黃振柱（國(guó)網(wǎng)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(diào)度自動(dòng)化設(shè)備通訊串口丟包率的措施

黃振柱
（國(guó)網(wǎng)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(tǒng)檢測(cè)過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，數(shù)據(jù)包因?yàn)楦鞣N物理原因或者軟件原因?qū)е碌男诺纴G失現(xiàn)象。在自動(dòng)化通訊設(shè)備出現(xiàn)串口丟包的情況下，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備通信不通暢，信號(hào)遺失等不良后果。本文從軟硬件方面對(duì)通訊串口的丟包問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出防范措施。

關(guān)鍵詞：串口丟包；數(shù)據(jù)位；通訊網(wǎng)關(guān)

0　引言

在自動(dòng)化通訊設(shè)備中，存在著通訊網(wǎng)關(guān)、 通信接口及通信協(xié)議等一些技術(shù)設(shè)備與協(xié)議。在電力系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備的安裝及維護(hù)過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)通信協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議不相符，后臺(tái)終端系統(tǒng)與通信端口不一致等情況，這種情況進(jìn)一步導(dǎo)致自動(dòng)化通訊設(shè)備在通信串口出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，因此有必要對(duì)設(shè)備串口丟包率加以解決以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備通訊正常。

1　通訊網(wǎng)關(guān)的概念

通訊網(wǎng)關(guān)主要指的是在通訊設(shè)備中實(shí)現(xiàn)端口與端口的數(shù)據(jù)對(duì)接，其主要功能是可以對(duì)上行與下行的通訊設(shè)備進(jìn)行管理；將通訊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成設(shè)備可以辨識(shí)的數(shù)據(jù)格式，以便于數(shù)據(jù)端口轉(zhuǎn)發(fā)；對(duì)設(shè)備端口及人機(jī)界面（顯示設(shè)備的參數(shù)，便于數(shù)據(jù)查看和設(shè)備的調(diào)試）進(jìn)行配置等等。

其中通訊端口的配置管理主要指的是，對(duì)設(shè)備的端口類(lèi)型及端口的數(shù)據(jù)合約進(jìn)行管理。一般而言端口的上下行協(xié)議選擇，是基于系統(tǒng)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)來(lái)決定。端口的類(lèi)型多樣，可以是以太網(wǎng)，或USB接口等。端口上下行選擇，其目的在于對(duì)端口數(shù)據(jù)通道進(jìn)行選取，比如某端口是設(shè)備的數(shù)據(jù)下行，則需要選擇相應(yīng)的通訊規(guī)約。在轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備端口后臺(tái)數(shù)據(jù)過(guò)程中，不同的通訊參數(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化類(lèi)型也有所要求。比如串行端口的數(shù)據(jù)參數(shù)，數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)校正方法及IP地址等參數(shù)的配置，對(duì)于通訊規(guī)約處理均有影響。其中，數(shù)據(jù)規(guī)約類(lèi)型與通訊設(shè)備的上行和下行選擇有一定聯(lián)系，具體的選擇依據(jù)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際要求來(lái)判斷。通訊規(guī)約的轉(zhuǎn)換過(guò)程是通訊能否成功的重要組成部分，在通訊網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)信號(hào)之后，設(shè)備的數(shù)據(jù)緩存區(qū)會(huì)對(duì)端口配置進(jìn)行協(xié)議類(lèi)型的分類(lèi)，以便完成協(xié)議解釋過(guò)程。在將通信規(guī)約發(fā)送到設(shè)備轉(zhuǎn)換接口的過(guò)程中，可以將數(shù)據(jù)編排形式以數(shù)據(jù)幀的方式進(jìn)行。一旦完成了數(shù)據(jù)幀的緩沖之后，重新編排的數(shù)據(jù)將在緩存區(qū)內(nèi)等待發(fā)送給通訊接收設(shè)備。通訊數(shù)據(jù)的端口轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程主要是對(duì)接收和待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，然后對(duì)其轉(zhuǎn)發(fā)。是否轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)端口的主要根據(jù)是接收端口是在上行還是在下行。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，待發(fā)送數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)在緩沖區(qū)等待發(fā)送到正確的端口。設(shè)備配置過(guò)程在于對(duì)設(shè)備端口的參數(shù)，型號(hào)及屬性進(jìn)行查看和更改，完成設(shè)備系統(tǒng)的功能升級(jí)。

2　串口丟包現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

串口服務(wù)器在設(shè)備通訊過(guò)程中會(huì)發(fā)生丟包現(xiàn)象，一般為硬件原因，多為通訊網(wǎng)絡(luò)不夠通暢，串口的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有連接正確，節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接不良好等。另外對(duì)于通訊串口參數(shù)也要保證正確規(guī)范，比如波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位等。波特率是指對(duì)于信號(hào)的模擬速率，以便衡量波形的震蕩頻次。如果對(duì)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)不加以壓縮，那么傳播信號(hào)的通訊位數(shù)就是波特率；如果開(kāi)始對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行了壓縮，那么波特率將大于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位。在平常的數(shù)據(jù)傳輸通道過(guò)程中，攜帶的信息單元及調(diào)制速率也可以代指波特率。數(shù)據(jù)位是指在設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，通訊設(shè)備每發(fā)送一組數(shù)據(jù)將會(huì)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)加以控制。不同通訊環(huán)境下，一般數(shù)據(jù)位將在數(shù)據(jù)集結(jié)束的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)數(shù)量加以修改。平常使用的通訊網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)三種方式對(duì)數(shù)據(jù)位獲取。第一種方式是根據(jù)外部的輔助數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)模擬過(guò)程來(lái)加以控制，第二種方式是利用導(dǎo)航周期性來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)剝離，第三種方式是對(duì)解調(diào)結(jié)果進(jìn)行剝離。校正位指的是在通訊設(shè)備中計(jì)算位，如果在實(shí)際結(jié)果中不等于校正位則說(shuō)明結(jié)果錯(cuò)誤。

在通訊網(wǎng)關(guān)協(xié)議模式下，可以定義一種支持規(guī)約數(shù)據(jù)的模板形式，對(duì)于支持模型的主要控制要素包含了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)樣式的定義，數(shù)據(jù)幀格式調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)封裝規(guī)定，在封裝協(xié)議下動(dòng)態(tài)庫(kù)規(guī)定名稱(chēng)要與合約處理規(guī)定一致。對(duì)于規(guī)約數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理過(guò)程，模塊的端口讀取與設(shè)備協(xié)議控制是相互一致的，協(xié)議模型支持和協(xié)議動(dòng)態(tài)內(nèi)容支持庫(kù)在調(diào)用處理方式過(guò)程。由于不同規(guī)約都定義了相同處理接口與數(shù)據(jù)模式，因此對(duì)于規(guī)約加載與代碼實(shí)現(xiàn)要重復(fù)使用。規(guī)約轉(zhuǎn)換形式下，每次運(yùn)行不需要全部加載，只需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置以便其完成協(xié)議規(guī)定內(nèi)容。在設(shè)備重新啟動(dòng)或者設(shè)備配置加以變更時(shí)，規(guī)約動(dòng)態(tài)加載將會(huì)更加明顯。一旦出現(xiàn)了新的動(dòng)態(tài)加載環(huán)節(jié)，即可以實(shí)行設(shè)備的規(guī)約處理。物理層面丟包率決定于對(duì)理想信道的假設(shè)，在信道傳輸過(guò)程中錯(cuò)誤的信道吞吐量對(duì)于數(shù)據(jù)的傳播雖然沒(méi)有很大影響，但是在信道特性和物理層相關(guān)應(yīng)用角度上來(lái)講，通訊設(shè)備信道特性與相關(guān)技術(shù)是處于特定誤碼率條件下?？紤]到通訊設(shè)備丟包率會(huì)影響信號(hào)失真，因此在丟包性能上對(duì)調(diào)制方式改變顯得尤為重要。

3　軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

公司自動(dòng)化設(shè)備網(wǎng)關(guān)的主要組成單元是利用華為公司的基于ARM9內(nèi)核的64位集成精簡(jiǎn)指令，對(duì)微機(jī)芯片加以處理以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程，同時(shí)可以進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和編譯。核心板塊的內(nèi)核工藝采用電氣性能良好和抗干擾的基板元件。公網(wǎng)模塊的構(gòu)成是由內(nèi)置網(wǎng)卡及設(shè)備的功能集合元件構(gòu)成。在下行模式下的數(shù)據(jù)接入管理過(guò)程中，數(shù)據(jù)接入服務(wù)均采用下行最高的數(shù)據(jù)傳輸速率。設(shè)計(jì)板塊的連接在硬件規(guī)模上可實(shí)現(xiàn)USB連線規(guī)則。外部總線擴(kuò)充的內(nèi)環(huán)裝置設(shè)備與數(shù)據(jù)處理模式的操作系統(tǒng)，有助于實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的完成。數(shù)據(jù)接口的設(shè)備移植層中對(duì)于系統(tǒng)的API接口和框架移植障礙問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)端口的配置處理，以便完成端口的通訊參數(shù)的設(shè)定。在規(guī)約端口的配置主要進(jìn)行的是上下行的轉(zhuǎn)發(fā)配置與規(guī)約配置，規(guī)約數(shù)據(jù)庫(kù)中的包含的規(guī)約插件可在軟件接口過(guò)程進(jìn)行構(gòu)建。協(xié)議加載工程中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模塊轉(zhuǎn)換，并通知管理員對(duì)設(shè)備進(jìn)行登記檢查，以便日后對(duì)待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計(jì)模式與具體功能主要依據(jù)指令程序加以設(shè)計(jì)，在模塊網(wǎng)絡(luò)上首先根據(jù)網(wǎng)站腳本對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用程序指令建立串口的數(shù)據(jù)接入端口。協(xié)調(diào)器的端口代理服務(wù)器中接入點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文需要經(jīng)過(guò)解析處理，以便發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上位機(jī)進(jìn)行解析。具體的應(yīng)用程序流程是在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)對(duì)初始化的應(yīng)用程序加以數(shù)據(jù)處理，以便建立起拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接，建立的網(wǎng)絡(luò)連接橋在監(jiān)聽(tīng)串口數(shù)據(jù)源的過(guò)程中，可以接收子網(wǎng)數(shù)據(jù)并對(duì)監(jiān)聽(tīng)到的串口數(shù)據(jù)源加以修改。經(jīng)過(guò)修改處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模塊，最后轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)上位機(jī)。在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備配置運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)腳本在模塊中起著重要的作用。

對(duì)于自動(dòng)通信設(shè)備的無(wú)線接入模塊，主要起的是解調(diào)器的作用以實(shí)現(xiàn)和外網(wǎng)的通信，本文采用的是450MHz頻道通信模塊。在通信模塊建立過(guò)程中，采用的是對(duì)芯片的轉(zhuǎn)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(xù)的維護(hù)檢修。在調(diào)制解調(diào)器的控制端口，帶有高性能的無(wú)線通信設(shè)備芯片，主要控制的是對(duì)芯片的連接。整個(gè)設(shè)備模板連接在通訊網(wǎng)關(guān)上，獨(dú)立于其它通信數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)端口是獨(dú)立于通訊網(wǎng)關(guān)的，因此需要考慮網(wǎng)關(guān)周?chē)钠渌垂ぷ鞴?jié)點(diǎn)，以便對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。其中采用WSN主要是由傳感器節(jié)點(diǎn)的組織形式構(gòu)成，目的在于對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作方式加以感知。在協(xié)作過(guò)程中，采集處理的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面需要對(duì)地理區(qū)域加以辨析，并且發(fā)布給網(wǎng)關(guān)接口管理者，以提升數(shù)據(jù)的處理尺度。在數(shù)據(jù)收發(fā)過(guò)程借助電池單元和數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)置傳感器的連通，其具有監(jiān)測(cè)電壓和電流參數(shù)的功能。

4　結(jié)論

本文從通訊設(shè)備的軟件和硬件方面入手，結(jié)合無(wú)線傳感技術(shù)及端口模板設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)，提出了減少自動(dòng)化設(shè)備的丟包率的一些措施，如檢修網(wǎng)絡(luò)故障，判斷路由錯(cuò)誤，計(jì)算機(jī)IP地址的變更和防止網(wǎng)絡(luò)阻礙等原因，在此基礎(chǔ)上提出通信設(shè)備模板的設(shè)立，以便降低自動(dòng)通訊工具串口的丟包率，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊的流暢性。

參考文獻(xiàn)

賀政，趙小龍.基于Linux系統(tǒng)的4G-WSN無(wú)線網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)[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