能夠上/下行連接的通信設備和方法

專利名稱：能夠上/下行連接的通信設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠上/下行連接的通信設備和方法，特別涉及一種將碼分多址(CDMA)(蜂窩和個人通信系統(PCS))網絡應用到管理控制和數據采集(SCADA)系統，其中遠程主系統收集數據并完成預期的控制操作，以及自動儀表讀取系統的通信設備和方法，其中遠程主系統周期性地從現場的公用事業儀表中收集數據(測量數據)，以便于能夠上/下行連接。
根據前一種通信方案，每隔一段預期的時間數據就被傳輸。該通信方案被應用在遙測系統中。然而，這個通信方案存在缺點，因為它無法檢查終端的現場狀態或是發送任何控制或設置信息，直到終端自動發送數據，這是因為運營商不能請求終端用于控制、設置以及狀態檢測所需要的數據。在這里，術語“設置”表示由主系統執行操作來改變或是設置一個值，用于要求終端產生信息。
后一種通信方案存在一個涉及終端的數據傳輸的問題，其中容納有多個終端，因為在這種通信方案中只有使用調制解調器的通信被允許。也就是說，存在沒有足夠容量同時處理來自所有終端的數據的問題。換句話說，盡管網關可以識別當前使用的端口(即當前使用的調制解調器)，但每個終端卻無法識別網關中的可用端口。因為這個原因，數據傳輸有可能失敗，因為每個終端只嘗試接入一個特殊的調制解調器。盡管終端無法接入一個特殊的調制解調器，但它可以嘗試接入另一個調制解調器，其中它的數據庫中存儲了網關包含的所有調制解調器的電話號碼。然而在這種情況下，即使調制解調器接入成功，通信也可能會因為接入時間的延遲而失敗。
因為這個原因，調制解調器之間一對一的通信主要用在遙測領域中，其中來自現場公用事業儀表的數據被周期性地發送到主系統。
本發明的另一個目的是提供一種通信方法，它能夠使用CDMA網絡進行上/下行連接，而不需要任何額外的費用來構造通信線路。
根據一個方面，本發明提供了能夠上/下行連接的通信設備，包括經由碼分多址(CDMA)網絡連接到至少一個終端的主系統，進一步包括網關，用于將主系統連接到CDMA網絡，并且經由連接主系統和終端的調制解調器，從主系統向終端傳送數據請求信號或命令信號，同時經由連接的調制解調器，從終端向主系統傳送響應信號或請求信號；以及分組裝拆(PAD)設備，用于將終端連接到CDMA網絡，并且用于經由網關接收來自主系統的數據，并向終端發送接收到的數據，當終端想要自動向主系統發送其上生成的數據時，PAD裝置檢查調制解調器的連接，當調制解調器處于非連接狀態時，它經由包含在CDMA網絡中的互通功能(IWF)單元向主系統發送生成的數據。
根據另一個方面，本發明提供了一種在通信系統中可以上/下行連接的通信方法，該系統包括主系統，連接到主系統的網關，以及連接到至少一個終端的分組裝拆設備(PAD)，和被排列在網關和PAD設備之間的碼分多址(CDMA)網絡和調制解調器，其中嘗試使主系統到終端的通信能夠使用調制解調器—調制解調器連接所建立的接入信道來執行，并嘗試使終端到主系統的通信能夠使用通過互通單元裝置所建立的接入信道來執行；和在連接之后經過預定時間之前，主系統和終端之間生成的數據，經由當前建立的用于連接的接入信道被發送和接收。


圖1是描述根據本發明一個實施例的，能夠上/下行連接的通信設備的框圖。如圖1所示，該通信設備包括主系統10，用于監視現場設備的狀態，并依照運營商的要求或是給出的通信程序表來控制那些現場設備，同時顯示現場設備的被監視狀態。主系統10可以包括一臺計算機。該通信設備還包括一個網關12，用于向終端26發送根據給出的通信程序表或運營商的要求而得到的數據，并在數據傳輸中執行協議的改變和傳輸介質的改變，以及向主系統10發送來自終端26的響應或請求；IWF被提供給網絡運營商，并被適配成執行連接射頻(RF)網絡到互聯網的功能；交換單元16，用于為用戶建立話路，同時執行到其他通信網絡的連接；以及一個適配成以無線方式與終端26進行通信的基站18。該通信設備進一步包括受網關12控制的分組裝配拆裝器(PAD)24，它被適配成對RF調制解調器20和22進行控制，從而連同與終端26相關的CDMA RF調制解調器一起將有線環境轉換成無線環境，或是將無線環境轉換成有線環境。PAD24還以串行方式將發自主系統10的數據發送到終端26，執行被傳數據向對應于終端26可接受的協議格式的轉換。在終端26的一種事件驅動狀態中，其中終端26想要發送其上自動生成的特殊信息，例如未經請求的信息，PAD24檢查網關12的連接狀態，當它判定網關12的調制解調器處于無連接狀態時，則對到IWF24的連接進行處理，并執行經由IWF14的數據傳輸。
主系統10傳送到終端26的數據中包括關于遠程控制的數據(例如，斷路器/開關的控制，煤氣和水閥門的控制，以及現場繼電器的控制)，關于遠程設置的數據(例如，終端操作信息的設置，設備操作信息的設置，與通信相關的信息的設置等)，關于遠程監視的數據(例如，依據用戶要求而得到的非周期性數據)，以及其他命令。
終端26是對現場設備進行最終控制，同時監視那些現場設備狀態的單元。終端26的功能由終端26中所構造的微處理器來完成。終端26可以執行控制/狀態監視/計量/通信功能。現場設備是狀態響應于來自終端26的電信號而被控制和監視的設備。這些設備包括斷路器/開關，以及閥門。
盡管圖1中只顯示了一個終端26，但在實際情況下可以有多個終端。同樣，每個終端都有RF調制解調器。
在圖1的情況下，網關12和PAD24中的每一個都具有兩個接入信道，即經由IWF14建立的分組接入信道，和經由調制解調器—調制解調器連接建立的電路接入信道。根據給出的情況，選擇性使用這些接入信道中的理想的一條。
IWF14、交換單元16以及基站18是由CDMA網絡運營商實施的。
在主系統10要求終端26發送數據或傳送一條命令的地方，網關12接收來自主系統10的數據，響應于接收到的數據讀出與終端26相關的RF調制解調器22的電話號碼，并基于讀出的電話號碼，以調制解調器—調制解調器的方式接入到終端26，由此將接收到的數據傳送到終端26。網關12還經由PAD24，接收來自終端的對已傳送數據的響應，并將該響應數據傳送到主系統10。網關12能夠向終端26傳送數據的容量對應于安裝在網關12中的調制解調器的數量。
另一方面，在終端26最初向主系統10傳輸數據的地方，即沒有以調制解調器—調制解調器連接建立接入信道的地方，CDMA網絡的IWF14被用作傳輸路徑。
同樣，在主系統10和終端26經由IWF14或RF調制解調器20和22彼此相連的狀態下，在數據傳輸是在主系統10和終端26之間被執行的地方，網關12要求數據接收端發送一個應答信號，指示預期的數據是否被接收。這樣，網關12并不釋放連接，直到數據傳輸之后經過一個預定的時間，也就是說，經過預定的等待連接釋放的時間。
圖2是說明圖1中所示網關結構的框圖。如圖2所示，網關12包括主系統接口單元30，用于執行到主系統10的連接，同時執行傳輸控制協議/用戶數據報協議(TCP/UDP)服務；以及數據庫32，用于完成對關于RF調制解調器的電話號碼、重新連接嘗試的次數、等待連接的時間以及等待連接釋放的時間的信息進行存儲和編輯的功能，同時管理對終端和現場設備相應歷史的紀錄。網關12還包括一個終端接入管理單元34，用于檢查網關12和終端26之間的連接和接入信道的狀態，同時基于數據庫23中的信息，完成選擇網關12和終端26之間數據發送和接收所需要的接入信道的功能；圖形用戶接口(GUI)單元36，用于完成對與終端26相關的RF調制解調器狀態、通信時間、成功接入率以及通信幀進行監視的功能；IWF接口單元38，基于來自終端接入管理單元34的控制信號，完成到IWF14的連接；以及RF模式接口單元40，基于來自終端接入管理單元34的控制信號，執行到CDMA RF調制解調器20的串行連接。
IWF接口單元38執行UDP/TCP服務。IWF接口單元38還基于終端26的本征地址或電話號碼，連續不斷的更新網際協議(IP)地址，以允許主系統10到終端26的應答，因為與經由IWF14的數據傳輸相聯系，無論何時終端26被連接到IWF14，終端26的IP地址都被改變。
RF調制解調器接口單元40基于AT命令來完成呼叫/模式設置/連接釋放以及數據傳輸的功能。AT命令是賀氏計算機產品公司的智能調制解調器命令，并被用作幾乎所有撥號調制解調器的標準命令。當這種命令被用于調制解調器的設置時，它開始于一個AT字符。
終端接入管理單元34對網關12中所有部件的控制操作進行管理。
圖3是說明圖1所示PAD結構的方框圖。如圖3所示，PAD24包括RF調制解調器接口單元50，用于完成到RF調制解調器22的串行連接；數據庫52，用于對重新連接嘗試的次數、等待連接的時間以及等待連接釋放的時間進行管理；以及接入管理單元54，用于監視PAD24和網關12之間的連接狀態，同時選擇終端26和網關12之間數據發送/接收所需要的接入信道。PAD24還包括一個調制解調器控制單元56，基于來自接入管理單元54的控制信號，執行呼叫/連接釋放和經由RF調制解調器22的數據傳輸的功能；控制臺單元58，使用一臺外部PC來執行改變和確認存儲在數據庫52中的各種信息設置的功能，同時執行對通信幀的監視；協議處理單元60，用于執行點到點協議(PPP)、TCP/UDP以及當前發送/接收數據專用協議的選擇性處理的功能；以及終端接口單元62，用于執行到終端26的串行連接，同時處理與通信相關的控制信號。
現在將對被說明的根據本發明的實施例的能夠上/下行連接的通信設備的操作進行描述。
在本發明被說明的實施例中，網關12所做的接入嘗試主要是依照調制解調器—調制解調器連接來建立接入信道，而PAD24所做的接入嘗試主要是建立通過IWF14的接入信道。無論主系統10和終端26哪一個首先經由其相關的接入信道連接到網關12，使用相同信道、沒有任何信道改變地執行數據通信，直到經過預定時間(即等待連接釋放的時間)。當出現數據的發送或接收時，等待連接釋放的時間重新開始。也就是說，主系統10在網關12建立了調制解調器—調制解調器的接入信道的情況下請求數據傳輸，終端26經由該調制解調器—調制解調器接入信道發送預期的數據。另一方面，在終端26在網關12建立了IWF接入信道的情況下要求數據傳輸的地方，主系統10經由IWF接入信道發送數據(例如，與控制、設置以及監視相關的數據)。
現在將對涉及主系統10和終端26之間經由調制解調器—調制解調器接入信道所執行的數據通信的操作進行描述，其中主系統10的請求首先被產生。在這種情況下，網關12將涉及控制、狀態監視或是由主系統10以TCP/UDP格式請求和傳輸的設置的數據，轉換成專用協議格式的數據，然后將被轉換的數據傳送到與終端26相關的RF調制解調器22。被傳數據經由PAD24以串行數據的形式發送到終端26。終端26分析接收到的數據，并且如果需要，將向PAD24發送一個響應。PAD24經由RF調制解調器22將數據傳送到與網關12相關的RF調制解調器20。網關12依照TCP/UDP，將接收到的數據發送到主系統10。
這樣，使用調制解調器20和22之間的連接所建立的接入信道來完成主系統10和終端26之間的數據發送與接收。網關12得到與終端本征地址相關的，存儲在數據庫32中的電話號碼，使用得到的電話號碼來執行數據的發送與接收，并在當沒有更多數據要從主系統10或終端26發送時釋放其連接。在網關12到終端26的連接因主系統10的請求而被保持的地方，附加數據的發送與接收是根據內部通信，通過RF調制解調器10和22來完成的。在經過等待連接釋放的時間以前都沒有附加數據的地方，網關12釋放到終端26的連接。
同時，當在連接因為主系統10的要求而被保持的情況下，終端26想要向主系統10發送新近生成的特殊數據的地方，即在終端26處于由未經請求的消息所造成的事件驅動狀態的地方，它自動將數據發送到PAD24。響應來自終端的數據，PAD24對網關12的當前連接狀態進行檢查。當判定網關12處于連接狀態時，PAD24將數據發送到網關12的RF調制解調器20。另一方面，當判定網關12處于非連接狀態時，PAD24接入到IWF14。在這種情況下，PAD24使用存儲的網關12的IP地址和IWF14的電話號碼，以及用于接入IWF14的ID和密碼，來實現對IWF14的接入。在接入到IWF14之后，PAD24向網關12發送數據。
終端26的“事件驅動”狀態表示的是當現場設備的模擬值由于現場設備狀態中的改變，例如觸點的打開/關閉狀態而超出一個設置值時的狀態時，終端26必須自動向主系統10發送相關數據的狀態。
在通過IWF14建立連接的情況下，多個終端26可以同時接入到主系統10。在這種情況下，每個終端26在完成了一個鑒別程序(PPP服務)之后都將獲得一個IP地址，然后根據TCP/UDP，基于網關12先前設定的IP地址，向網關12發送數據。響應接收到的數據，網關12判定接收到的數據是否對應于存儲在數據庫32中的數據。當接收到的數據對應于存儲在數據庫32中的數據時，網關12將數據發送到主系統10。當有一個來自主系統10的對已發送數據響應時，在將數據轉換成TCP/UDP格式之后，網關12將數據發送到接收自PAD24的IP地址。當在經過預定時間(即等待連接釋放的時間)之前不再有數據傳輸經過PAD24時，PAD24釋放到IWF24的連接。
當使用經過IWF14的接入信道或是經過調制解調器20和22的接入信道產生連接時，響應于初始連接的失敗而執行規定次數的嘗試，這樣做是為了把連接失敗最小化。
在使用通過IWF14的接入信道的情況下，網關12將發自終端26的IP地址存儲在數據庫32中。基于所存儲的IP地址，在等待連接釋放的時間之前，網關12經由IWF14傳送從主系統10發送到終端26的數據。當在經過等待連接釋放的時間之前需要完成附加的數據發送/接收時，網關12不斷更新與終端26的本征地址和電話號碼相關的IP地址，并將更新了的IP地址存儲在數據庫32中。對主系統10發送的數據來說，網關12得到終端26的IP地址，該地址與終端26的本征地址或電話號碼相關。使用得到的IP地址，網關12重新組合一個分組。同時，在使用通過IWF14的接入信道完成數據的發送/接收的地方，網關12使用RF調制解調器20和22，在經過等待連接釋放的時間之后發送數據。當在數據的發送/接收是通過RF調制解調器20和22來完成的情況下，網關12依據主系統10的要求發送控制/設置命令時，終端26經由RF調制解調器20和22發送一個對該命令的響應。主系統10附加請求的數據經由調制解調器而被傳送，直到經過等待連接釋放的時間。終端26保持預定的時間(等待連接釋放的時間)，直到接收到一個響應信號。
從上面的描述很明顯看出，根據本發明，當主系統和終端經由那些根據網關功能的調制解調器彼此連接時，來自主系統和終端的數據經過調制解調器而被傳輸，而當主系統和終端經由根據網關功能的IWF彼此連接時，數據經由IWF傳輸。換句話說，信道改變是根據狀態的改變來完成的。因此，有可能減少對主系統到終端的數據傳輸，和終端到主系統的數據傳輸的限制，同時得到在通信可靠性和最大效用上的改進。
根據本發明，提供了一種基于實時的快速通信架構，它能夠保證連續的通信流。根據本發明，當不再有附加通信時連接將被釋放，直到經過給定的等待連接釋放的時間。因此，有可能使重新連接所造成的時間上的浪費最小化。
本發明的上述實施例適用于電源監控系統，煤氣監控系統，水處理監控系統，遠程測量系統以及其他監控系統。
盡管為了說明的目的而公開了本發明的實施例，但本領域技術人員可以理解，在不脫離附加權利要求中所公開的本發明的范圍和實質條件下，各種修改、添加以及置換都是可能的。
權利要求
1.一種能夠上/下行連接的通信設備，包括經由CDMA網絡連接到至少終端的主系統，進一步包括網關，用于將主系統連接到CDMA網絡，并且經由連接主系統和終端的調制解調器，從主系統向終端傳送數據請求信號或命令信號，同時經由連接的調制解調器，從終端向主系統傳送一個響應信號或請求信號；以及PAD設備，用于將終端連接到CDMA網絡，并用于經由網關接收來自主系統的數據，并向終端發送接收到的數據，當終端想要自動向主系統發送其上生成的數據時，該PAD裝置檢查調制解調器的連接，當調制解調器處于非連接狀態時，它經由包含在CDMA網絡中的IWF單元向主系統發送生成的數據。
2.根據權利要求1所述的通信設備，其中網關通過接收來自主系統的數據，基于接收到的數據從一個數據庫中讀出與終端相關聯的調制解調器的電話號碼，在調制解調器—調制解調器的方式中基于讀出的電話號碼來接入終端，并經由PAD裝置向終端發送被接收數據，完成對接收自主系統的數據的傳輸。
3.根據權利要求1所述的通信設備，其中當在主系統和終端之間經由調制解調器的數據發送/接收之后經過預定時間之前，主系統和終端之間沒有更多數據要被發送/接收時，網關釋放其連接。
4.根據權利要求1所述的通信設備，其中網關包括主系統接口單元，用于執行到主系統的連接；數據庫，用于管理與終端和終端所監視的現場設備的終端的各個歷史記錄相關聯的調制解調器中的一個的電話號碼；終端接入管理單元，用于選擇到終端的接入信道；IWF接口單元，用于完成到IWF裝置的連接；以及調制解調器接口單元，用于執行到與網關相關的調制解調器中的一個調制解調器的串行連接。
5.根據權利要求4所述的通信設備，其中IWF接口單元基于終端的本征地址或電話號碼，連續不斷地更新終端的網際協議地址，以便于從主系統向與通過IWF設備的數據傳輸相關聯的終端發送應答。
6.根據權利要求1所述的通信設備，其中PAD設備包括調制解調器接口單元，用于執行到與一個與PAD設備相關聯的調制解調器中的一個串行連接；數據庫，用于監視PAD裝置到網關的連接狀態，同時選擇到網關的接入信道；調制解調器，用于控制經由相關聯的調制解調器進行的數據傳輸；協議處理單元，用于選擇性的處理PPP協議、TCP/UDP協議，以及發送/接收數據的專用協議；和終端接口單元，用于執行到終端的串行連接，同時處理與通信相關的控制信號。
7.根據權利要求1所述的通信設備，其中當在主系統和終端之間經由調制解調器的數據發送/接收之后經過預定時間之前，主系統和終端之間不再有數據要被發送/接收時，PAD裝置釋放其連接。
8.一種在通信系統中能夠進行上下行連接的通信方法，該系統包括主系統，連接到主系統的網關，以及連接到至少一個終端的PAD設備，并且將CDMA網絡和調制解調器排列在網關和PAD設備之間，其中嘗試使主系統到終端的通信能夠使用調制解調器—調制解調器連接所建立的接入信道來執行，以及嘗試使終端到主系統的通信能夠使用通過互通單元裝置所建立的接入信道來執行；以及在連接之后經過預定時間之前，主系統和終端之間生成的數據，經由當前建立的用于連接的接入信道被發送和接收。
9.根據權利要求8所述的通信方法，其中當在主系統和終端之間經由調制解調器的數據發送/接收之后經過預定時間之前，主系統和終端之間不再有數據要被發送/接收時，當前建立的接入信道被釋放。
10.根據權利要求8所述的通信方法，其中在調制解調器—調制解調器的接入信道依據主系統的請求而被建立的狀態中，自動從終端生成的數據經由調制解調器—調制解調器的接入信道被傳送到主系統。
11.根據權利要求8所述的通信方法，其中在IWF接入信道依據主系統的請求而被建立的狀態中，來自主系統的數據經由IWF接入信道被傳送到終端。
12.根據權利要求8所述的通信方法，其中依據終端請求使用IWF接入信道的連接是基于網關的IP地址、IWF裝置的電話號碼以及用于接入IWF裝置的密碼而產生的，所有這些都被存儲在PAD裝置中。
13.根據權利要求8所述的通信方法，其中當網關在使用IWF接入信道產生連接的狀態中接收來自終端的數據時，在數據接收之后經過預定時間之前，它經由IWF接入信道向終端發送主系統產生的響應或請求信號。
14.根據權利要求13所述的通信方法，其中網關連續不斷地更新與終端的本征地址或電話號碼相關的IP地址，將更新的IP地址存儲在數據庫中，為發自主系統的數據獲取與終端的本征地址和電話號碼相關的IP地址，使用得到的IP地址重新組合分組，并將該分組傳送到PAD裝置。
全文摘要
公開了一種在通信系統中能夠使用CDMA網絡進行上/下行連接而不需要任何額外費用來構造通信線路的通信設備和方法，該系統包括主系統，連接到主系統的網關，和連接到終端的PAD設備，CDMA網絡和調制解調器放置在網關和PAD之間。在該通信設備和方法中，嘗試使主系統到終端的通信能使用調制解調器－調制解調器連接建立的接入信道執行，和嘗試使終端到主系統的通信能使用通過互通單元裝置建立的接入信道執行。在連接之后經過預定時間之前，主系統和終端之間生成的數據經由當前建立的用于連接的接入信道被發送和接收。根據情況的改變執行信道改變。因此，可以減少對主系統到終端的數據傳輸和終端到主系統的數據傳輸的限制，同時得到通信可靠性和最大效用上的改進。
文檔編號G08C17/00GK1400801SQ0212693
公開日2003年3月5日 申請日期2002年7月25日 優先權日2001年7月28日
發明者樸種真 申請人:賽贏株式會社