人工影響天氣作業指揮系統通信協議設計

張 清 何金偉 楊炳華

摘 要:準確、迅速的數據傳輸是人工影響天氣作業指揮系統的重要保證,要求精簡高效的通信協議支持。根據《XR-08型人工影響天氣作業指揮通信終端》的電路結構和流程分析,結合GSM/GPRS與Internet網絡資源特點,自定義終端注冊流程、數據幀結構和指令編碼方法,設計了一種適應GSM/GPRS遠程數據傳輸的應用層通信協議,并給出協議編碼規范、幀結構和實現框架,創新地將GSM/GPRS和Internet網絡同時引入到人工影響天氣作業指揮服務中。

關鍵詞:通信協議;TCP/IP;GPRS;人工影響天氣

中圖分類號:TP319

人工影響天氣作業指揮系統是支撐人工影響天氣業務的技術保障系統,用科學指揮是現代人工增雨、防雹作業的必然要求。在實施人工影響天氣作業過程中,準確、迅速的信息傳輸是提高作業的科學性、準確性和時效性的基本保證。利用遠程數據傳輸,以遠程通信管理指揮中心計算機和各作業點通信終端,來實現指揮中心和各作業點之間指令和資料的上傳下達,作業現場安全監控。在遠程數據傳輸中,需要精簡高效的通信協議支持。以下結合人工影響天氣作業指揮系統的通信構架,系統闡述其遠程通信協議設計。

1 系統通信要求

1.1 系統通信構架

人工影響天氣作業指揮系統采用基于GSM/GPRS網絡的數據傳輸模式,指揮中心通過Internet,采用TCP/IP協議連接到GPRS網絡,通過GPRS對各作業點進行指令和資料的下達,各作業點通信終端采用嵌入式ARM系統設計,利用GPRS上傳作業數據、位置信息、現場圖像。

區域中心服務器在指揮中心和作業點之間起橋梁作用,區域中心服務器具有固定IP,指揮中心能夠訪問公網,其結構如圖1所示。

1.2 協議結構

移動通信網絡傳輸層協議包括TDMA900/1 800 MHz數字公用陸地蜂窩移動通信網相關通信標準和協議,支持短消息分組數據協議和互聯網IP協議。應用層協議標識包括應用系統的設備編號、業務數據類型、數據內容等。SMPP為短消息點對點協議,TCP/UDP采用TCP/UDP協議,PPP協議為點對點協議,XR[CD*2]08 應用層協議定義了在應用層數據傳輸的規程,如圖2所示。

2 通信協議設計與實現

應用層協議定義和規范了通信終端與指揮中心、通信終端與服務器、指揮中心與服務器的通信協議,其中包含了終端注冊、指令、資料和圖像傳輸。協議的實現在終端上用C語言編程,基于嵌入式Linux操作系統,指揮中心與服務器程序采用Delphi語言。

2.1 終端注冊

2.1.1 終端注冊流程

指揮中心向區域中心服務器注冊:由指揮中心指揮臺(以下簡稱指揮臺)通過Internet將其ID端口號和所屬的各作業點的ID號傳送到區域中心服務器,區域中心服務器記錄到數據庫。

通信終端向區域中心服務器注冊:XR[CD*2]08通信終端登陸GPRS網絡后,向區域中心服務器的固定IP地址發送注冊信息,區域中心服務器通過通信終端注冊的ID號在數據庫中查找其所屬指揮臺的ID號;然后通過找到的ID號在數據庫查找指揮臺的IP地址和端口號,發送給XR[CD*2]08通信終端,這樣終端就得到了指揮臺的IP地址和端口號并記錄下來。

通信終端向指揮臺注冊:XR[CD*2]08通信終端通過指揮臺的IP地址和端口號向指揮臺發送注冊信息,建立連接。

通過以上三個步驟,系統完成注冊過程。

2.1.2 終端注冊數據幀結構

終端注冊過程的信息交換采用數據幀進行傳輸,其幀結構定義如下。

標志頭[HJ0]數據源け曛局±嘈酮け曛臼據[HJ0][HJ][HT5SS]

標志頭:用于注冊過程數據幀的鑒別;

內容:“WXRY”;

字長:4 B。

數據源標志:用于區分通信終端與指揮中心;

內容: “1” :通信終端“2”:指揮中心;

字長:1 B。

幀類型:用于區分該幀信息是主動發送還是響應幀,不論指揮中心還是通信終端。

內容: “1”:主動信息“2”:響應信息;

字長:1 B;

數據:具體數據內容,字長可變。

2.2 指令傳輸

2.2.1 幀結構

通信終端與指揮中心之間信息交換采用數據幀進行傳輸,其幀結構定義如下。[HJ1][HJ]

[HT6K]

標志頭[HJ0]單/多幀け曛局鞫/回復け曛維IMID(可選)指令編碼參數[HJ0][HJ][HT5SS]

標志頭:用于指揮中心與通信終端之間的鑒別;

內容:“BXR”;

字長:3 B。

單/多幀標志:用于區分該數據是單幀數據還是多幀數據;

內容: “1” 為單幀,“2”為多幀;

字長:1 B。

主動/響應標志:用于區分該幀信息是主動發送還是響應幀,不論指揮中心還是XR[CD*2]08通信終端;

內容: “1”為主動信息,“2”為響應信息;

字長:1 B。

SIMID:指揮中心根據它來識別是哪個通信終端發出的信息,若指揮中心向通信終端發送,則不填此項,因為指揮中心根據與通信終端建立連接后儲存了通信終端的IP地址和端口號,通過其就能找到通信終端。[HJ*2/3][HJ]

內容: SIM卡識別碼;[HJ*2/3][HJ]

字長: 20 B;[HJ*2/3][HJ]

指令編碼:[HJ*2/3][HJ]

內容: “A”[CD*2]“Z”,

字長: 1 B。

參數:根據需要可選。

[BT4+*4]2.2.2 指令編碼方法

指令編碼定義了主動發送幀和響應幀的具體幀格式如表1所示。[LM]

2.3 資料和圖像的傳輸

由于資料和圖像數據量一般比較大,得分多幀傳送。幀格式同指令傳送,含起始幀、數據幀、結束幀。

2.3.1 起始幀傳送格式和數據結構

起始幀傳送格式如表2所示。

單/多幀け曛局鞫/回復け曛局噶瞠け嗦氬問

發送方“2”“1”“S”起始幀數據結構

接收方“2”“2”“S”無[HJ0][HJ][HT5SS]

起始幀數據結構:

[JY]//數據類型(雷達回波、現場圖象、地圖、軟件),雷達回波=1

BYTE infoStruct;256];[JY]//數據說明信息

} StartFrame;

//發送方發送后等待接收方響應;接收方收到后根據StartFrame.Size申請數據存放緩沖區,保存開始幀;根據幀數建接收表,初始化為‘0;發送響應幀

[BT4]2.3.2 數據幀傳送格式和數據結構

數據幀傳送格式見表3。

[HT6H][STHZ][JZ]表3 數據幀傳送格式[STBZ][HT6K]

[HJ0]單/多幀け曛局鞫/回復け曛局噶瞠け嗦氬問

發送方“2”“1”“S”數據幀數據結構[HJ0][HJ][HT5SS]

數據幀數據結構:

//接收方收到后根據DataFrame.FrameNo將Data;StartFrame.FrameSize-1]送入緩沖區,

//將接收表相應位置置為‘1

//為了保證傳輸速率,接收方不需回復。

2.3.3 結束幀傳送格式

發送方根據接收方發送的接收表,確定對方是否收到所有的數據,若有丟包情況,則重新傳丟失幀,傳送格式見表4。

[HJ0]單/多幀け曛局鞫/回復け曛局噶瞠け嗦氬問

發送方“2”“1”“E”StartFrame.ID

接收方“2”“2”“E”StartFrame.ID,接收表