一种应用于水利领域的多信道轮询数据传输系统及方法与流程

本发明涉及数据传输，具体为一种应用于水利领域的多信道轮询数据传输系统及方法。

背景技术：

1、在水利领域，数据的实时监测和传输对于水资源管理、洪水预警和干旱监测等至关重要。传统的水利监测系统通常依赖单一的无线通信技术，如2g/3g网络，进行数据的收集和传输。这些系统在覆盖范围、传输速率和可靠性方面存在局限性。随着技术的发展和需求的增加，现有的通信方式已难以满足水利行业对数据传输准时性、准确性的高要求，特别是在极端天气条件下，如洪水或风暴，通信的稳定性和可靠性面临严峻挑战。

2、现有水利监测系统中，通信信道的单一性是一个显著的问题。当通信铁塔被自然灾害破坏或无线通信发生故障时，监测设备的数据无法及时上传到信息平台，导致数据接收中断，影响水利业务的连续性和决策的及时性。此外，单一信道的带宽和传输速率限制了数据传输的效率，无法满足高密度监测节点的数据上报需求。

3、为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有水利监测系统中因通信信道单一性导致的传输不稳定和数据上报延迟的问题，而提出一种应用于水利领域的多信道轮询数据传输系统及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种应用于水利领域的多信道轮询数据传输系统，包括：

4、配置模块，用于对多信道轮询数据传输的网关进行配置，具体过程如下：

5、首先在对设备进行安装时，选取若干个点作为备选lora网关，针对若干个备选lora网关点，进行优先级测试，得到不同备选lora网关点的修正分数，根据修正分数对所有备选lora网关点进行比较和排序，修正分数越高的备选lora网关点优先级越高，并选取修正分数最高的备选lora网关点作为最优点位建立lora网关；

6、将建立的lora网关集成5g+lora网关+北斗通信信道，并将其余设备作为lora子节点进行mesh组网，使每个节点具有中继功能，延长无线通信距离；

7、在新建lora网络中，根据预期的传输距离、接收灵敏度和发射功率利用公式确定工作频率；

8、中转模块，用于支持不同节点之间的报文传输；

9、针对子节点发送的报文进行数据安全性的验证，具体通过采集报文的评敏参数进行综合分析得到报文内容的敏评值，以此敏评值作为衡量报文数据的安全性验证标准；

10、将得到的敏评值与预设的敏评阈值进行比对，当敏评值大于或等于敏评阈值时，则判断需要对该报文数据的传输提供加密，将敏评值减去敏评阈值得到敏评差值，将敏评差值与预设的若干个敏评差值区间进行比对，若干个敏评差值区间分别对应设置着不同的安全需求等级，当确定敏评差值所属的敏评差值区间后，则确定该报文所需的安全需求等级，并根据该报文的安全需求等级选择对应的加密算法对报文数据的传输进行加密；

11、传输模块，用于通过发送切换机制将存储的数据进行传输。

12、进一步的，所述配置模块中针对若干个备选lora网关点，进行优先级测试，得到不同备选lora网关点的修正分数的具体步骤如下：

13、对备选lora网关点测试的参数包括：信号强度、信噪比、接收灵敏度、覆盖范围、传输速率、延迟、吞吐量、误码率及频率干扰；

14、将上述参数分别分配一个权重，每个参数的权重反映了该参数在备选lora网关点的整体网络性能的重要性，并将权重的总和设为1；

15、由于不同参数的量纲和数值范围不同，将每个参数的值标准化至相同的尺度；

16、再为每个参数设定一个评分规则，根据参数标准化后的值来分配分数，再将每个参数的分数与其相对应的权重相乘，计算所有乘积之和，得到备选lora网关点的综合分数；

17、再针对备选lora网关点的影响因素进行分析得到修正因子，再将得到的备选lora网关点的综合分数乘以修正因子yxz最终得到备选lora网关点的修正分数。

18、进一步的，所述配置模块针对备选lora网关点的影响因素进行分析得到修正因子的具体操作步骤如下：

19、具体分析的影响因素包括：

20、地理因素：地形、植被及建筑物对信号传播的影响；

21、成本效益：建立和维护网关成本与性能的比值；

22、维护便利性：网关可访问性和维护的难易程度；

23、水利风险：该备选lora网关点建立网关的使用寿命及水利风险的评估；

24、将上述影响因素分别赋予1-100的评分，并分别记为地评分、成本分、维护分及风险分，归一化处理后代入以下公式：以得到修正因子yxz，式中dp、cb、wh及xf分别为地评分、成本分、维护分及风险分。

25、进一步的，所述中转模块支持不同节点之间的报文传输的具体操作步骤如下：

26、在运行过程中，子节点需要发送报文时，通过子节点自动生成或获取需要发送的数据报文，并将数据封装成适合lora传输的格式，包括数据的编码、添加报头和尾部；

27、将每个lora无线模块设定一个唯一的物理地址编号，用于识别不同的子节点，子节点通过lora信道发送封装好的报文，报文在lora网关传播过程中，当子节点与lora网关距离大于预设距离并其间设有其他子节点时，通过其他子节点进行中继；

28、lora网关接收来自子节点的信号后，对接收的信号进行解调，提取出数据报文，lora网关根据报文中的物理地址编号对报文进行分类和初步处理，并对接收到的数据进行错误检测和校验；

29、再将分类后的数据存储至网关的存储器中。

30、进一步的，所述中转模块通过采集报文的评敏参数进行综合分析得到报文内容的敏评值的具体操作步骤如下：

31、采集的报文评敏参包括：

32、敏感性级别，根据报文内容的敏感性级别，并预设五个敏感性级别，五个级别分别对应设置有五个评分，确定报文内容的敏感性级别后即得到对应的评分，记为敏感分；

33、数据泄露风险，评估报文数据在传输过程中被截获或泄露的风险，并赋予1-100的评分，记为数泄分；

34、错误率，测试传输中出现错误的比例，高错误率表明传输通道不安全；

35、传输距离，长距离传输会增加数据被截获的风险；

36、再将得到的敏感分、数泄分、错误率及传输距离归一化处理后，以敏感分、数泄分及传输距离为三角形的三条边建立三角形，再错误率乘以修正系数作为高建立三棱锥模型，计算该三棱锥模型的表面积，并记为敏评值，以此敏评值作为衡量报文数据的安全性验证标准。

37、进一步的，所述中转模块对报文数据加密的具体操作步骤如下：

38、首先实施密钥管理策略，确保加密密钥的安全性和更新机制，在报文数据封装阶段，使用选定的加密算法和密钥对报文数据内容进行加密，根据需求，对报头中的敏感信息进行加密，避免报文的源地址和目的地址被截获分析；

39、在数据传输层实现安全套接字层或传输层安全协议，为数据传输提供端到端的加密，使用硬件安全模块来存储密钥和执行加密操作，定期更新软件和固件，以修复安全漏洞并增强加密措施。

40、进一步的，所述传输模块中的发送切换机制如下：

41、首先通过dtu即数据传输单元检查当前的网络状态，以确定是否使用5g网络进行数据传输，利用dtu计算接收到的信号强度指示即rssi，并通rssi评估5g网络的信号质量，当rssi值满足发送需求，dtu尝试通过5g网络将存储的数据发送至接收平台，接收平台接收到数据后，向dtu发送确认信息；如果接收平台成功接收并确认数据后，dtu将成功反馈信息发送至子节点；

42、当rssi值不满足发送需求时，dtu自动开启北斗供电，准备通过北斗通信发送数据，并通过数据完整性和信噪比分析，反馈接收机的性能和数据质量，如果接收机性能达到标准，利用dtu将数据组装成适合北斗通信的短报文格式，通过北斗信道发送组装好的短报文，北斗接收平台接收到短报文后，向dtu发送确认信息；

43、当收到北斗接收平台的确认后，dtu将成功反馈发送至子节点，当没有收到确认时，则将失败反馈发送至子节点；

44、当子节点接收到网关的反馈后，判断数据是否成功发送，如果发送失败，子节点将自动启动自身的5g模块，尝试重新发送数据，子节点通过自身的5g模块将数据重新发送到接收平台；

45、dtu和子节点将持续监控网络状态，并根据需要在5g和北斗之间切换，以确保数据传输的可靠性。

46、进一步的，所述传输模块中在发送切换机制的基础上，通过以下步骤来增强和优化切换机制：

47、根据历史数据和网络状态动态调整rssi的阈值，以更准确的反映当前环境下的最佳信号质量，除了rssi之外，综合分析其他参数，包括信号噪声比、误码率及传输速率，综合评估网络状态；

48、同时利用机器学习技术，根据历史网络状态和环境因素预测未来的网络变化，提前做好切换准备，再对不同的通信信道设置优先级和权重，根据信道的可靠性和稳定性智能选择最佳信道；

49、当数据发送失败时，实现快速重传机制，并设置自动重试次数和时间间隔，在关键数据传输时，采用冗余发送策略，通过多个信道发送相同的数据以提高可靠性。

50、一种应用于水利领域的多信道轮询数据传输方法，包括以下步骤：

51、s1：选择并测试lora网关位置，确定最优点位，集成lora网关，建立mesh网络；

52、s2：计算lora工作频率，准备数据传输；

53、s3：子节点封装数据报文，通过lora信道发送，lora网关接收并分类存储数据；

54、s4：验证数据安全性，判断是否需要进行传输加密；

55、s5：通过dtu评估5g网络状态，选择传输信道，执行数据发送，接收平台确认后反馈结果，子节点根据反馈执行重发或维持当前状态；

56、s6：当确定北斗信号进行传输时，通过dtu评估北斗信道状态，计算数据完整性及信噪比，来分析数据质量指标；

57、s7：持续监控网络，动态切换信道以保证传输可靠性。

58、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

59、本发明，通过多信道轮询和智能切换机制，能够在5g网络信号不足时自动切换到北斗通信，确保了水利领域关键数据的传输不受单一信道限制的影响，此外，子节点具备中继功能，延长了无线通信距离，即使在信号覆盖不足的地区也能保障数据的有效传输；

60、本发明，通过综合分析报文内容的敏感性级别、数据泄露风险、错误率和传输距离，计算敏评值，并与预设的敏评阈值进行比对，智能判断数据传输是否需要加密，结合先进的加密算法和密钥管理策略，为水利监测数据提供了更高级别的安全保护，防止数据在传输过程中被截获或泄露；

61、本发明，利用机器学习技术结合历史网络状态和环境因素，预测并适应未来的网络变化，动态调整rssi阈值及其他通信参数，实现更精准的网络状态评估，通过设置通信信道的优先级和权重，系统能够智能选择最佳信道进行数据传输，同时在数据发送失败时快速重传，并采用冗余发送策略，显著提升了数据传输的效率和稳定性；

62、本发明，利用北斗数据完整性和信噪比进行分析，预测北斗信道通信质量，能够及时判断北斗模块是否能正常工作，避免北斗和5g信道切换后对整体数据上传效率的降低。