减少调度自动化设备通讯串口丢包率的措施

黄振柱（国网山东省电力公司茌平县供电公司，山东聊城，252100）



减少调度自动化设备通讯串口丢包率的措施

黄振柱
（国网山东省电力公司茌平县供电公司，山东聊城，252100）

摘要：丢包率是指在使用系统检测过程中对数据进行访问时，数据包因为各种物理原因或者软件原因导致的信道丢失现象。在自动化通讯设备出现串口丢包的情况下，会导致设备通信不通畅，信号遗失等不良后果。本文从软硬件方面对通讯串口的丢包问题进行分析，并提出防范措施。

关键词：串口丢包；数据位；通讯网关

0　引言

在自动化通讯设备中，存在着通讯网关、 通信接口及通信协议等一些技术设备与协议。在电力系统的自动化设备的安装及维护过程中，常常会出现通信协议与标准协议不相符，后台终端系统与通信端口不一致等情况，这种情况进一步导致自动化通讯设备在通信串口出现丢包现象，因此有必要对设备串口丢包率加以解决以便实现自动化设备通讯正常。

1　通讯网关的概念

通讯网关主要指的是在通讯设备中实现端口与端口的数据对接，其主要功能是可以对上行与下行的通讯设备进行管理；将通讯数据转换成设备可以辨识的数据格式，以便于数据端口转发；对设备端口及人机界面（显示设备的参数，便于数据查看和设备的调试）进行配置等等。

其中通讯端口的配置管理主要指的是，对设备的端口类型及端口的数据合约进行管理。一般而言端口的上下行协议选择，是基于系统软硬件标准来决定。端口的类型多样，可以是以太网，或USB接口等。端口上下行选择，其目的在于对端口数据通道进行选取，比如某端口是设备的数据下行，则需要选择相应的通讯规约。在转发设备端口后台数据过程中，不同的通讯参数对于数据的转化类型也有所要求。比如串行端口的数据参数，数据位，数据校正方法及IP地址等参数的配置，对于通讯规约处理均有影响。其中，数据规约类型与通讯设备的上行和下行选择有一定联系，具体的选择依据要根据现场的实际要求来判断。通讯规约的转换过程是通讯能否成功的重要组成部分，在通讯网关接收到数据信号之后，设备的数据缓存区会对端口配置进行协议类型的分类，以便完成协议解释过程。在将通信规约发送到设备转换接口的过程中，可以将数据编排形式以数据帧的方式进行。一旦完成了数据帧的缓冲之后，重新编排的数据将在缓存区内等待发送给通讯接收设备。通讯数据的端口转发过程主要是对接收和待发送的数据进行格式转换，然后对其转发。是否转发给下一个端口的主要根据是接收端口是在上行还是在下行。在数据转换结束后，待发送数据将被存储在缓冲区等待发送到正确的端口。设备配置过程在于对设备端口的参数，型号及属性进行查看和更改，完成设备系统的功能升级。

2　串口丢包现象产生的原因

串口服务器在设备通讯过程中会发生丢包现象，一般为硬件原因，多为通讯网络不够通畅，串口的节点没有连接正确，节点的数据连接不良好等。另外对于通讯串口参数也要保证正确规范，比如波特率、数据位、校验位等。波特率是指对于信号的模拟速率，以便衡量波形的震荡频次。如果对传输数据信号不加以压缩，那么传播信号的通讯位数就是波特率；如果开始对传输信号进行了压缩，那么波特率将大于传输的数据位。在平常的数据传输通道过程中，携带的信息单元及调制速率也可以代指波特率。数据位是指在设备传输数据时，通讯设备每发送一组数据将会对相应的数据加以控制。不同通讯环境下，一般数据位将在数据集结束的情况下，对数据数量加以修改。平常使用的通讯网络，可以通过三种方式对数据位获取。第一种方式是根据外部的辅助数据及数据模拟过程来加以控制，第二种方式是利用导航周期性来实现数据剥离，第三种方式是对解调结果进行剥离。校正位指的是在通讯设备中计算位，如果在实际结果中不等于校正位则说明结果错误。

在通讯网关协议模式下，可以定义一种支持规约数据的模板形式，对于支持模型的主要控制要素包含了数据结构与数据样式的定义，数据帧格式调节及数据内容数据封装规定，在封装协议下动态库规定名称要与合约处理规定一致。对于规约数据转换与处理过程，模块的端口读取与设备协议控制是相互一致的，协议模型支持和协议动态内容支持库在调用处理方式过程。由于不同规约都定义了相同处理接口与数据模式，因此对于规约加载与代码实现要重复使用。规约转换形式下，每次运行不需要全部加载，只需要对设备进行设置以便其完成协议规定内容。在设备重新启动或者设备配置加以变更时，规约动态加载将会更加明显。一旦出现了新的动态加载环节，即可以实行设备的规约处理。物理层面丢包率决定于对理想信道的假设，在信道传输过程中错误的信道吞吐量对于数据的传播虽然没有很大影响，但是在信道特性和物理层相关应用角度上来讲，通讯设备信道特性与相关技术是处于特定误码率条件下。考虑到通讯设备丢包率会影响信号失真，因此在丢包性能上对调制方式改变显得尤为重要。

3　软硬件系统设计

公司自动化设备网关的主要组成单元是利用华为公司的基于ARM9内核的64位集成精简指令，对微机芯片加以处理以实现节点的数据采集过程，同时可以进一步对数据转发和编译。核心板块的内核工艺采用电气性能良好和抗干扰的基板元件。公网模块的构成是由内置网卡及设备的功能集合元件构成。在下行模式下的数据接入管理过程中，数据接入服务均采用下行最高的数据传输速率。设计板块的连接在硬件规模上可实现USB连线规则。外部总线扩充的内环装置设备与数据处理模式的操作系统，有助于实验目标的完成。数据接口的设备移植层中对于系统的API接口和框架移植障碍问题，可以实现端口的配置处理，以便完成端口的通讯参数的设定。在规约端口的配置主要进行的是上下行的转发配置与规约配置，规约数据库中的包含的规约插件可在软件接口过程进行构建。协议加载工程中实现动态模块转换，并通知管理员对设备进行登记检查，以便日后对待转发的数据进行接收和转换。

数据的软件设计模式与具体功能主要依据指令程序加以设计，在模块网络上首先根据网站脚本对网络进行数据连接，并在此基础上应用程序指令建立串口的数据接入端口。协调器的端口代理服务器中接入点的数据报文需要经过解析处理，以便发送给网络上位机进行解析。具体的应用程序流程是在网络系统的内核启动时对初始化的应用程序加以数据处理，以便建立起拓扑网络结构连接，建立的网络连接桥在监听串口数据源的过程中，可以接收子网数据并对监听到的串口数据源加以修改。经过修改处理的数据转发给数据网络模块，最后转发给网络上位机。在网络的设备配置运行过程中，运行产生的数据脚本在模块中起着重要的作用。

对于自动通信设备的无线接入模块，主要起的是解调器的作用以实现和外网的通信，本文采用的是450MHz频道通信模块。在通信模块建立过程中，采用的是对芯片的转换射频模式。主控制器和射频电路处于模块电路面板上，以便后续的维护检修。在调制解调器的控制端口，带有高性能的无线通信设备芯片，主要控制的是对芯片的连接。整个设备模板连接在通讯网关上，独立于其它通信数据采集节点。常见的数据端口是独立于通讯网关的，因此需要考虑网关周围的其他未工作节点，以便对其进行二次开发。其中采用WSN主要是由传感器节点的组织形式构成，目的在于对有线网络的协作方式加以感知。在协作过程中，采集处理的网络覆盖面需要对地理区域加以辨析，并且发布给网关接口管理者，以提升数据的处理尺度。在数据收发过程借助电池单元和数据采集节点，实现节点的内置传感器的连通，其具有监测电压和电流参数的功能。

4　结论

本文从通讯设备的软件和硬件方面入手，结合无线传感技术及端口模板设计操作系统，提出了减少自动化设备的丢包率的一些措施，如检修网络故障，判断路由错误，计算机IP地址的变更和防止网络阻碍等原因，在此基础上提出通信设备模板的设立，以便降低自动通讯工具串口的丢包率，实现网络通讯的流畅性。

参考文献

贺政，赵小龙.基于Linux系统的4G-WSN无线网关的设计[J].科技视界，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