基于无线数据传输终端的无固定公网IP的数据传输方法

摘要

本发明公开了一种基于无线数据传输终端的无固定公网IP的数据传输方法，通过在网络上申请一个网络云平台数据服务器，使在进行数据传输时，只需要设置好对方的ID号而无需知道IP地址，适用于无固定公网的情况，本发明采用一个监测装置连接一个无线数据传输终端，对主站通信机及与每个监测装置相连的无线数据传输终端设置唯一的ID号，实现了一点对一点和一点对多点的数据传输。本发明不仅实现了在无公网IP地址下监测装置和中心站系统之间的数据传输，并且由于租用网络云平台服务器的成本很低，从而可以大大降低SCADA系统的建设成本和运营成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于无线数据传输终端的无固定公网IP的数据传输方法，属于SCADA系统监测技术领域。

背景技术

当数据采集与监视控制系统（SCADA）的监测装置安装在野外并且和主站通信机距离较远时，要实现监测装置和主站通信机的直接数据传输，通常有数传电台、GSM短信、GPRS、卫星短信等通信方式。

数传电台受传输距离的限制，天线类型、天线高度和环境对距离的影响很大，在无遮挡的情况下传输距离一般不超过30km。GSM短信按数据条数计费，每条数据最大支持140个字节，并且数据延时很大，一般只应用在数据量很少、数据可靠性要求比较低的系统中。卫星短信费用比较高，每条数据不超过280个字节，目前只有在无移动网络的地区才会使用，或者在移动网络信号较弱的地区作为系统中的一个备用信道。随着移动网络的不断发展，GPRS等无线传输由于具有充分利用现有的网络、资源利用率高、可以保持始终在线、通信距离不限制、传输速率高、资费合理等特点，在SCADA系统中得到了很好的推广。

当监测装置无线终端连入网络时会动态获取到一个IP地址，此时监测装置需要知道主站通信机的IP地址才能进行通信。

目前比较常用的两种解决方法如下：

1）用户在主站申请一条互联网专线，办理互联网专线会提供1个或多个固定IP，监测装置无线终端设置好主站通信机的IP地址及对应的端口号，连入网络后与主站进行网络通信。

2）监测装置SIM卡开通固定内网IP地址业务，每次无线终端连入网络时获取的IP地址都是固定的，监测装置及主站通信机预先存储有对方的IP地址，监测装置即可主动发送数据到主站通信机，或者主站通过轮询方式获取监测装置的数据。

一般的用户没有开通互联网专线业务，互联网专线比普通网络资费高很多，尤其是在一些固定IP地址资源较为紧张的地区，使用专线的SCADA系统的建设成本及运营成本相对不使用专线的系统高很多。

在大多数情况下，使用绑定固定IP地址的SIM卡也不具备实用性。普通用户只可以在营业厅办理开通普通业务的SIM卡，这种SIM卡每次连入互联网后获取的IP地址是不固定的。只有企业用户才可以申请绑定固定IP地址SIM卡的业务，获取的IP地址为固定移动内网，与主站IP在同一局域网内，但是使用绑定固定IP地址的SIM卡比普通SIM卡费用更高。

发明内容

本发明提出了一种基于无线数据传输终端的无固定公网IP条件下数据传输的方法，可以实现一点对一点和一点对多点的数据传输，以相对较低的成本解决了野外SCADA系统的主站通信机无固定公网IP时监测装置和主站通信机之间的数据传输问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

 基于无线数据传输终端的无固定公网IP的数据传输方法，包括以下步骤：

1）在网络上申请一个网络云平台数据服务器，它的IP地址为公网IP并且一直保持不变；

2）在网络云平台数据服务器上运行数据转发服务程序，所述数据转发服务程序用于管理监测装置无线数据传输终端及主站的TCP/IP连接信息和进行监测装置与主站的数据转发；

3）对每一个监测装置连接一个无线数据传输终端；所述无线数据传输终端用于将监测装置的报文数据根据ID号进行打包，并通过设置好的IP信息将报文数据转发给网络云平台数据服务器，网络云平台数据服务器将报文数据转发到对应的主站通信机或者主站通信机的无线数据传输终端上，无线数据传输终端进行报文数据解包再转发给对应的主站通信机；

4）对一个SCADA系统建立一个主站通信机；

5）对主站通信机及与每个监测装置相连的无线数据传输终端设置一个ID号，ID号不可重复使用；

6）当一点对一点进行数据传输时，在监测装置无线数据传输终端上设置网络云平台数据服务器IP信息及一个主站通信机的ID号，在主站通信机上运行SCADA系统数据采集程序，SCADA系统数据采集程序需要配置各监测装置无线终端ID号；

7）监测装置无线数据传输终端及主站通信机每次连上网络后立即发送注册报文到网络云平台数据服务器进行ID注册，当注册成功后，监测装置无线数据传输终端及主站通信机循环发送心跳报文保持与网络云平台数据服务器的连接，网络云平台数据服务器保存监测装置无线数据传输终端及主站通信机最新的TCP/IP连接信息；

8）当监测装置通过无线数据传输终端向主站通信机上报数据时，与监测装置相连的无线数据传输终端将数据进行打包并发送到网络云平台数据服务器，网络云平台数据服务器解析打包好的数据并通过数据转发服务程序将数据转发到对应的主站通信机；

9）主站通信机收到网络云平台数据服务器转发的数据，解析成功则返回响应报文至网络云平台数据服务器，由网络云平台数据服务器的数据转发服务程序进行转发至对应的监测装置无线数据传输终端，无线数据传输终端再发送至监测装置，当监测装置收到响应报文后即表示此次数据上报成功；

10）当主站通信机主动对监测装置进行数据招测或参数设置时，发送命令至网络云平台数据服务器，网络云平台数据服务器根据监测装置的无线数据传输终端ID找到对应的TCP/IP信息，进行命令转发；

11）监测装置的无线数据传输终端收到网络云平台数据服务器转发的数据招测或参数设置命令后进行解包去掉ID信息再转发给监测装置，监测装置执行相应的操作并返回命令响应报文，通过无线数据传输终端发送至网络云平台数据服务器，由网络云平台数据服务器的数据转发服务程序进行转发至主站通信机，主站通信机收到返回的命令响应报文并解析成功后表示此次命令发送成功。

前述的步骤4）中，如果主站通信机现场没有网络通信条件，则将一个无线数据传输终端直接连接到主站通信机上使用。

前述的步骤3）和步骤4）中的无线数据传输终端采用GPRS/CDMA/EVDO/WCDMA/3G/4G。

前述的步骤3）中监测装置与无线数据传输终端之间，所述步骤4）中主站通信机与无线数据传输终端之间通过RS232或RS485有线方式连接。

前述的步骤5）中，使用监测装置SIM卡号来设置监测装置无线数据传输终端的ID号，保证ID号的唯一性。

前述的当进行一点对多点数据传输时，只需要在监测装置的无线数据传输终端中设置多个主站通信机的ID号即可。

本发明的优点为：

本发明不仅实现了在无公网IP地址下监测装置和主站通信机之间的数据传输，并且由于租用网络云平台服务器的成本很低，从而可以大大降低SCADA系统的建设成本和运营成本。

附图说明

图1为SCADA系统数据上报流程图；

图2为SCADA系统数据招测及设置流程图。

具体实施方式

传统的野外SCADA系统都是监测装置与主站通信机直接通信。当监测装置与主站通信机之间需要进行大数据量传输时，传统的传输手段如超短波、短消息、卫星等通常不能满足要求。GPRS或其它类似通用分组业务的信道由于传输费用低、信道容量大一般成为首选，但这类信道需要系统的主站具备互联网专线和固定IP地址，而开通互联网专线和固定IP地址服务会大大增加SCADA系统的建设成本和运营成本。

本发明提供的基于无线数据传输终端的无固定公网IP的数据传输方法，包括以下步骤：

1）在网络上申请一个网络云平台数据服务器，网络云平台数据服务器可以根据需求选择不同的配置，它的IP地址为公网IP并且一直保持不变；

2）在网络云平台数据服务器上运行数据转发服务程序，数据转发服务程序的作用是管理监测装置无线数据传输终端及主站的TCP/IP连接信息和进行监测装置与主站的数据转发；

3）对每一个监测装置连接一个无线数据传输终端，可以通过RS232或RS485等有线方式连接，无线数据传输终端采用GPRS/CDMA/EVDO/WCDMA/3G/4G等；无线数据传输终端的作用是将监测装置的报文数据根据ID号进行打包，并通过设置好的IP信息将报文数据转发给网络云平台数据服务器，网络云平台数据服务器将报文数据转发到对应的主站通信机或者主站通信机的无线数据传输终端上，无线数据传输终端进行报文数据解包再转发给对应的主站通信机；

4）对一个SCADA系统建立一个主站通信机，主站通信机可以安装在具备网络通信条件的地方，若现场没有网络通信条件，则可以将一个无线数据传输终端通过RS232或RS485等直接连接到主站通信机上使用；这里的无线数据传输终端的作用是将主站通信机的报文数据根据ID号进行打包，并通过设置好的IP信息将报文数据转发给网络云平台数据服务器，网络云平台数据服务器将报文数据转发到对应的监测装置的无线数据传输终端上，无线数据传输终端进行报文数据解包再转发给监测装置；

5）对主站通信机及与每个监测装置相连的无线数据传输终端设置一个ID号，ID号不可重复使用，一般可设置使用监测装置SIM卡号来保证ID号的唯一性；

6）当一点对一点进行数据传输时，如图1所示，在监测装置无线数据传输终端上设置网络云平台数据服务器IP信息及一个主站通信机的ID号，在主站通信机上运行SCADA系统数据采集程序，SCADA系统数据采集程序需要配置各监测装置无线终端ID号；

7）监测装置无线数据传输终端及主站通信机每次连上网络后立即发送注册报文到网络云平台数据服务器进行ID注册，当注册成功后，监测装置无线数据传输终端及主站通信机循环发送心跳报文保持与网络云平台数据服务器的连接，网络云平台数据服务器保存监测装置无线数据传输终端及主站通信机最新的TCP/IP连接信息；

8）当监测装置（A）通过无线数据传输终端向主站通信机（B）上报数据时，与监测装置相连的无线数据传输终端将数据进行打包并发送到网络云平台数据服务器，网络云平台数据服务器解析打包好的数据并通过数据转发服务程序将数据转发到对应的主站通信机（B）；

9）主站通信机(B)收到网络云平台数据服务器转发的数据，解析成功则返回响应报文至网络云平台数据服务器，由网络云平台数据服务器的数据转发服务程序进行转发至对应监测装置（A）的无线数据传输终端，无线数据传输终端再发送至监测装置（A），当监测装置 (A)收到响应报文后即表示此次数据上报成功；

10）如图2所示，当主站通信机(B)主动对监测装置（A）进行数据招测或参数设置时，发送命令至网络云平台数据服务器，网络云平台数据服务器根据监测装置 (A)的无线数据传输终端ID找到对应的TCP/IP信息，进行命令转发；

11）监测装置(A)的无线数据传输终端收到网络云平台数据服务器转发的数据招测或参数设置命令后进行解包去掉ID信息再转发给监测装置(A)，监测装置(A)执行相应的操作并返回命令响应报文，通过无线数据传输终端发送至网络云平台数据服务器，由网络云平台数据服务器的数据转发服务程序进行转发至主站通信机(B)，主站通信机(B)收到返回的命令响应报文并解析成功后表示此次命令发送成功。

当一点对多点传输时只需要在监测装置的无线数据传输终端中设置多个主站通信机的ID号即可，SCADA系统数据流程与一点对一点传输相同。

如果主站通信机安装在没有网络通信条件的现场，与一个无线数据传输终端相连，则对主站通信机相连的无线数据传输终端设置唯一的ID号，主站通信机通过该无线数据传输终端到网络云平台数据服务器进行ID注册，并循环发送心跳报文保持与网络云平台数据服务器的连接，网络云平台数据服务器保存监测装置无线数据传输终端及该主站通信机的无线数据传输终端最新的TCP/IP连接信息。当监测装置向主站通信机上报数据时，网络云平台数据服务器将数据转发到与主站通信机相连的无线数据传输终端，再由无线数据传输终端传输至主站通信机；当主站通信机进行数据招测或参数设置时，通过无线数据传输终端发送命令至网络云平台数据服务器。

相关技术术语的名词解释

一点对一点传输：监测装置只与一个主站进行数据传输。

一点对多点传输：监测装置同时与多个主站进行数据传输。