[發明專利]一種網絡通信系統及其通信實現方法

有效

• 申請號: 202011568604.8
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112769598B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 陳吉紅;楊建中;馮冰艷;代超仁;王蕭;晏嫚;詹博異
• 申請（專利權）人: 武漢華中數控股份有限公司;華中科技大學
• 主分類號: H04L41/14
• 分類號: H04L41/14;H04L43/10
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;李歡

本發明提供了一種網絡通信系統及其通信實現方法，屬于工業自動化技術領域，網絡通信系統包括NC?Link信息模型、傳輸報文模塊、IP和TSN；NC?Link信息模型用于獲取發送終端設備傳輸的發送數據；傳輸報文模塊用于建立發送終端設備與接收終端設備間的端口連接、數據通道以及通道對應的消費隊列，并將發送數據傳輸至各消費隊列；其中，消費隊列個數大于等于1；數據通道包括實時數據通道和非實時數據通道；傳輸報文的報文格式包括終端源端口、目的端口、數據狀態、時間戳、數據包序號、數據包確認號，啟動連接、終止連接、響應、控制和數據。本發明同時兼容了多源異構數控系統和傳輸數據的實時準確性。

技術領域

本發明屬于工業自動化技術領域，更具體地，涉及一種網絡通信系統及其通信實現方法。

背景技術

隨著生產過程數字化程度地不斷提高，要求工業通信越來越具有開放性、穩健性、確定性和靈活性。只有通信和響應極其敏捷的產線才能確保快速可靠地生產個性化產品，同時滿足嚴格的交付計劃。

時間敏感網絡(簡稱TSN)系列標準，針對實時優先級、時鐘等關鍵服務定義了統一的技術標準。因為在傳統工業生產環境中，大量工業應用(例如機器控制、流程控制等)對實時通信有著迫切需求，以保證高效和安全的生產流程。

現階段實時以太網相繼推出并投入到了各自產品的應用中，相比現場總線來講，實時以太網具有更高的數據傳輸速率，目前已經達到百兆、千兆速率，甚至有些可以提供萬兆的帶寬。采用標準的IEEE802.3網絡，可以使用不同的物理介質和拓撲結構。但是，實時以太網技術只能暫時提供網絡互聯、數據互通這兩個層面的技術支撐，而且這些技術僅能將各自的產品進行互聯互通，無法在不同產品之間使用，極大限制了整個物聯網互通的發展。

MTConnect協議用于機床設備的互聯互通，但是尚未實現工業以太網的實時傳輸。OPC UA over TSN實現了Client-Server和OPC UA Pub-Sub兩種方案，其基于TCP的連接是1:1的通信關系，在通信過程中設備可能因為管理多個會話導致設備過載，則需要電路技術負責以及成本高昂的服務器。雖然OPC UA Pub-Sub基于UDP/IP可以實現1：n的通信關系，但UDP是無連接的傳輸協議，因此該通信的實現方式不能明確保證服務質量。

NC-Link是數控機床互聯通訊協議標準。基于NC-Link信息模型具有靈活性和可擴充性，NC-Link可以兼容現有的主流工業互聯的數據交互協議，包括OPC UA、MTConnect等。

如圖1所示為NC-Link的體系結構，包括數控裝備層、NC-Link層和應用系統層。NC-Link的體系結構中“適配器→代理器→應用系統”三級數據互通架構可以實現多源異構數控系統的兼容，但暫時還未實現一套實時性的解決方案。根據需要傳輸數據的特點，既要保證實時數據的實時到達，又要保證非實時數據的準確性，若使用OPC-UA進行數據傳輸，則在編程上更加復雜，同時，對設備要求也更高。其中，TCP為傳輸控制協議；UDP為用戶數據報協議；IP為網際互連協議。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種網絡通信系統及其通信實現方法，旨在解決現有NC-Link體系結構無法同時兼容多源異構數控系統和傳輸數據的實時準確性問題。

為實現上述目的，本發明一方面提供了一種傳輸報文模型，包括傳輸報文和臨時空間；

傳輸報文用于建立發送終端設備與接收終端設備的端口連接，并記錄發送數據的傳遞信息；

臨時空間在發送終端設備發起端口連接時開辟；分為實時數據區和非實時數據區，實時數據區和非實時數據區分別用于提供添加有消費隊列的實時數據通道和非實時數據通道；消費隊列用于添加接收終端設備的端口；

其中，消費隊列個數大于等于1；所述傳輸報文的報文格式包括終端源端口、目的端口、數據狀態、時間戳、數據包序號、數據包確認號，啟動連接、終止連接、響應、控制和數據。