一种基于控制器架构的5G通信装置的制作方法

一种基于控制器架构的5g通信装置
技术领域
1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于控制器架构的5g通信装置。


背景技术：

2.第五代移动通信技术(5th generation mobile communication technology，简称5g)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。itu定义了5g八大关键性能指标，其中高速率、低时延、大连接成为5g最突出的特征，用户体验速率达1gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。现有技术中，5g技术对系统硬件要求高，并且一般使用linux操作系统，功耗大，导致开发成本高，还增加了延时，对于通信而言，过高的硬件性能其实并未得到充分利用，造成资源的严重浪费，在电力通信领域，通信速度和低延时是最核心的需求和功能


技术实现要素：

3.基于上述问题，本发明提供一种基于控制器架构的5g通信装置，旨在解决现有的5g通信功耗大、成本高、延时长等技术问题。
4.一种基于控制器架构的5g通信装置，包括控制器和5g模组；所述控制器和所述5g模组通过usb线束进行连接；
5.所述控制器内封装有操作接口和数据接口，所述5g模组封装有多协议通信数据接口，所述操作接口和数据接口通过所述usb线束与所述多协议通信数据接口建立连接；
6.所述控制器通过所述操作接口对所述5g模组进行操作；所述控制器通过所述数据接口与所述5g模组进行业务数据交互。
7.所述控制器上运行实时操作系统。
8.进一步的，所述控制器使用lwip协议栈。
9.进一步的，所述控制器包含配电自动化系统应用协议，所述控制器还与配电设备建立通信连接，所述5g模组与配电基站连接。
10.进一步的，所述控制器在检测到5g模组插入时，首先复位usb总线，获取5g模组的速度信息、枚举和获取所述数据接口和所述操作接口，以及并枚举和获取所述5g模组的设备信息，之后与所述5g模组进行业务数据交互。
11.进一步的，所述5g模组的所述设备信息包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符；
12.所述控制器枚举出所述设备信息之后，按照如下顺序依次请求并获取所述设备描述符、所述配置描述符、所述接口描述符以及述端点描述符。
13.进一步的，所述数据接口为usb_ecm接口，所述操作接口为at指令接口；
14.at指令接口用于实现所述控制器对所述5g模组进行所述设备信息的枚举和读取；
15.所述usb_ecm接口用于实现所述控制器和所述5g模组之间的以太网的业务数据交互。
16.进一步的，所述控制器获取所述设备信息之后通过所述at指令接口进行执行拨号流程使所述5g模组接入5g网络，所述拨号流程依次包括：识别所述5g模组的sim卡信息；设置运营商网络标识、确认网络模式；确认所述5g模组已经注册分组交换域；、确认获取到基站分配的ip地址；以及进行ip、dns和路由配置；
17.所述控制器在执行完成拨号流程之后，实现所述5g模组与所述基站的业务数据传输。
18.进一步的，所述网络模式包括2g模式、3g模式、4g模式以及5g模式；
19.当所述控制器连续超过第一预设时间仍然检测到所述网络模式不为所述5g模式时，复位所述5g模组。
20.进一步的，所述控制器在连续超过第二预设时间仍然未识别到所述sim卡时，复位所述5g模组。
21.进一步的，所述控制器在连续预设次数仍然未获取到所述ip地址后，回到识别所述5g模组的sim卡信息的流程。
22.本发明的有益技术效果在于：基于rtos实时操作系统实现5g通信模块的开发，控制器实现usb host功能，采用usb线束与5g模组连接，功耗低，通信延时更小，体积小，成本低。
附图说明
23.图1为本发明一种基于控制器架构的5g通信装置的架构示意图；
24.图2为本发明一种基于控制器架构的5g通信装置的软件框架示意图；
25.图3为本发明一种基于控制器架构的5g通信装置的控制器对5g模组初始化操作示意图；
26.图4为本发明一种基于控制器架构的5g通信装置的基本信息读取示意图；
27.图5为本发明一种基于控制器架构的5g通信装置的拨号流程示意图。
具体实施方式
28.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作出创造性劳动的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。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
31.参见图1，本发明提供一种基于控制器架构的5g通信装置，包括控制器和5g模组；所述控制器和所述5g模组通过usb线束进行连接；
32.所述控制器内封装有操作接口和数据接口，所述5g模组封装有多协议通信数据接口，所述操作接口和数据接口通过所述usb线束与所述多协议通信数据接口建立连接；
33.所述控制器通过所述操作接口对所述5g模组进行操作；所述控制器通过所述数据接口与所述5g模组进行业务数据交互。
34.所述控制器上运行实时操作系统。
35.控制器，即mcu，具备usb host功能，与m.2接口的5g模组通过usb端口通信，并且采用rtos实时操作系统，相比传统的linux方案，功耗低，通信延时更小，成本更低。此外，控制器 5g模组的方案，体积更小，可方便的集成到电力配电设备中，实现配电设备的5g功能接入，满足电力低延时的要求。
36.控制器选择高性能mcu作为数据处理器，使用usb3.0与5g模组进行数据交互。
37.5g模组选择m.2接口即多协议通信数据接口，可支持兼容不同厂家的5g模块，实现不同产家的5g模块的快速切换。
38.进一步的，所述控制器使用lwip协议栈。
39.控制器在软件层面使用lwip协议栈，处理5g模组从网络中收发的交互数据，功能实现自主可控。
40.进一步的，所述控制器包含配电自动化系统应用协议，所述控制器还与配电设备建立通信连接，所述5g模组与配电基站连接。
41.所述控制器的应用层面包含配电自动化系统应用协议dlt634.5104、dlt634.5101，以及设备状态管理，实现控制器与配电设备的数据交互。
42.进一步的，所述数据接口为usb_ecm接口，所述操作接口为at指令接口；
43.at指令接口用于实现所述控制器对所述5g模组进行所述设备信息的枚举和读取；
44.所述usb_ecm接口用于实现所述控制器和所述5g模组之间的以太网的业务数据交互。
45.参见图2，给出了本发明的5g通信装置的软件系统框架，在控制器和5g模组通过usb线束连接，控制器中包括at指令接口和usb_ecm接口两类，mcu支持lwip协议栈功能、at指令发送，支撑usb_ecm接口和usb底层驱动，控制器在插入5g模组之后，枚举ecm类接口和at指令类接口，通过at指令类接口对5g模组进行初始化操作、错误检测以及读取信息等功能，ecm类接口主要用于以太网业务数据的传输。
46.进一步的，所述控制器在检测到5g模组插入时，首先复位usb总线，获取5g模组的速度信息、枚举和获取所述数据接口和所述操作接口，以及并枚举和获取所述5g模组的设备信息，之后与所述5g模组进行业务数据交互。
47.进一步的，所述5g模组的所述设备信息包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符；
48.所述控制器枚举出所述设备信息之后，按照如下顺序依次请求并获取所述设备描述符、所述配置描述符、所述接口描述符以及述端点描述符。
49.参见图3-4，控制器在检测到有设备插入端口时，首先进行usb总线复位，复位usb端口、读取5g模组的速度信息，为实现与5g模组的双向通讯开启两个通道，枚举数据接口和操作接口，之后枚举5g模组的设备信息，包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符，枚举完成之后，为请求设备信息做准备，之后依次请求和获取设备信息，例如按照设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符的顺序，完成对5g模组的初始化操作，完成相应配置，与5g模组开始进行业务数据交互。
50.进一步的，所述控制器获取所述设备信息之后通过所述at指令接口进行执行拨号流程使所述5g模组接入5g网络，所述拨号流程依次包括：识别所述5g模组的sim卡信息；设
置运营商网络标识、确认网络模式；确认所述5g模组已经注册分组交换域；确认获取到基站分配的ip地址；以及进行ip、dns和路由配置；
51.所述控制器在执行完成拨号流程之后，实现所述5g模组与所述基站的业务数据传输。
52.进一步的，所述网络模式包括2g模式、3g模式、4g模式以及5g模式；
53.当所述控制器连续超过第一预设时间仍然检测到所述网络模式不为所述5g模式时，复位所述5g模组。
54.进一步的，所述控制器在连续超过第二预设时间仍然未识别到所述sim卡时，复位所述5g模组。
55.进一步的，所述控制器在连续预设次数仍然未获取到所述ip地址后，回到识别所述5g模组的sim卡信息的流程。
56.参见图5，图5展示拨号业务流程，在完成5g模组初始化之后，枚举5g模组侧的数据接口和操作接口，若在预定时间内例如90秒内未收到数据接口和操作接口信息，重新对所述5g模组进行初始化操作，或者延迟预定时间例如5秒之后再次发送at指令，等待5g模组的回复。当于5g模块建立连接之后，通过at指令查询5g模组通信系统的基本信息，包括获取5g模组通信系统的国际移动设备识别码imei，查询批次号s/n(s/n码指的是手机串号里的序列号)，设定电话机能，即查询通信系统的正常工作模式，以及查询通信系统使用的固件版本号。使用at指令判断是否识别到sim卡，ready说明识别到sim卡，若在预定时间内例如90秒内未识别到sim卡，则复位5g模组。在查询基本信息时，还包括通过at指令设置pin码。在识别确定sim卡之后，通过at指令设置apn，即设置运营商网络标识，apn由运营商提供，并且可以在注册ps域之后，查询该设置结果。设置apn之后，使用at指令确认网络信号指标是否正常，即目前5g模组所处的网络模式，包括2g/3g/4g/5g模式，若不是5g网络模式，连续查询预定时间例如90秒之后仍然不是5g网络模式，则复位5g模组。确认是5g网络模式后，通过at指令确认所述5g模组已经注册分组交换域即ps域，如果查询超过预定时间例如90秒，仍然未注册ps域，则复位5g模组。确认ps域注册之后，通过at指令检测是否获取到基站分配的ip地址，at指令例如at gtrndis＝1，当出现以下四种情况之一时，表示不存在ip地址：(1)收到 gtrndis:1,“ip地址”；(2)收到error；(3)收到 gtrndis：0；(4)未出现(1)-(3)的情况，并且超过预定时间，例如210秒超时。当出现上述四种情况时，再次使用at指令检测ip地址，若连续使用预定次数例如5次之后仍然未检测到ip地址，则重新回到使用at指令判断是够识别到sim卡的步骤流程。当检测到ip地址之后，控制器基于动态主机配置协议实现ip、dns以及路由的配置。配置完成后，控制器便可以通过5g模组与基站进行数据的收发。从而完成拨号流程。若在数据收发过程中，在数据终端时，控制器可以尝试重新发送数据，连续尝试5次以上仍然失败，则复位5g模组。
57.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。