设备子系统。
30.设备命令接口：按照与设备子系统约定好的接口命令格式，将规则数据传输给设备子系统。
31.图6为系统构建方式的示意图，通过多通道数据链路通信系统实现多类型信号同时传输，其中关键点如下：（1）支持多个不同类型的信号源，设备子系统支持“in/out数字接口”、“485/422/modbus总线接口”、“ethernet以太网接口”；（2）不同的信号源通过工业标准接口连接到“多通道数据链通信设备子系统”，比如：“in/out数字信号”通过双绞线、“485/422/modbus总线信号”通过db9串口、“ethernet以太网数据”通过rj45；（3）规则配置和管理子系统运行在一台计算机上运行规则配置和管理软件，并通过网络接口连接到多通道数据链路通信系统。
32.系统运行时的工作过程如图7所示，规则配置和管理台子系统下发规则配置给多通道数据链路通信系统；多通道数据链路通信系统生成规则数据和操作指令序列，按通道、端口规则获取外部信号源发送的多类型源数据，然后重组数据、按规则设置目的通道和端口，发送数据给输出通信模块进行输出；经由通信网络输出数据到终端用户业务服务器的特定的目的地址/端口，实现整个多通道数据链路通信过程。其中需要注意的是，除了规则配置与管理台下发规则配置数据，规则配置的来源也可以是本地规则配置文件。
33.在本实施例中，多通道数据链路通信系统硬件结构如图8所示，由一块通信母板和cpu子板构成，通信母板上集成了所有的通信接口、通信传输模块和必要的数据存储模块；cpu子板上设计了运算模块完成对整个业务流程的处理、运算，其中包括重要的数据交换的功能。
34.其中，如图5所示规则配置和管理台模块实现为web管理程序，其服务程序运行于
lte专网的端口9100和以太网通道lan3的端口9100。
45.第一步：在“规则配置和管理台”上通过界面选择需要处理数据源通道和端口：选择并输入以太网lan1通道 + 端口号10000作为数据源通道。
46.第二步：在“规则配置和管理台”上通过界面选择需要转发到的数据目的通道：选择4g let专网，输入转发端口号9100，选择以太网lan3端口，输入转发端口号9100。
47.第三步：“规则配置和管理台”根据上述第一步和第二步的转发规则设置，生产setslotportmapping命令接口消息：{"command":"setslotportmapping",
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"dat": {
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
"mapping":{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
" lan1":{ "port": 10000 , "slotlte4gz": 9100, "lan3": 9100}
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}
ꢀꢀꢀꢀ
}}第四步：“规则配置和管理台”将上述规则命令接口消息传输给“多通道数据链设备子系统”，设备子系统的“规则引擎”获取到规则配置数据，将第三步的配置数据解析出来形成设备操作指令序列，并调用内部接口函数驱动硬件动作：1)打开lan1通道+端口：portenable(lan1, 10000);2)打开4g lte 专网通道+端口：portenable(lte4gz, 9100);3)打开lan3通道+端口：portenable(lan3, 9100);4)使能交换模块进行数据转发：swgo(cfgdata);上述指令序列将对应的硬件设备进行使能，并从源数据端口中获取数据，并将源数据的数据格式转换为约定好的公共数据帧格式，送往目的端口的数据缓冲区。这样用户希望达到的“以太网lan1：10000”的视频数据被同时送往了“4g let专网和以太网lan3：9100”的数据缓冲区；同时其他通道的数据缓冲区内为空。
48.第五步：数据外发端口：4g lte专网、公网和以太网lan3端口，从各自的数据缓冲区中获取数据，并通过自己的发送通道转发出去。发送数据包时与终端建立的数据传输会话被绑定在上述目的通道的9100端口上，从而达到了转发至特定通道的特定端口的目的。
49.经过上述5步，通道数据被按照配置要求完成了转发。
50.【实施例3】数据包类型交换转发数据处理案例。
51.本案例的信号源是：仪表参数数据（以太网lan1口输入），其中的若干字节工作状态参数（以0xbd,0xbd作为起始标记帧，以0xef,0xef作为结束标记帧）单独通过北斗数据通道转发，其他运行数据通过4g lte公网转发。
52.第一步：在“规则配置和管理台”上通过界面选择需要处理数据源通道和端口：选择并输入以太网lan1通道 + 起始标记帧 + 结束标记帧作为数据源通道配置数据。
53.第二步：在“规则配置和管理台”上通过界面选择需要转发到的数据目的通道：选择“标识帧”选项，输入标识帧数据；选择北斗通道，输入on代表只做通道转发无端口转发。选择4g let公网，输入on代表只做通道转发无端口转发。
54.第三步：“规则配置和管理台”根据上述第一步和第二步的转发规则设置，生产
setslotframemapping命令接口消息：{"command":"setslotframemapping",
ꢀꢀ
"dat": {
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
"mapping":{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
"lan1":{ "framestart": 189 ,
ꢀꢀ
"frameend": 239 , "slotbd": "on"},
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
"lan1":{ "framestart": 0 ,
ꢀꢀ
"frameend": 0 , "slot4gz": "on"}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
}}注意：本例的json数据中 189 为0xdb的十进制表示，239为0xef的十进制表示。
55.第四步：“规则配置和管理台”将上述规则命令接口消息传输给“多通道数据链设备子系统”，设备子系统的“规则引擎”获取到规则配置数据，将第三步的配置数据解析出来形成设备操作指令序列，并调用内部接口函数驱动硬件动作：5)打开lan1通道：portenable(lan1, 0);6)打开4g lte 专网通道：portenable(lte4gz, 0);7)打开北斗通道：portenable(bd, 0);8)使能交换模块进行数据转发：swgo(cfgdata);上述指令序列将对应的硬件设备进行使能，并从源数据端口中获取数据，并将源数据的数据格式转换为约定好的公共数据帧格式，送往目的端口的数据缓冲区。
56.这样用户希望达到的“以太网lan1”的特定参数数据（以0xbd,0xbd作为起始标记帧，以0xef,0xef作为结束标记帧）被送往了“bd通道”的数据缓冲区，其他数据被送往了“4g lte专网”的数据缓冲区；同时其他通道的数据缓冲区内为空。
57.第五步：数据外发端口：bd通道和4g lte专网，从各自的数据缓冲区中获取数据，并通过自己的发送通道转发出去。
58.经过上述5步，通道数据被按照配置要求完成了转发。
59.【实施例4】混合配置交换转发数据处理案例。
60.如果用户有通道、端口或帧数据混合交换转发的需求，系统将根据用户的具体需求，按照上述案例所演示的方式生成数条对应的配置指令传输给设备子系统进行处理。同时，配置子系统在传输配置数据之前会检查混合配置是否有冲突，如有冲突会中断上述过程并提示用户，本混合案例在此处就不再具体陈述实施过程。
61.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，包括射频收发模块，用于收发信号并进行放大处理；数据接口模块，为不同类型的数据传输提供接口；数据交换模块，对数据流向进行交换处理；无线通信模块，为不同类型的数据提供无线传输通道；数据交换模块分别与数据接口模块、无线通信模块连接，无线通信模块还与射频收发模块连接。2.根据权利要求1所述的一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，射频收发模块包括射频天线组件和pa/rf功率放大器，其中射频天线组件由一组天线组成，为北斗、gps、4g、5g无线通信模块提供不同参数的收发信号服务。3.根据权利要求1所述的一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，数据接口模块包括数字接口子模块、总线接口子模块和以太网接口子模块，以支持数字信号接口、总线信号接口、以太网数据接口来适配这三类不同类型的输入输出数据。4.根据权利要求1所述的一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，数据交换模块包括隔离保护子模块、交换处理子模块和主控运算子模块：隔离保护子模块对外部输入输出接口电路进行隔离，保护数据交换模块的电气安全；交换处理子模块按照输入数据的接口类型、数据包类型、传输端口、目的地址类型等不同的配置对数据流向进行交换处理，达到数据指定流向和传输优先级控制的目的；主控运算子模块具有运算、控制功能，为整个设备的板上软件提供运行环境，并按照软件的指令控制其他模块的操作行为。5.根据权利要求1所述的一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，无线通信模块包括包括北斗/gps模块、4g/5g专网模块和4g/5g公网模块，同一组数据可以在单一无线通信模块中传输，也可以同时在多个无线通信模块中进行传输。6.根据权利要求1所述的一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，还包括规则配置和管理台，用于将数据交换规则下发到数据交换模块。7.根据权利要求1所述的一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，还包括电源模块，电源模块内含滤波、整流、变压电路，为所有其他模块提供emi滤波和各自需要的不同参数的电源供电。8.根据权利要求1所述的一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，数据交换模块根据收到的规则配置，将不同数据接口通道输入的数据进行分拣，解码再编码为合适的数据格式，并按照规则配置将再编码后的数据转发到规则要求的目的数据通道中去。9.根据权利要求6所述的一种多通道数据链路通信系统，其特征在于，规则配置和管理台模块包括人机界面子模块、数据接口规则管理子模块、数据包类型规则管理子模块、数据端口规则管理子模块、目的地址规则管理子模块、规则生成器子模块和设备命令接口子模块。

技术总结

本发明公开了一种多通道数据链路通信系统，包括射频收发模块，用于收发信号并进行放大处理；数据接口模块，为不同类型的数据传输提供接口；数据交换模块，对数据流向进行交换处理；无线通信模块，为不同类型的数据提供无线传输通道；数据交换模块分别与数据接口模块、无线通信模块连接，无线通信模块还与射频收发模块连接。通过配置多种不同体制的通信模块，配合数据交换模块，有效弥补上述现有工业数据链通信设备的缺点，本发明可以按通道、端口和数据类型进行分类传输数据，可以在一个或多个通道中同时传输数据，满足了工业场景中的多样化传输要求。多样化传输要求。多样化传输要求。