一种船载数据通信切换系统
技术领域
本发明涉及海洋通信领域，特别是涉及一种船载数据通信切换系统。
背景技术
海上无线通信几乎是船上渔民对外联系、岸上船东和家人获取船上信息的唯一途径，对于渔船安全、应急救灾、渔获信息、船员状态、船载设备状态等信息获取具有重要作用。近几年，4G通信技术在陆地通信系统正蓬勃发展，日益显示出在数据带宽方面的优势。利用沿海4G网络不仅能够实现基本的视频和语音通信、数据传输、远程监控等功能，还能够提供高效的海面增值服务。通过采用多天线增强技术、加大发射功率、合适的基站选址等方案，4G信号海面覆盖范围可以达到70km。而中继技术在4G通信中的大量使用，为实现海上借助岛、礁石、浮标等地形和设施进行更大范围的海上覆盖提供了可能。
渔业船舶一般吨位较小，频繁在渔港和作业海域往来。目前中国渔业还是薄弱行业，广大渔民还属于收入较低的人群，对通信成本的高低较为敏感。4G通信可以很好的解决渔民在近海、近岛和渔港内的通信需求。
但渔业捕捞作业区域一般情况是超过4G信号覆盖范围，基于这缺陷，现有技术中一般采用卫星通信。卫星通信具有广域覆盖、几乎不受天气和地理条件的影响、可全天时全天候工作等优点，且其系统抗毁性强，在自然灾害、突发事件等紧急情况下依旧能够正常工作。据不完全统计，截至2017年底，至少有2万艘渔船安装和使用卫星通信设备。但卫星通信设备资费偏高，限制了卫星通信在渔业中的应用，即便有部分船舶安装卫星通信设备，也会限制船上人员的使用时长和频次。
这种情况下，一个可行的解决方案是，在有4G信号覆盖的情况下，尽量采用4G通信实现船岸信息的传输。在没有4G信号覆盖的情况下，采用卫星通信实现船岸信息的传输。传统这两种通信方式的切换一般采用人工选择的方式，这就需要人为去判断是否需要进行信号切换。由于是否存在4G信号人工很难及时了解，即便了解也需要频繁切换，造成切换不及时或误切换等问题的发生，进而会造成渔船航行到无4G信号覆盖的情况下，未及时切换到卫星通信链路，产生通信中断，渔船失联的状态；或是，造成船航行到有4G信号覆盖的情况下，未及时切换到4G网络，继续实用卫星通信流量，产生资费浪费的问题。此外，在有视频监控的情况时，视频监控设备也需要手动进行切换，操作繁琐。
因此，提供一种能够自主进行通信信号切换的船载数据通信系统，是本领域亟待解决的一个技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，且能够自主进行通信信号切换的船载数据通信切换系统，以降低船载通信成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种船载数据通信切换系统，包括：工控机、4G通信收发机、卫星通信收发机、多路开关和网络视频录像机；
所述工控机的第一网口与所述4G通信收发机的第一信号接口连接；所述工控机的第二网口与所述卫星通信收发机的第一信号接口连接；所述工控机的控制端口与所述多路开关的信号输入接口连接；所述多路开关的第一网口与所述4G通信收发机的第二信号接口连接；所述多路开关的第二网口与所述卫星通信收发机的第二信号接口连接；所述多路开关的第三网口与所述网络视频录像机的信号输出口连接；
所述工控机用于实时检测所述4G通信收发机的通信链路的通信状态，并用于根据所述通信链路的通信状态选择是与所述4G通信收发机进行信号交互，还是与所述卫星通信收发机进行信号交互；所述工控机还用于根据通信链路的通信状态生成选择信号；所述多路开关用于根据所述选择信号将所述网络视频录像机接入4G通信网络或卫星通信网络；所述通信链路的通信状态为存在4G通信信号。
优选的，所述工控机还包括多个连接端口；每一所述连接端口均连接有一数据源；所述数据源用于与所述工控机进行信源数据的交互。
优选的，所述4G通信收发机包括：4G天线；
所述4G天线用于进行4G无线信号和电信号间的转换。
优选的，所述卫星通信收发机包括：卫星通信天线；
所述卫星通信天线用于进行卫星无线信号和电信号间的转换。
优选的，所述多路开关包括：FPGA和选择开关；
所述FPGA与所述选择开关连接；所述FPGA用于根据所述选择信号切换所述选择开关的连接通路。
优选的，所述选择开关为单刀双掷开关。
优选的，所述船载数据通信切换系统还包括多个摄像机；
多个所述摄像机均与所述网络视频录像机连接；所述摄像机用生成视频数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的船载数据通信切换系统，通过工控机根据通信链路的通信状态，自主选择通信通信方式，并通过判断通信状态选择网络视频录像机中的视频数据是接入到4G网络还是接入到卫星通信网络中，进而通过采用4G通信收发机或卫星通信收发机与陆地进行通信数据的交互。
并且，本发明提供的船载数据通信切换系统，仅采用工控机、4G通信收发机、卫星通信收发机、多路开关和网络视频录像机就可以完成通信链路的自主选择，具有结构简单、成本低廉的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种船载数据通信切换系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中多路开关的结构示意图；
图3为本发明提供的船载数据通信切换系统的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种结构简单，且能够自主进行通信信号切换的船载数据通信切换系统，以降低船载通信成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的一种船载数据通信切换系统的结构示意图，如图1所示，一种船载数据通信切换系统，包括：工控机、4G通信收发机、卫星通信收发机、多路开关和网络视频录像机。
工控机的第一网口与4G通信收发机的第一信号接口连接。工控机的第二网口与卫星通信收发机的第一信号接口连接。工控机的控制端口(RS485)与多路开关的信号输入接口连接。多路开关的第一网口(网口1)与4G通信收发机的第二信号接口连接。多路开关的第二网口(网口2)与卫星通信收发机的第二信号接口连接。多路开关的第三网口(网口3)与网络视频录像机的信号输出口连接。
工控机用于实时检测4G通信收发机的通信链路的通信状态，并用于根据通信链路的通信状态选择是与4G通信收发机进行信号交互，还是与卫星通信收发机进行信号交互。工控机还用于根据通信链路的通信状态生成选择信号。即，工控机负责是否进行通信网络切换的判断，以及进行视频传输网络的选择等工作。
多路开关用于根据选择信号将网络视频录像机接入4G通信网络或卫星通信网络。网络视频录像机用于将多路摄像机数据进行保存和外发。其中，上述通信链路的通信状态为存在4G通信信号。
其中，为了进一步完善本发明提供的技术方案，上述4G通信收发机包括：4G天线。4G天线用于进行4G无线信号和电信号间的转换。上述卫星通信收发机包括：卫星通信天线。卫星通信天线用于进行卫星无线信号和电信号间的转换。基于这一设置，可以便于船与近海、近岛及渔港内进行4G网络或卫星通讯的数据接收和发送。
作为本发明的一优选实施例，上述工控机还包括多个连接端口(端口1，端口2，……，端口N)。每一连接端口均连接有一数据源(数据源1，数据源2，……数据源N)。数据源用于与工控机进行信源数据的交互。其中，端口的具体数量依据实际需要进行选择。
基于这一设置，工控机通过多个连接端口接收和发送各数据源的信源数据。这些连接端口可以是网口、USB、RS232、RS485等端口。其中，工控机内嵌各个端口通信协议解析功能，以便对采集到的数据进行打包，以及对岸上传来的数据进行解包。
作为本发明的另一优选实施例，如图2所示，上述多路开关包括：现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)和选择开关。该选择开关优选为选择开关为单刀双掷开关。
FPGA与选择开关连接。FPGA用于根据选择信号切换选择开关的连接通路。
多路开关的具体切换过程为：由工控机进行控制，根据通信链路状态，负责将视频数据接入到4G网络或卫星通信网络。也就是，当选择4G进行视频传输时，将网口3与网口1进行连通，当选择卫星通信进行数据传输时，将网口3与网口2进行连通。其中，这一切换过程由FPGA负责。
此外，为了能够对船上及其周围环境进行全方位的数据监测，本发明提供的船载数据通信切换系统还包括多个摄像机(摄像机1，摄像机2，……，摄像机M)。多个摄像机均与网络视频录像机连接。摄像机用生成视频数据。
下面对本发明提供的船载数据通信切换系统的具体工作流程进行说明，以使本发明提供的船载数据通信切换系统的优点更加鲜明。
本发明提供的船载数据通信切换系统的工作过程中所进行的通讯链路的切换原则主要遵循两点：1)有4G网络时，尽量使用4G网络。2)正在进行视频传输时，尽量不要进行切换。
基于这一通讯链路切换原则，通信链路自动切换的过程如图3所示，主要包括：
开启整个系统。
由主控机关闭卫星通信链路，这是为了检测是否可以进行4G通信做准备。因为卫星通信信号覆盖一直存在，如果不先关闭卫星通信链路，主控机检测通信网络将是一直畅通，这样无法确定是否可以进行4G通信。
多路开关选择网口1和网口3联通。也就是将网络视频录像机切换到4G通信网络，这一切换过程由主控机通过R485接口进行控制。
这时主控机通过“PING”命令的方式检查系统对外通信是否联通。如联通，就等待T1分钟后再进行检查。其中，T1可以是一个相对短的时间，如1分钟、2分钟等。上述检查不会影响系统对外的正常通信过程，能够避免出现长时间断网的情况。如果未联通，这时4G通信信号无覆盖，无法使用4G通信。
在无法使用4G通信的情况下，需要将多路开关选择网口2和网口3联通。也就是将网络视频录像机切换到卫星通信网络，这一切换过程由主控机通过R485接口进行控制。
由主控机开启卫星通信，系统转换为处在卫星通信状态下工作。
等待T2分钟后在进行检查，T2可以是一个相对较长的时间，如10分钟、20分钟。该检查过程中需要先关闭卫星通信才能进行，会造成短暂的通信断路，影响系统对外的正常通信过程。为了确保视频数据的正常传输，在进行通信链路检查前需要先确认是否有视频正在传输，如果有，则暂时不进行检测。如果没有，进行检查。
同样，检查前由主控机关闭卫星通信链路，这是为了检测是否可以进行4G通信做准备。同样的，因为卫星通信信号覆盖一直存在，如果不先关闭卫星通信链路，主控机检测通信网络将是一直畅通，这样无法确定是否可以进行4G通信。检测方法同样是主控机通过“PING”命令的方式检查系统对外通信是否联通，如联通，证明可用4G通信，此时切换进入4G通信过程。如果未联通，则以为4G通信信号无覆盖，无法使用4G通信，此时返回卫星通信过程。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
