減少調度自動化設備通訊串口丟包率的措施

黃振柱（國網山東省電力公司茌平縣供電公司，山東聊城，252100）

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減少調度自動化設備通訊串口丟包率的措施

黃振柱
（國網山東省電力公司茌平縣供電公司，山東聊城，252100）

摘要：丟包率是指在使用系統檢測過程中對數據進行訪問時，數據包因為各種物理原因或者軟件原因導致的信道丟失現象。在自動化通訊設備出現串口丟包的情況下，會導致設備通信不通暢，信號遺失等不良后果。本文從軟硬件方面對通訊串口的丟包問題進行分析，并提出防范措施。

關鍵詞：串口丟包；數據位；通訊網關

0　引言

在自動化通訊設備中，存在著通訊網關、 通信接口及通信協議等一些技術設備與協議。在電力系統的自動化設備的安裝及維護過程中，常常會出現通信協議與標準協議不相符，后臺終端系統與通信端口不一致等情況，這種情況進一步導致自動化通訊設備在通信串口出現丟包現象，因此有必要對設備串口丟包率加以解決以便實現自動化設備通訊正常。

1　通訊網關的概念

通訊網關主要指的是在通訊設備中實現端口與端口的數據對接，其主要功能是可以對上行與下行的通訊設備進行管理；將通訊數據轉換成設備可以辨識的數據格式，以便于數據端口轉發；對設備端口及人機界面（顯示設備的參數，便于數據查看和設備的調試）進行配置等等。

其中通訊端口的配置管理主要指的是，對設備的端口類型及端口的數據合約進行管理。一般而言端口的上下行協議選擇，是基于系統軟硬件標準來決定。端口的類型多樣，可以是以太網，或USB接口等。端口上下行選擇，其目的在于對端口數據通道進行選取，比如某端口是設備的數據下行，則需要選擇相應的通訊規約。在轉發設備端口后臺數據過程中，不同的通訊參數對于數據的轉化類型也有所要求。比如串行端口的數據參數，數據位，數據校正方法及IP地址等參數的配置，對于通訊規約處理均有影響。其中，數據規約類型與通訊設備的上行和下行選擇有一定聯系，具體的選擇依據要根據現場的實際要求來判斷。通訊規約的轉換過程是通訊能否成功的重要組成部分，在通訊網關接收到數據信號之后，設備的數據緩存區會對端口配置進行協議類型的分類，以便完成協議解釋過程。在將通信規約發送到設備轉換接口的過程中，可以將數據編排形式以數據幀的方式進行。一旦完成了數據幀的緩沖之后，重新編排的數據將在緩存區內等待發送給通訊接收設備。通訊數據的端口轉發過程主要是對接收和待發送的數據進行格式轉換，然后對其轉發。是否轉發給下一個端口的主要根據是接收端口是在上行還是在下行。在數據轉換結束后，待發送數據將被存儲在緩沖區等待發送到正確的端口。設備配置過程在于對設備端口的參數，型號及屬性進行查看和更改，完成設備系統的功能升級。

2　串口丟包現象產生的原因

串口服務器在設備通訊過程中會發生丟包現象，一般為硬件原因，多為通訊網絡不夠通暢，串口的節點沒有連接正確，節點的數據連接不良好等。另外對于通訊串口參數也要保證正確規范，比如波特率、數據位、校驗位等。波特率是指對于信號的模擬速率，以便衡量波形的震蕩頻次。如果對傳輸數據信號不加以壓縮，那么傳播信號的通訊位數就是波特率；如果開始對傳輸信號進行了壓縮，那么波特率將大于傳輸的數據位。在平常的數據傳輸通道過程中，攜帶的信息單元及調制速率也可以代指波特率。數據位是指在設備傳輸數據時，通訊設備每發送一組數據將會對相應的數據加以控制。不同通訊環境下，一般數據位將在數據集結束的情況下，對數據數量加以修改。平常使用的通訊網絡，可以通過三種方式對數據位獲取。第一種方式是根據外部的輔助數據及數據模擬過程來加以控制，第二種方式是利用導航周期性來實現數據剝離，第三種方式是對解調結果進行剝離。校正位指的是在通訊設備中計算位，如果在實際結果中不等于校正位則說明結果錯誤。

在通訊網關協議模式下，可以定義一種支持規約數據的模板形式，對于支持模型的主要控制要素包含了數據結構與數據樣式的定義，數據幀格式調節及數據內容數據封裝規定，在封裝協議下動態庫規定名稱要與合約處理規定一致。對于規約數據轉換與處理過程，模塊的端口讀取與設備協議控制是相互一致的，協議模型支持和協議動態內容支持庫在調用處理方式過程。由于不同規約都定義了相同處理接口與數據模式，因此對于規約加載與代碼實現要重復使用。規約轉換形式下，每次運行不需要全部加載，只需要對設備進行設置以便其完成協議規定內容。在設備重新啟動或者設備配置加以變更時，規約動態加載將會更加明顯。一旦出現了新的動態加載環節，即可以實行設備的規約處理。物理層面丟包率決定于對理想信道的假設，在信道傳輸過程中錯誤的信道吞吐量對于數據的傳播雖然沒有很大影響，但是在信道特性和物理層相關應用角度上來講，通訊設備信道特性與相關技術是處于特定誤碼率條件下。考慮到通訊設備丟包率會影響信號失真，因此在丟包性能上對調制方式改變顯得尤為重要。

3　軟硬件系統設計

公司自動化設備網關的主要組成單元是利用華為公司的基于ARM9內核的64位集成精簡指令，對微機芯片加以處理以實現節點的數據采集過程，同時可以進一步對數據轉發和編譯。核心板塊的內核工藝采用電氣性能良好和抗干擾的基板元件。公網模塊的構成是由內置網卡及設備的功能集合元件構成。在下行模式下的數據接入管理過程中，數據接入服務均采用下行最高的數據傳輸速率。設計板塊的連接在硬件規模上可實現USB連線規則。外部總線擴充的內環裝置設備與數據處理模式的操作系統，有助于實驗目標的完成。數據接口的設備移植層中對于系統的API接口和框架移植障礙問題，可以實現端口的配置處理，以便完成端口的通訊參數的設定。在規約端口的配置主要進行的是上下行的轉發配置與規約配置，規約數據庫中的包含的規約插件可在軟件接口過程進行構建。協議加載工程中實現動態模塊轉換，并通知管理員對設備進行登記檢查，以便日后對待轉發的數據進行接收和轉換。

數據的軟件設計模式與具體功能主要依據指令程序加以設計，在模塊網絡上首先根據網站腳本對網絡進行數據連接，并在此基礎上應用程序指令建立串口的數據接入端口。協調器的端口代理服務器中接入點的數據報文需要經過解析處理，以便發送給網絡上位機進行解析。具體的應用程序流程是在網絡系統的內核啟動時對初始化的應用程序加以數據處理，以便建立起拓撲網絡結構連接，建立的網絡連接橋在監聽串口數據源的過程中，可以接收子網數據并對監聽到的串口數據源加以修改。經過修改處理的數據轉發給數據網絡模塊，最后轉發給網絡上位機。在網絡的設備配置運行過程中，運行產生的數據腳本在模塊中起著重要的作用。

對于自動通信設備的無線接入模塊，主要起的是解調器的作用以實現和外網的通信，本文采用的是450MHz頻道通信模塊。在通信模塊建立過程中，采用的是對芯片的轉換射頻模式。主控制器和射頻電路處于模塊電路面板上，以便后續的維護檢修。在調制解調器的控制端口，帶有高性能的無線通信設備芯片，主要控制的是對芯片的連接。整個設備模板連接在通訊網關上，獨立于其它通信數據采集節點。常見的數據端口是獨立于通訊網關的，因此需要考慮網關周圍的其他未工作節點，以便對其進行二次開發。其中采用WSN主要是由傳感器節點的組織形式構成，目的在于對有線網絡的協作方式加以感知。在協作過程中，采集處理的網絡覆蓋面需要對地理區域加以辨析，并且發布給網關接口管理者，以提升數據的處理尺度。在數據收發過程借助電池單元和數據采集節點，實現節點的內置傳感器的連通，其具有監測電壓和電流參數的功能。

4　結論

本文從通訊設備的軟件和硬件方面入手，結合無線傳感技術及端口模板設計操作系統，提出了減少自動化設備的丟包率的一些措施，如檢修網絡故障，判斷路由錯誤，計算機IP地址的變更和防止網絡阻礙等原因，在此基礎上提出通信設備模板的設立，以便降低自動通訊工具串口的丟包率，實現網絡通訊的流暢性。

參考文獻

賀政，趙小龍.基于Linux系統的4G-WSN無線網關的設計[J].科技視界，2015，12：5-6.

Measures to reduce the packet loss rate of communication serial port of dispatching automation equipment

Huang Zhenzhu
（Shandong power supply company，Chiping power supply company，Liaocheng Shandong，252100，China）

Abstract：Packet loss rate refers to the channel loss caused by various physical or software in the process of using the system to access the data.In the case of serial packet loss in the automated communications equipment，will lead to the equipment communication is not smooth，signal loss and other adverse consequences.In this paper，the packet loss of communication serial port is analyzed from the aspects of software and hardware， and the preventive measures are put forward.

Keywords：Serial packet loss;data bit;communication gateway