人工影响天气作业指挥系统通信协议设计

摘 要:准确、迅速的数据传输是人工影响天气作业指挥系统的重要保证,要求精简高效的通信协议支持。根据《XR-08型人工影响天气作业指挥通信终端》的电路结构和流程分析,结合GSM/GPRS与Internet网络资源特点,自定义终端注册流程、数据帧结构和指令编码方法,设计了一种适应GSM/GPRS远程数据传输的应用层通信协议,并给出协议编码规范、帧结构和实现框架,创新地将GSM/GPRS和Internet网络同时引入到人工影响天气作业指挥服务中。

关键词:通信协议;TCP/IP;GPRS;人工影响天气

中图分类号:TP319

人工影响天气作业指挥系统是支撑人工影响天气业务的技术保障系统,用科学指挥是现代人工增雨、防雹作业的必然要求。在实施人工影响天气作业过程中,准确、迅速的信息传输是提高作业的科学性、准确性和时效性的基本保证。利用远程数据传输,以远程通信管理指挥中心计算机和各作业点通信终端,来实现指挥中心和各作业点之间指令和资料的上传下达,作业现场安全监控。在远程数据传输中,需要精简高效的通信协议支持。以下结合人工影响天气作业指挥系统的通信构架,系统阐述其远程通信协议设计。

1 系统通信要求

1.1 系统通信构架

人工影响天气作业指挥系统采用基于GSM/GPRS网络的数据传输模式,指挥中心通过Internet,采用TCP/IP协议连接到GPRS网络,通过GPRS对各作业点进行指令和资料的下达,各作业点通信终端采用嵌入式ARM系统设计,利用GPRS上传作业数据、位置信息、现场图像。

区域中心服务器在指挥中心和作业点之间起桥梁作用,区域中心服务器具有固定IP,指挥中心能够访问公网,其结构如图1所示。

1.2 协议结构

移动通信网络传输层协议包括TDMA900/1 800 MHz数字公用陆地蜂窝移动通信网相关通信标准和协议,支持短消息分组数据协议和互联网IP协议。应用层协议标识包括应用系统的设备编号、业务数据类型、数据内容等。SMPP为短消息点对点协议,TCP/UDP采用TCP/UDP协议,PPP协议为点对点协议,XR[CD*2]08 应用层协议定义了在应用层数据传输的规程,如图2所示。

2 通信协议设计与实现

应用层协议定义和规范了通信终端与指挥中心、通信终端与服务器、指挥中心与服务器的通信协议,其中包含了终端注册、指令、资料和图像传输。协议的实现在终端上用C语言编程,基于嵌入式Linux操作系统,指挥中心与服务器程序采用Delphi语言。

2.1 终端注册

2.1.1 终端注册流程

指挥中心向区域中心服务器注册:由指挥中心指挥台(以下简称指挥台)通过Internet将其ID端口号和所属的各作业点的ID号传送到区域中心服务器,区域中心服务器记录到数据库。

通信终端向区域中心服务器注册:XR[CD*2]08通信终端登陆GPRS网络后,向区域中心服务器的固定IP地址发送注册信息,区域中心服务器通过通信终端注册的ID号在数据库中查找其所属指挥台的ID号;然后通过找到的ID号在数据库查找指挥台的IP地址和端口号,发送给XR[CD*2]08通信终端,这样终端就得到了指挥台的IP地址和端口号并记录下来。

通信终端向指挥台注册:XR[CD*2]08通信终端通过指挥台的IP地址和端口号向指挥台发送注册信息,建立连接。

通过以上三个步骤,系统完成注册过程。

2.1.2 终端注册数据帧结构

终端注册过程的信息交换采用数据帧进行传输,其帧结构定义如下。

标志头[HJ0]数据源け曛局±嘈酮け曛臼据[HJ0][HJ][HT5SS]

标志头:用于注册过程数据帧的鉴别;

内容:“WXRY”;

字长:4 B。

数据源标志:用于区分通信终端与指挥中心;

内容: “1” :通信终端“2”:指挥中心;

字长:1 B。

帧类型:用于区分该帧信息是主动发送还是响应帧,不论指挥中心还是通信终端。

内容: “1”:主动信息“2”:响应信息;

字长:1 B;

数据:具体数据内容,字长可变。

2.2 指令传输

2.2.1 帧结构

通信终端与指挥中心之间信息交换采用数据帧进行传输,其帧结构定义如下。[HJ1][HJ]

[HT6K]

标志头[HJ0]单/多帧け曛局鞫/回复け曛SIMID(可选)指令编码参数[HJ0][HJ][HT5SS]

标志头:用于指挥中心与通信终端之间的鉴别;

内容:“BXR”;

字长:3 B。

单/多帧标志:用于区分该数据是单帧数据还是多帧数据;

内容: “1” 为单帧,“2”为多帧;

字长:1 B。

主动/响应标志:用于区分该帧信息是主动发送还是响应帧,不论指挥中心还是XR[CD*2]08通信终端;

内容: “1”为主动信息,“2”为响应信息;

字长:1 B。

SIMID:指挥中心根据它来识别是哪个通信终端发出的信息,若指挥中心向通信终端发送,则不填此项,因为指挥中心根据与通信终端建立连接后储存了通信终端的IP地址和端口号,通过其就能找到通信终端。[HJ*2/3][HJ]

内容: SIM卡识别码;[HJ*2/3][HJ]

字长: 20 B;[HJ*2/3][HJ]

指令编码:[HJ*2/3][HJ]

内容: “A”[CD*2]“Z”,

字长: 1 B。

参数:根据需要可选。

[BT4+*4]2.2.2 指令编码方法

指令编码定义了主动发送帧和响应帧的具体帧格式如表1所示。[LM]

2.3 资料和图像的传输

由于资料和图像数据量一般比较大,得分多帧传送。帧格式同指令传送,含起始帧、数据帧、结束帧。

2.3.1 起始帧传送格式和数据结构

起始帧传送格式如表2所示。

单/多帧け曛局鞫/回复け曛局噶瞠け嗦氩问

发送方“2”“1”“S”起始帧数据结构

接收方“2”“2”“S”无[HJ0][HJ][HT5SS]

起始帧数据结构:

[JY]//数据类型(雷达回波、现场图象、地图、软件),雷达回波=1

BYTE infoStruct;256];[JY]//数据说明信息

} StartFrame;

//发送方发送后等待接收方响应;接收方收到后根据StartFrame.Size申请数据存放缓冲区,保存开始帧;根据帧数建接收表,初始化为‘0’;发送响应帧

[BT4]2.3.2 数据帧传送格式和数据结构

数据帧传送格式见表3。

[HT6H][STHZ][JZ]表3 数据帧传送格式[STBZ][HT6K]

[HJ0]单/多帧け曛局鞫/回复け曛局噶瞠け嗦氩问

发送方“2”“1”“S”数据帧数据结构[HJ0][HJ][HT5SS]

数据帧数据结构:

//接收方收到后根据DataFrame.FrameNo将Data;StartFrame.FrameSize-1]送入缓冲区,

//将接收表相应位置置为‘1’

//为了保证传输速率,接收方不需回复。

2.3.3 结束帧传送格式

发送方根据接收方发送的接收表,确定对方是否收到所有的数据,若有丢包情况,则重新传丢失帧,传送格式见表4。

[HJ0]单/多帧け曛局鞫/回复け曛局噶瞠け嗦氩问

发送方“2”“1”“E”StartFrame.ID

接收方“2”“2”“E”StartFrame.ID,接收表