CN101420386B - 多现场综合计量网络互联路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多现场综合计量网络互联路由方法，属于楼宇自动化技术领域。其中的中央处理器运行步骤为：路由表构建、设置路径、接受解析、记忆搜寻、路由表搜寻、协议转换、发送数据、记忆存储。完成一个转换循环后等待下一次路由转换操作。如果发现源协议类型与目标协议类型相同，则进行空转换，直接发送即可。各仪表之间经过第一次路由表搜寻后，便可记住路径，之后的数据传输凭“学习”后的记忆即可，本发明具有智能化的特点。

Description

多现场综合计量网络互联路由方法

技术领域

本发明涉及一种多现场综合计量网络互联路由方法，尤其是一种应用于楼宇综合计量的多种现场总线及以太网的路由方法，属于楼宇自动化技术领域。

背景技术

据申请人了解，目前在智能楼宇产业中存在着大量不同厂家的计量测控仪表，分别支持各种不同的协议和规约。由于现有的工业控制协议标准较多，各种测控仪表互相之间不能兼容，无法实现互操作，造成维护成本高昂。这样，在现有智能楼宇行业的应用中，各类测控仪表的互通互联，统一管理成为难以克服的问题，使得用户过多依赖于通过现场计量仪表选择计量控制设备或通过计量控制设备选择现场仪表，严重影响了楼宇计量设备在实际中的应用，制约了计量行业的发展。

并且，至今没有一种装置能够同时支持各种不同工业控制协议的现场计量仪表的通讯，充其量只能支持两种协议间的一对一转换，例如公开号为CN2819664的中国专利所公开的转换器，可以将非标准协议与总线协议进行一对一的转换，这样每一个终端设备都需要一个转换器，结果无疑会增加整体组网的成本和部署的复杂性。

又如公开号为CN101047592的中国专利申请，其技术方案侧重于将一种工业控制总线接入到TCP/IP网络，却无法支持两种工业控制仪表间的互通互联，实质上它只能作为一个转换器而存在。

发明内容

本发明的目的在于：针对智能楼宇中各种工业控制协议无法兼容导致的测控计量仪表难以互通互联的现状，提出一种多现场综合计量网络协议路由方法，从而使不同工业控制通信协议可以转换后互联。

为了达到以上目的，本发明的多现场综合计量网络协议互联路由方法由中央处理器经总线选择控制器通过各种已知通讯端口分别接对应已知地址的各仪表，所述中央处理器运行步骤如下：

第一步、路由表构建

将各种已知协议类型、通讯接口、仪表按排列组合顺序构建成由一组表项构成的路由表，所述各表项包括以下字段：

标识源端口即数据来源通讯端口的源端口字段，比如COM1；

标识源协议类型即来源数据协议类型的源协议类型字段，比如M-BUS、MODBUS，或者第三方协议等；

标识源地址即数据来源仪表地址的源地址字段，由此可知数据来自哪个仪表；

标识目标端口即发送数据通讯端口的目标端口字段，比如COM2；

标识目标协议类型即数据发送协议类型的目标协议类型字段，比如M-BUS、MODBUS，或者第三方协议等；

标识目标地址即发送数据仪表地址的目标地址字段，由此可知数据发送到哪个仪表；

第二步、设置路径

将来源协议类型与目标协议类型的协议转换程式设置在对应表项源协议类型和目标协议类型字段指引的路径上；

第三步、接受解析

通过已知源端口接受来自已知源地址、采用已知源协议类型的源数据包，解析出源数据包的目标端口、目标协议和目标地址；

第四步、记忆搜寻

根据上述源地址和目标地址搜寻记忆库，判断所述源地址和目标地址之间是否曾经通讯；如是则以对应的记忆路径为引导，转至第六步；如否则进行下一步；

第五步、路由表搜寻

根据已知源端口、源协议类型、源地址和解析出的目前端口、目标协议类型、目标地址搜寻路由表，找到具有对应字段的表项，并按所述表项的指引路径为引导；

第六步、协议转换

调取相应的协议转换程式，将采用源协议类型的源数据包转换为采用目标协议类型的目标数据包；

第七步、发送数据

将目标数据包通过目标端口发送到目标地址；

第八步、记忆存储

将上述源地址和目标地址以及相应的协议转换路径存储到记忆库。

到此，完成一个转换循环，等待下一次路由转换操作。容易理解，如果发现源协议类型与目标协议类型相同，则进行空转换，直接发送即可。各仪表之间经过第一次路由表搜寻后，便可记住路径，之后的数据传输凭“学习”后的记忆即可，因此本发明具有智能化的特点。

本发明进一步的完善是，所述第二步与第三步之间，还包括仪表位置动态搜寻：依次向每个端口发出查询指令，根据接受到的对应仪表响应，更新路由表中的相应表项。

此步骤也可以通过网管中心向路由装置发出刷新仪表位置命令时完成，即通过控制台来要求路由装置进行刷新。

这样，当各仪表接入其自身物理接口兼容的端口后(比如本发明可以有多个RS-485端口，则支持该RS-485协议的仪表可以接到任意一个端口)，只需要重新初始化，或者由网管中心发出指令即可重新获得仪表的位置，很快确定指定地址的仪表归属于哪一个端口，从而使各仪表可以动态地灵活部署在所需的各个端口。

本发明的主要有益效果可以归纳如下：

1、使用采用本发明的协议转换装置时，不兼容的工业控制通信协议可以在不同的介质中传输；相对于当前的各类转换器而言，可以实现动态地转换和调度，极大地增加了组网的灵活性。不必再为每台仪表配置转换器，节省了投资，而且当仪表升级或者协议改变时，可以从网络上及时更新本转换装置的转换和路由算法，十分方便快捷。

2、各种测控仪表所采用的测控协议通过映射规则，可以转换成为标准工业控制协议互联互通，从而实现对智能楼宇测控网络无法接入第三方协议的测控仪表进行了改进。

3、可以采用加密技术，防止通讯内容在网络上明文传输，极大地提高了楼宇测控网络的安全性。

4.支持方便地扩展到动态路由，服务质量QoS等的特殊特性，进一步将大型工业控制组网的灵活性提升到一个新的层次。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的硬件构成框图。

图2为图1实施例的现场布置示意图。

图3为图1实施例运行的逻辑框图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的多现场综合计量网络协议互联路由方法具体应用于楼宇多现场综合计量网络中，其硬件构成或称转换装置如图1所示，其中，中央处理器经总线选择控制器通过各种已知通讯端口RS232、RS485、M-BUS、CAN总线等，分别接对应已知地址的各仪表。该硬件部分除中央处理器外围的晶振、寄存器、I/O等之外，还包括：

1)电源电路——采用开关电源，可以在市电电压95V到240V范围正常工作，提供5V直流稳定输出。

2)总线选择控制器或称集线器端口：

a、Reset复位键：当按下该按键后，集线器中用户设定的资料将被删除，恢复出厂初始值。

b、工作状态指示：指示集线器当前工作状态，包括供电、所连端口数目、工作状态等

c、RS485接口：RS485接口为当前智能仪表主要的通信方式。两个RS485接口分别用作温控器等联网终端的通信接口和MODBUS协议的接口。

d、M-BUS接口：M-BUS由于具有比RS485更高的传输速度、更长的通信距离、更多的节点，更多的接线方式等诸多优点正被越来越广泛的应用，是智能仪表将来的发展方向。

e、CAN现场总线：CAN可以是对等结构，即多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，不分主从，通讯方式灵活。

f、RS232接口：作为常用的通信接口存在，同时可兼做程序升级口。g、以太网接口：可与电脑、ADSL等设备相连，从而具备远程控制、通信，便于数据采集、处理。

现场应用在各楼层与各仪表的连接关系如图2所示。中央处理器运行参见图3，具体步骤为：

1、初始化准备路由表，包括

构建理由表——将各种已知协议类型、通讯接口、仪表按排列组合顺序构建成由一组表项构成的路由表，所述各表项包括以下字段：标识源端口即数据来源通讯端口的源端口字段，比如COM1；标识源协议类型即来源数据协议类型的源协议类型字段，比如M-BUS、MODBUS，或者第三方协议等；标识源地址即数据来源仪表地址的源地址字段，由此可知数据来自哪个仪表；标识目标端口即发送数据通讯端口的目标端口字段，比如COM2；标识目标协议类型即数据发送协议类型的目标协议类型字段，比如M-BUS、MODBUS，或者第三方协议等；标识目标地址即发送数据仪表地址的目标地址字段，由此可知数据发送到哪个仪表。

设置路径——将来源协议类型与目标协议类型的协议转换程式设置在对应表项源协议类型和目标协议类型字段指引的路径上。

2、轮询各仪表，确定端口位置

各仪表可以接入到物理接口兼容的端口，比如支持RS-485协议的仪表可以接到任意一个相应端口。此时，需要解决的问题是确定指定地址的仪表归属于哪一个端口。在初始化后，根据配置的路由表中的地址和协议，向每个端口轮询，发出查询指令，如果收到对应仪表的响应时，也就确认了仪表的动态位置。由此再更新路由表中的表项，标记仪表的正确位置。简言之，即依次向每个端口发出查询指令，根据接受到的对应仪表响应，更新路由表中的相应表项。

3、接受解析，包括

接受数据包——通过已知源端口接受来自已知源地址、采用已知源协议类型的源数据包，通过查询分析，解析出源数据包的目标端口、目标协议和目标地址，

解析各端口所支持的协议类型通过比较判断，首先比较判断是否是可支持的协议类型，如是则进一步比较判断是否是有效的数据帧，如是则进行后续步骤。以上两次判断的结果如为否，则分别返回到继续接受数据包。

4、记忆搜寻

根据上述源地址和目标地址搜寻记忆库，判断所述源地址和目标地址之间是否曾经通讯；如是则以对应的记忆路径为引导，转至6；如否则进行下一步。

5、路由表搜寻

查询数据表，准备转换，具体为根据已知源端口、源协议类型、源地址和解析出的目前端口、目标协议类型、目标地址搜寻路由表，找到具有对应字段的表项，并按所述表项的指引路径为引导。

6、协议转换

调取相应的协议转换程式，将采用源协议类型的源数据包转换为采用目标协议类型的目标数据包。

7、发送数据

将目标数据包(协议帧)通过目标端口发送到目标地址。

8、记忆存储

将上述源地址和目标地址以及相应的协议转换路径存储到记忆库(缓存区)。

以上过程可以简单描述为：首先完成路由表的初始化；然后等待接受数据包。在接受到数据包之后，根据路由表，确定来源的协议类型。在完成有效性检查后，再查询路由表，确定目的协议的发送端口，发送地址，发送的协议类型。待转换协议完成后，将转换后的协议数据帧发送至指定端口。

由此可知，本实施例的转换装置可起到汇接区域内的不同接入协议的测控仪表的作用。对于M-BUS，MOD-BUS，及自定义协议等测控仪表的接入，本实施例的转换装置作为主站，对所接入的仪表进行不同协议的轮询，将需要的采集数据收集到本转换装置中，再通过以太网中的TCP/IP协议，送到总控中心。而总控中心下达的指令，经该装置送至各测控仪表。其中的集线器带有以太网接口，可利用大楼的综合布线系统接入局域网，安装简单，无需单独布线。服务器和多个集线器通过楼内局域网进行组网通讯。独特的加密技术及高速的以太网传输使得集线器与服务器之间通讯的安全性和实效性大大提高。大楼内的客户机可以通过局域网随时浏览各种仪表的实时数据、各个用户的当前状态及能耗等多种信息，远程用户则可以通过Internet的WEB浏览方式方便地进行远程访问。

总线选择控制器或称集线器有多个现场总线接口，支持CAN、M-BUS、MODBUS、自定义协议等多个协议设备的联网通讯和控制。其中申请人自定义的SIMBUS总线连接联网温控器，实现对温控器的联网控制和信息通讯，同时实现对中央空调或采暖系统末端的能量计量。CAN、M-BUS、MODBUS总线支持连接相应通讯协议的计量仪表。脉冲式计量仪表可以加装相应的适配器接入到总线。非标准的自定义协议的现场计量仪表可以连接到二次开发总线——SDBUS总线，通过二次开发来实现与集线器的通讯。

归纳起来，本实施例的楼宇多现场综合计量网络协议互联路由方法及转换装置采用灵活的路由表和协议转换的方式，达到各种工业控制协议相互转换和对接的目标，主要对以下几种现存的情况进行了改进：

1.对于数据链路层以上协议兼容但在不同物理介质中传输时，本转换装置处理通过路由表在不同的物理介质间转发各种工业测控数据包，可以达到兼容的测控仪表在不同物理网络中的互联。这样相对于已经存在的各种物理接口转换器，路由表可以动态地进行配置，灵活地扩展了测控仪表互通的范围，也不再需要为每台仪表配置适配器，极大地节省了成本。实际应用可以是在使用2个本转换装置的情况下，可以将多个孤立的M-BUS网络用TCP/IP网络连接起来，两个M-BUS网络可以相互远距离通信，且一个主站即可控制多个孤立工业控制网络。

2.对于协议在各层都不兼容的情况，且两者都属于主流协议，如M-BUS，MODBUS等，本转换装置对所承载的数据进行分析和整理，对于采集量和控制命令进行转换和对接，实现不同的测控仪表与本转换装置进行相互通信的功能，支持的协议包括M-BUS、MODBUS等。通过对协议字段的转换和整理，加入统一格式的封装帧，本转换装置实现不同工业协议间的动态转换，如M-BUS、MOD-BUS信号测量的互通，而且可以做到通过配置或者联网下载转换引擎的方式升级转换算法，相对于很多当前转换器由于仪表升级或者更换时，必须重新刷入程序的方式，提供了更大的灵活性。做出了很大程度地改进，也有效地扩展了各类仪表与本转换装置进行相互通讯的范围。例如，传输协议不同，但都基于RS485物理层协议传输的测控仪表可以同时作为从站接入到一根485总线上，汇集到本转换装置，这是传统的转换器无法支持的情况，却可以由装置灵活地支持。

3.对于自定义协议，本转换装置定义相应的转换规则，供第三方进行应用，增加组网的灵活性。除了主流的工业控制协议，市场上还存在着大量的自定义第三方协议；本转换装置对这部分测控仪表，内嵌第三方协议到M-BUS的适配器。第三方可采用定义的规则，可以将自己厂家的测控仪表的协议映射成M-BUS等主流协议。第三方需要使用本转换装置进行组网时：

1)在测控仪表必须作为从站汇接到本转换装置的中央处理器，且从站要有唯一的地址标识符；

2)本转换装置的中央处理器相当于主站的地位，轮询接入的第三方从站；接受到从站的数据(测量信息)后，将其转换成标准的M-BUS协议进行传输；同样，在接受到楼宇管理中心的控制指令时，再将控制指令转换成第三方协议，发往指定的从站；

3)与从站的适配协议可手工或者自动选择；

4)对于物理协议不同的第三方协议，如脉冲方式计量的情况，可配置适配器，将脉冲方式转换成标准的M-BUS协议，再与本转换装置进行对接。

本转换装置提供了第三方协议接入方法，对于目前各种私有协议无法互联的情况，做出了极大的改进。

4.对于在网络协议的安全性方面，在数据帧的字段中增加加密标识，标志数据帧中的数据是否加密，并采用相应的加密算法，防止数据帧在以太网上明文传输，增强系统的安全性。

在以太网上传输，安全也是重要的考虑因素。明文传输易被他人窃听或者攻击。本转换装置的中央处理器加入加密字段及算法，有效地提高测控网络的安全性，避免了现阶段大量测控协议处于被窃听或者攻击的可能。本转换装置在TCP/IP则可以设置不同的加密算法。支持的加密算法可由客户端和服务器端协商。

协商的基本过程为：客户端发起连接；连接后，客户端查询服务器可以支持的加密算法；

服务器端给出可以支持的加密算法；客户端从服务器支持的加密算法中，要求选择此种加密算法，发给服务器端请求，要求使用此种加密算法；服务器端应答，表示许可此种加密算法；双方进行加密通讯阶段；双方都用加密过的数据流进行通讯。

除了以上优势外，本转换装置还可以方便地扩展为动态的路由协议。即本转换装置和另外的路由装置间，可以如同以太网路由器那样，互相广播位置及路由表信息，自动形成最佳传输路径，避免由于设备更换，升级导致的手工配置路由表的繁多过程，提升了大型组网的灵活性，降低维护成本。

通过再次封装传输帧字段，QOS服务，即支持优先级的网络传输也成为可能。在组网时，偏向于实时的报警数据帧可以优于测量信号信息帧先行传输，使控制人员优先处理紧急信号。

这样，在实施上述方法及转换装置后，极大地提高了测控仪表的组网的灵活性和通讯的便捷性，各种测控仪表在互联上更为方便，使得本转换装置具备对计量表具的广泛适应性，从而使用户在选择表具时无需受计量控制设备的限制，使本转换装置在应用于楼宇综合计量时真正成为通用的计量控制器。在实际应用中，可以与智能楼宇的各测控仪表相结合组合成完整的楼宇综合计量系统，并可作为整个楼宇智能控制系统的一个有机的重要组成部分。

本实施例的方法及转换装置是基于各种工业控制协议(含以太网)相互转换的多协议路由装置。同时，本转换装置也提供灵活的开发接口，供第三方协议纳入标准的工业控制协议，正因为该协议转换装置具有如此的广泛适应性和灵活性，内置该装置的计量控制器也可以成为楼宇空调、采暖供热、水、热水、电、煤气、供氧等综合计量的通用控制设备。

Claims (4)

1.一种多现场综合计量网络互联路由方法，由中央处理器经总线选择控制器通过各种已知通讯端口分别接对应已知地址的各仪表，所述中央处理器运行步骤如下：

第一步、路由表构建

将各种已知协议类型、通讯接口、仪表按排列组合顺序构建成由一组表项构成的路由表，所述各表项包括以下字段：

标识源端口即数据来源通讯端口的源端口字段；

标识源协议类型即来源数据协议类型的源协议类型字段；

标识源地址即数据来源仪表地址的源地址字段；

标识目标端口即发送数据通讯端口的目标端口字段；

标识目标协议类型即数据发送协议类型的目标协议类型字段；

标识目标地址即发送数据仪表地址的目标地址字段；

第二步、设置路径

将来源协议类型与目标协议类型的协议转换程式设置在对应表项源协议类型和目标协议类型字段指引的路径上；

仪表位置动态搜寻，即依次向每个端口发出查询指令，根据接受到的对应仪表响应，更新路由表中的相应表项；

第三步、接受解析

比较判断源数据包是否是可支持的协议类型，如是则进一步比较判断是否是有效的数据帧，如是则进行后续步骤；以上两次判断的结果如为否，则分别返回继续接受数据包；

通过已知源端口接受来自已知源地址、采用已知源协议类型的源数据包，解析出源数据包的目标端口、目标协议和目标地址；

第四步、记忆搜寻

根据上述源地址和目标地址搜寻记忆库，判断所述源地址和目标地址之间是否曾经通讯；如是则以对应的记忆路径为引导，转至第六步；如否则进行下一步；

第五步、路由表搜寻

根据已知源端口、源协议类型、源地址和解析出的目标端口、目标协议类型、目标地址搜寻路由表，找到具有对应字段的表项，并按所述表项的指引路径为引导；

第六步、协议转换

调取相应的协议转换程式，将采用源协议类型的源数据包转换为采用目标协议类型的目标数据包；

第七步、发送数据

将目标数据包通过目标端口发送到目标地址；

第八步、记忆存储

将上述源地址和目标地址以及相应的协议转换路径存储到记忆库。

2.根据权利要求1所述多现场综合计量网络互联路由方法，其特征在于：对于互不兼容的主流协议，通过对协议字段的转换和整理，加入统一格式的封装帧。

3.根据权利要求2所述多现场综合计量网络互联路由方法，其特征在于：对于自定义协议，定义供第三方应用的转换规则，所述第三方进行组网时，具有唯一地址标识符的测控仪表作为从站汇接到所述中央处理器；所述中央处理器，轮询接入的所述从站；接受到从站的数据后，将其转换成标准的M-BUS协议进行传输。

4.根据权利要求3所述多现场综合计量网络互联路由方法，其特征在于：所述通讯端口包括RS232、RS485、M-BUS、CAN总线端口。

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