CN101719876A - 网络通信调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种网络通信调度方法及系统，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，所述方法包括：每个次级微网段内的各次级从通信设备采集设备数据，并按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备；所述次级主通信设备从所述数据中提取需要的数据并缓存所述需要的数据；每个次级微网段内的次级主通信设备按照预先设置的调度顺序依次向所述一级主通信设备发送所缓存的所述需要的数据。本发明实施例提高了网络通信调度的实时性能。

Description

网络通信调度方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及网络通信调度方法及系统。

背景技术

现有技术中基于以太网的分时通信调度系统中包含一个主控节点和若干从节点，所述从节点均接受主控节点的调度，这种通信调度系统解决了系统的确定性通信问题。但是通信系统的最小通信周期会随着系统规模的增大而线性增加，导致系统规模较大时难以满足实时性能的需求；另外，对于基于以太网的网络工业控制，其需要传输实时数据具有短、快、周期性强的特点，而现有的通信调度方法受到以太网最小报文长度限制，例如100Mbps以太网中最小报文长度为64字节，所以即使需要传输长度较短的数据时，例如2字节，也要发送64字节报文，因此浪费了系统的带宽资源。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种网络通信调度方法及系统，以解决现有技术中网络通信调度的实时性不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

一种网络通信调度方法，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，所述方法包括：

每个次级微网段内的各次级从通信设备采集设备数据，并按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备；

所述次级主通信设备从所述数据中提取需要的数据并缓存所述需要的数据；

每个次级微网段内的次级主通信设备按照预先设置的调度顺序依次向所述一级主通信设备发送所缓存的所述需要的数据。

所述按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备包括：

将采集到的所述设备数据组合成报文并缓存所述报文；

当预设周期到达时，将所述缓存的报文依次发送至所述次级微网段内的次级主通信设备。

还包括：

当所述次级主通信设备向所述一级主通信设备发送所述需要的数据的同时，所述次级主通信设备向其所在的次级微网段内的次级从通信设备发送来自所述一级主通信设备的数据。

一种网络通信调度方法，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，所述方法包括：

主网段内的一级主通信设备接收到各次级微网段内的次级主通信设备发送的报文后，根据所述报文生成控制数据；

一级主通信设备按照预设周期将所述控制数据发送至对应的次级主通信设备；

所述次级主通信设备从所述控制数据中提取需要的数据，并将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送。

所述次级主通信设备将需要的数据按照预设的调度顺序向次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送包括：

每个次级微网段内的次级主通信设备将所述需要的数据同时向所述次级微网段内的次级从通信设备发送；或者，

每个次级微网段内的次级主通信设备按照先后顺序依次将所述需要的数据向所述次级微网段内的次级从通信设备发送。

还包括：

当所述次级主通信设备将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送的同时，所述次级主通信设备向所述一级主通信设备发送所述需要的数据。

一种网络通信调度系统，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，

所述每个次级微网段内的各次级从通信设备，用于采集设备数据，并按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备；

所述每个次级微网段内的各次级主通信设备，用于从所述数据中提取需要的数据并缓存所述需要的数据，并按照预先设置的调度顺序依次向所述一级主通信设备发送所缓存的所述需要的数据。

所述每个次级微网段内的各次级主通信设备，还用于当所述次级主通信设备向所述一级主通信设备发送所述需要的数据的同时，向其所在的次级微网段内的次级从通信设备发送来自所述一级主通信设备的数据。

一种网络通信调度系统，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，

所述主网段内的一级主通信设备，用于接收到各次级微网段内的次级主通信设备发送的报文后，根据所述报文生成控制数据，并按照预设周期将所述控制数据发送至对应的次级主通信设备；

所述主网段内的次级主通信设备，用于从所述控制数据中提取需要的数据，并将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送。

所述主网段内的次级主通信设备，还用于当所述次级主通信设备将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送的同时，向所述一级主通信设备发送所述需要的数据。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本申请实施例中将网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，主网段包含一级主通信设备和若干次级主通信设备，每个所述次级微网段包含一个次级主通信设备和若干次级从通信设备。在包含通信设备众多的大型控制系统中，由于将网络划分为了两级微网段，因此一级主通信设备和众多次级从通信设备之间可以通过相应的次级主通信设备进行通信调度，由此作为主控设备的一级主通信设备不再直接调度所有的通信设备，而是通过若干次级主通信设备分别对相应的次级从通信设备进行调度，由此提高了网络通信调度的实时性能；并且，由于每个次级主通信设备将属于同一次级微网段内的次级从通信设备发送的数据进行统一组合，因此当每个次级从通信设备发送的数据较短时，可以组合成网络最小报文长度后发送，由此节约了系统带宽资源。

附图说明

图1为本发明网络通信调度方法的第一实施例流程图；

图2为本发明网络通信调度方法的第二实施例流程图；

图3为一种应用本发明方法实施例的系统结构示意图；

图4为另一种应用本发明方法实施例的系统结构示意图；

图5为本发明一种网络通信调度的示意图；

图6为本发明另一种网络通信调度的示意图；

图7为应用本发明网络通信调度方法的PLC系统结构示意图。

具体实施方式

在如下本发明的多个实施例中提供了网络通信调度方法及系统。本发明的所有实施例都可以应用于大规模控制类通信系统中，这些实施例将大规模网络划分为主网段(也可称为一级微网段)和次级微网段，每个次级微网段并行、独立、相互配合地进行通信调度，一级微网段通过数据重组方式对下级微网段进行整体通信调度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

网络大规模控制系统中包含多种类型的节点，其中至少有一个节点是用来控制其他节点工作的控制设备，该设备通常作为主通信设备，至少有一个节点用于连接各级微网段的网络耦合模块，该模块通常作为次级主通信设备，至少有一个节点是受控制设备控制的输入、输出节点，这些节点通常作为从通信设备。其中，大规模控制系统可以是可编程逻辑逻辑控制器PLC，在PLC中控制设备可以是CPU，网络耦合模块可以是连接各机架的通讯模块，输入、输出节点可以是I/O模块。

在本发明实施例的大规模控制系统中，主网段和若干次级微网段可以是同种类型、同种通信速率的网段，也可以是不同种类型、不同种通信速率的网段，网段类型可以具体为以太网、CAN总线、RS485网络、LVDS网络等。不同网段内的主通信设备和从通信设备可以互为冗余。各通信设备根据系统通信宏周期进行通信，其中各微网段之间可以并行、独立、或者相互配合进行通信调度，微网段间的通信周期可以相同也可以不同，即从宏观上看，微网段间逐级、整体进行通信调度。

在本发明实施例的大规模控制系统中，各通信设备需要进行时钟同步，同一微网段中各通信设备共享相同时钟，不同微网段间可以共享相同时钟，或者也可共享不同时钟。当系统中所有通信设备共享同一时钟时，各通信设备依微网段级别，逐级进行时钟同步，即一级微网段内，所有通信设备均与一级主通信设备进行时钟同步，次级微网段内，所有通信设备均与次级主通信设备进行时钟同步。各级主通信设备具备微网段间多级时钟同步功能，及多个同步时钟间相互转换、切换的功能；在一级微网段中通信调度依据一级微网段的同步时钟，在次级微网段中通信调度依据次级微网段的同步时钟，整个系统通过各级主通信设备实现多级、整体同步。

参见图1，为本发明网络通信调度方法的第一实施例流程图，该实施例描述了次级微网段向主网段进行通信调度的过程：

步骤101：每个次级微网段内的各次级从通信设备采集设备数据，并按照预设周期将设备数据发送至次级微网段内的次级主通信设备。

其中，主网段和若干次级微网段在物理结构上按照级联拓扑方式分级，或者所述主网段和若干次级微网段在物理结构上同级连接，并按照逻辑划分为多级。

具体的，次级从通信设备将采集到的设备数据组合成报文并缓存所述报文，当预设周期到达时，将所述缓存的报文依次发送至所述次级微网段内的次级主通信设备。

其中，在所述主网段内，所述一级主通信设备和次级主通信设备之间进行时钟同步，在所述次级微网段内，所述次级从通信设备与所述次级主通信设备之间进行时钟同步。各次级从通信设备按照所述时钟同步指定的时间次序将所述设备数据依次发送至所述次级微网段内的次级主通信设备；或者，各次级从通信设备按照主从轮询方式，当接收到所述次级主通信设备按照预先设置的时间次序发送的请求报文后，将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备。

步骤102：次级主通信设备从通信设备数据中提取需要的数据并缓存需要的数据。

步骤103：每个次级微网段内的次级主通信设备按照预先设置的调度顺序依次向一级主通信设备发送所缓存的需要的数据。

其中，所述主网段和所述若干次级微网段之间通过所述一级主通信设备和次级主通信设备进行网段之间的时钟同步。每个次级微网段内的次级主通信设备按照所述时钟同步指定的时间次序依次向所述一级主通信设备发送所述缓存的所述需要的数据。

进一步，当次级主通信设备向一级主通信设备发送需要的数据的同时，次级主通信设备向其所在的次级微网段内的次级从通信设备发送来自一级主通信设备的数据。

参见图2，为本发明网络通信调度方法的第二实施例流程图，该实施例描述了主网段向次级微网段进行通信调度的过程：

步骤201：主网段内的一级主通信设备接收到各次级微网段内的次级主通信设备发送的报文后，根据报文生成控制数据。

其中，主网段和若干次级微网段在物理结构上按照级联拓扑方式分级，或者所述主网段和若干次级微网段在物理结构上同级连接，并按照逻辑划分为多级。

步骤202：一级主通信设备按照预设周期将控制数据发送至对应的次级主通信设备。

其中，所述主网段和所述若干次级微网段之间通过所述一级主通信设备和次级主通信设备进行网段之间的时钟同步。所述一级主通信设备按照所述时钟同步指定的时间次序将所述控制数据依次发送至对应的次级主通信设备。

步骤203：次级主通信设备从控制数据中提取需要的数据，并将需要的数据按照预设的调度顺序向次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送。

其中，在所述主网段内，所述一级主通信设备和次级主通信设备之间进行时钟同步，在所述次级微网段内，所述次级从通信设备与所述次级主通信设备之间进行时钟同步。次级主通信设备将所述需要的数据按照所述次级微网段内的时钟同步指定的时间次序依次向所述次级微网段内的次级从通信设备发送。

具体的，每个次级微网段内的次级主通信设备将需要的数据同时向次级微网段内的次级从通信设备发送；或者，每个次级微网段内的次级主通信设备按照先后顺序依次将需要的数据向次级微网段内的次级从通信设备发送。

进一步，当次级主通信设备将需要的数据按照预设的调度顺序向次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送的同时，次级主通信设备向一级主通信设备发送所述需要的数据。

与前述网络通信调度方法实施例相对应，本申请还提供了网络通信调度系统的实施例。

其中，一种实施例为：

将网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备。所述主网段和若干次级微网段为同种类型和同种通信速率的网络，或者为不同类型和不同通信速率的网络，所述网络可以包括：以太网、CAN总线、RS485网络、LVDS网络等；所述主网段和若干次级微网段在物理结构上按照级联拓扑方式分级，或者所述主网段和若干次级微网段在物理结构上同级连接，并按照逻辑划分为多级。在所述主网段内，所述一级主通信设备和次级主通信设备之间进行时钟同步，在所述次级微网段内，所述次级从通信设备与所述次级主通信设备之间进行时钟同步；主网段和所述若干次级微网段之间通过所述一级主通信设备和次级主通信设备进行网段之间的时钟同步。

所述每个次级微网段内的各次级从通信设备，用于采集设备数据，并按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备；

所述每个次级微网段内的各次级主通信设备，用于从所述数据中提取需要的数据并缓存所述需要的数据，并按照预先设置的调度顺序依次向所述一级主通信设备发送所缓存的所述需要的数据。

进一步，每个次级微网段内的各次级主通信设备，还用于当所述次级主通信设备向所述一级主通信设备发送所述需要的数据的同时，向其所在的次级微网段内的次级从通信设备发送来自所述一级主通信设备的数据。

其中，另一种实施例为：

将所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备。所述主网段和若干次级微网段为同种类型和同种通信速率的网络，或者为不同类型和不同通信速率的网络，所述网络可以包括：以太网、CAN总线、RS485网络、LVDS网络等；所述主网段和若干次级微网段在物理结构上按照级联拓扑方式分级，或者所述主网段和若干次级微网段在物理结构上同级连接，并按照逻辑划分为多级。在所述主网段内，所述一级主通信设备和次级主通信设备之间进行时钟同步，在所述次级微网段内，所述次级从通信设备与所述次级主通信设备之间进行时钟同步；主网段和所述若干次级微网段之间通过所述一级主通信设备和次级主通信设备进行网段之间的时钟同步。

所述主网段内的一级主通信设备，用于接收到各次级微网段内的次级主通信设备发送的报文后，根据所述报文生成控制数据，并按照预设周期将所述控制数据发送至对应的次级主通信设备；

所述主网段内的次级主通信设备，用于从所述控制数据中提取需要的数据，并将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送。

进一步，所述主网段内的次级主通信设备，还用于当所述次级主通信设备将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送的同时，向所述一级主通信设备发送所述需要的数据。

如图3所示，具体示出了一种应用本发明方法实施例的系统结构示意图：

图3中大规模系统网络划分为主网段和若干个次级微网段，形成类矩阵式结构。其中，主网段即1级微网段由1级主通信设备、1级从通信设备以及2级主通信设备组成，每个2级微网段均由2级主通信设备、3级主通信设备以及2级从通信设备组成，各级微网段间并行、独立、相互配合地进行通信调度，上一级微网段通过数据重组方式对下一级微网段进行整体通信调度。该整体通信调度是指，在大规模通信控制系统中，由各通信设备组成的微网段内依调度顺序进行通信，与此同时，各微网段内的主通信设备接收微网段内的报文，将其中需要发送到上级网络的数据提取并进行组合，在上级微网段中，这些主通信设备依调度顺序将这些数据进行发送。通过这种方式可以实现以微网段为单位的通信调度，从整个系统的角度来看，下级微网段的调度与上级微网段相互协调。

对各微网段进行通信调度组态时，通信调度组态按照微网段的级数由上到下的次序进行组态，最上一级的微网段可以根据需要随意组态，下一级微网段根据上一级微网段的组态情况进行组态。

如图4所示，具体示出了另一种应用本发明方法实施例的系统结构示意图：

其中次级从通信设备分为多组，每组次级从通信设备各与一个次级主通信设备相连构成次级微网段，在次级微网段内各次级从通信设备与次级主通信设备采用同步分时调度方式进行通信。次级主通信设备依次连接后与一级主通信设备连接构成主网段(即为一级微网段)，在一级微网段内，各次级主通信设备与一级主通信设备依调度序进行通信。

其中，所述每个次级微网段内的各次级从通信设备，用于采集设备数据，并按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备；

所述每个次级微网段内的各次级主通信设备，用于从所述数据中提取需要的数据并缓存所述需要的数据，并按照预先设置的调度顺序依次向所述一级主通信设备发送所缓存的所述需要的数据；

进一步，所述每个次级微网段内的各次级主通信设备，还用于当所述次级主通信设备向所述一级主通信设备发送所述需要的数据的同时，向其所在的次级微网段内的次级从通信设备发送来自所述一级主通信设备的数据。

其中，所述主网段内的一级主通信设备，用于接收到各次级微网段内的次级主通信设备发送的报文后，根据所述报文生成控制数据，并按照预设周期将所述控制数据发送至对应的次级主通信设备；

所述主网段内的次级主通信设备，用于从所述控制数据中提取需要的数据，并将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送；

进一步，所述主网段内的次级主通信设备，还用于当所述次级主通信设备将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送的同时，向所述一级主通信设备发送所述需要的数据。

下面以图4中示出的系统结构示意图为例，描述在不同的调度设置下的调度过程：

1)如图5中所示的一种通信调度的示意图

图5中，11、12、13、14所标识的周期分别为2(次)级微网段a、2级微网段b、2级微网段c、2级微网段d中的次级主通信设备向一级主通信设备发送数据的时间，20所标识的周期为一级主通信设备发送数据的时间，21、22、23、24所标识的周期分别为一级主通信设备向2级微网段a、2级微网段b、2级微网段c、2级微网段d中的次级主通信设备发送数据的时间。其中，一级微网段与次级微网段通信调度相互协调，即对于次级主通信设备来说，其在次级微网段的通信周期的起始时刻等于次级主通信设备在一级微网段中的数据发送时刻，对于图4所示的包含2级微网段的系统，其通信调度过程如下：

次级微网段内，各次级从通信设备采集设备数据，将这些数据组织成报文，并将这些报文缓存，直到周期数据发送时刻到来时再将这些报文依次发送；

次级微网段内，次级主通信设备接收各次级从通信设备发送的报文，根据预先设定的规则，从这些报文的数据区中提取需要发送给一级微网段的数据，将提取出来的数据进行组合，重新成帧后缓存；

一级微网段内，待数据发送时刻到来时，次级主通信设备将缓存的报文向一级微网段内发送，各次级主通信设备依调度序依次向一级微网段发送报文，当一个次级主通信设备向一级微网段内发送报文的同时(或之后)，在次级微网段中，该次级主通信设备的报文发送时刻刚好到达，因此次级主通信设备向次级微网段发送来自一级主通信设备的缓存报文，该报文中包含实时数据、非实时数据及用于发布次级主通信设备时钟的同步数据；

一级微网段内，一级主通信设备接收各次级主通信设备发送的周期报文，从中提取需要的数据，并将这些数据送入控制运算单元进行处理，将处理结果组织成报文并将这些报文缓存，直到周期报文发送时刻到来时再发送，该报文中包含实时数据、非实时数据及用于发布1级主通信设备时钟的同步数据；

一级微网段内，次级主通信设备接收一级主通信设备发送的报文，从中提取需要发送到次级微网段的数据，将提取出来的数据重新成帧并缓存。同时提取报文中的时钟同步数据，计算并调整本地时钟，待次级微网段中数据发送时刻到来时，向次级微网段中的次级从通信设备发送；

次级微网段内，各次级从通信设备接收次级别主通信设备发送的报文，根据配置从中提取发送给本地设备的数据，将这些数据送到数据处理单元处理后，用于刷新本地状态；同时，提取报文中的时钟同步数据，计算并调整本地时钟。

2)如图6中所示的另一种通信调度的示意图

图6中，11、12、13、14所标识的周期分别为2(次)级微网段a、2级微网段b、2级微网段c、2级微网段d中的次级主通信设备向一级主通信设备发送数据的时间，20所标识的周期为一级主通信设备发送数据的时间，21、22、23、24所标识的周期分别为一级主通信设备向2级微网段a、2级微网段b、2级微网段c、2级微网段d中的次级主通信设备发送数据的时间。其中，一级微网段与次级微网段通信调度相互协调，即各次微网段通信周期起始时刻均等于次级主通信设备在一级微网段中接收主通信设备发送的报文结束时刻，对于图4所示的包含2级微网段的系统，其通信调度过程如下：

次级微网段内，各次级从通信设备采集设备数据，将这些数据组织成报文，并将这些报文缓存，直到周期报文发送时刻到来时再将这些报文依次发送；

次级微网段内，次级主通信设备接收各次级从通信设备发送的报文，根据预先设定的规则，从这些报文的数据区中提取需要发送给1级微网段的数据，将提取出来的数据组合，重新成帧后缓存；

一级微网段内，待数据发送时刻到来时，次级主通信设备将缓存的报文向一级微网段内发送，各次级主通信设备按照调度序依次向一级微网段发送报文；

一级微网段内，一级主通信设备接收各次级主通信设备发送的周期报文，从中提取需要的数据，并将这些数据送入控制运算单元进行处理，并将处理结果组织成报文并将这些报文缓存，直到周期报文发送时刻到来时再发送，该报文中包含实时数据、非实时数据及用于发布一级主通信设备时钟的同步数据；

一级微网段内，次级主通信设备接收一级主通信设备发送的报文，从中提取需要发送到次级微网段的数据，将提取出来的数据重新成帧并缓存，待次级微网段中数据发送时刻到来时，向次级微网段中发送；同时，提取报文中的时钟同步数据，计算并调整本地时钟，由于次级微网段通信周期起始时刻均等于次级主通信设备在一级微网段中接收主站设备发送的报文结束时刻，所以次级主通信设备在一级微网段内接收一级主通信设备的数据后，可立刻向次级微网段内发送，同样，该报文中包含实时数据、非实时数据及用于发布2级主通信设备时钟的同步数据；

次级微网段内，各次级从通信设备接收次主通信设备发送的报文，根据配置从中提取发送给本地设备的数据，将这些数据送到数据处理单元处理后，用于刷新本地状态；同时，提取报文中的时钟同步数据，计算并调整本地时钟。

通过上述的流程描述可知，当次级主通信设备接收完成下级微网段发送报文的时刻与向上级微网段发送报文的起始时刻相等时，本系统的上传数据递交时间最优；当次级主通信设备接收完成上级微网段发送报文的时刻与向下级微网段发送报文的起始时刻相等时，本系统的下发数据递交时间最优。

上述实施例中，各个次级主通信设备可以将微网段内各个次级从通信设备以独立报文发送的多组数据进行组合，合成一帧(当数据长度较长时可合并为多帧)，将下级微网段的数据组映射为上级微网段的一帧(或多帧)报文；各个次级主通信设备也可以从微网段内以独立报文发送的数据中提取连续或分散的部分数据，重新进行组合，合成一帧(当数据长度较长时和并为多帧)，将上级微网段的部分数据映射为下级微网段的一帧(或多帧)报文。

为使本领域技术人员更加清楚的理解本发明实施例，下面再以PLC系统为例，介绍本发明的优选实施例。

如图7所示，为应用本发明实施例的PLC控制系统网络的结构示意图，该系统中包含1个主控制器(即为一级主通信设备)，10000个I/O模块(即为次级从通信设备)，其中每个I/O模块包含16路IO输入或输出信号。从网段结构的划分上看，该系统包含两级微网段结构，其中，一个主控制器与40个网络耦合模块构成一级微网段(即主网段)，一个网络耦合模块与250个I/O模块构成一个次级微网段，系统中共包含40个次级微网段。在该控制系统中，每个I/O模块通过对应的网络耦合模块周期向主控制器性返回状态，主控制器通过对应的网络耦合模块周期下发命令，控制各I/O模块刷新状态。在一级微网段内，各网络耦合模块与主控制器模块采用同步分时调度方法进行通信。一级微网段与次级微网段通信调度相互协调，即对于网络耦合模块来说，该网络耦合模块在次级微网段的通信周期起始时刻等于网络耦合模块在一级微网段中的数据发送时刻。其通信调度过程具体描述如下：

对各次级微网段内各I/O模块进行通信组态，包括通信调度组态及通信关系组态。其中通信调度组态包括设定一级微网段的通信周期，一级微网段内各网络耦合模块的数据发送时刻及占用时长，以及设置次级微网段的通信周期，次级微网段的通信周期开始时刻，次级微网段内各I/O模块的数据发送时刻及占用时长；通信关系组态包括发送数据的格式、目的地址以及从接收报文中提取数据的起始位置，数据长度等。

通信调度开启后，次级微网段内的各I/O模块采集输入输出状态，将相应的数据组织成报文，并将这些报文缓存，直到周期报文发送时刻到来时将这些报文依次发送；

次级微网段内，网络耦合模块接收各I/O模块发送的报文，根据预先设定的数据提取规则，从这些报文的数据区中提取需要发送给一级微网段的数据，将提取出来的数据进行组合，重新成帧后进行缓存；

一级微网段内，当数据发送时刻到来时，网络耦合模块将缓存的报文向一级微网段内发送，各网络耦合模块按照调度序依次向一级微网段发送报文；当一个网络耦合模块向一级微网段内发送报文的同时(或之后)，此时在次级微网段中，该网络耦合模块的报文发送时刻刚好到达，因此网络耦合模块向次级微网段发送来自主控制器的缓存报文，该报文中包含实时数据、非实时数据及用于发布网络耦合模块时钟的同步数据；

一级微网段内，主控制器接收各网络耦合模块发送的周期报文，从中提取需要的数据，并将这些数据送入控制运算单元进行处理，并将处理结果组织成报文后进行缓存，直到周期报文发送时刻到来时再发送，发送的报文中包含实时数据、非实时数据及用于发布主控制器时钟的同步数据；

一级微网段内，网络耦合模块接收主控制器发送的报文，从中提取需要发送到次级微网段的数据，将提取出来的数据重新成帧并缓存，同时提取报文中的时钟同步数据，计算并调整本地时钟。待次级微网段中数据发送时刻到来时，向次级微网段中发送报文，该报文中包含实时数据、非实时数据及用于发布网络耦合模块时钟的同步数据；

次级微网段内，各I/O模块接收网络耦合模块发送的报文，根据预先配置的规则从中提取发送给本地设备的数据，将这些数据发送到数据处理单元处理后，用于刷新I/O模块的状态；同时提取报文中的时钟同步数据，计算并调整本地时钟。

通过以上的实施方式的描述可知，本申请实施例中将网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，主网段包含一级主通信设备和若干次级主通信设备，每个所述次级微网段包含一个次级主通信设备和若干次级从通信设备。在包含通信设备众多的大型控制系统中，由于将网络划分为了两级微网段，因此一级主通信设备和众多次级从通信设备之间可以通过相应的次级主通信设备进行通信调度，由此作为主控设备的一级主通信设备不再直接调度所有的通信设备，而是通过若干次级主通信设备分别对相应的次级从通信设备进行调度，由此提高了网络通信调度的实时性能；并且，由于每个次级主通信设备将属于同一次级微网段内的次级从通信设备发送的数据进行统一组合，因此当每个次级从通信设备发送的数据较短时，可以组合成网络最小报文长度后发送，由此节约了系统带宽资源。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种网络通信调度方法，其特征在于，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，所述方法包括：

每个次级微网段内的各次级从通信设备采集设备数据，并按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备；

所述次级主通信设备从所述数据中提取需要的数据并缓存所述需要的数据；

每个次级微网段内的次级主通信设备按照预先设置的调度顺序依次向所述一级主通信设备发送所缓存的所述需要的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备包括：

将采集到的所述设备数据组合成报文并缓存所述报文；

当预设周期到达时，将所述缓存的报文依次发送至所述次级微网段内的次级主通信设备。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述次级主通信设备向所述一级主通信设备发送所述需要的数据的同时，所述次级主通信设备向其所在的次级微网段内的次级从通信设备发送来自所述一级主通信设备的数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主网段和若干次级微网段为同种类型和同种通信速率的网络，或者为不同类型和不同通信速率的网络；

所述网络包括：以太网、CAN总线、RS485网络、LVDS网络。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主网段和若干次级微网段在物理结构上按照级联拓扑方式分级；

或者，所述主网段和若干次级微网段在物理结构上同级连接，并按照逻辑划分为多级。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述主网段内，所述一级主通信设备和次级主通信设备之间进行时钟同步；

在所述次级微网段内，所述次级从通信设备与所述次级主通信设备之间进行时钟同步；

所述按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备具体为：按照所述时钟同步指定的时间次序将所述设备数据依次发送至所述次级微网段内的次级主通信设备。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备具体为：按照主从轮询方式，当接收到所述次级主通信设备按照预先设置的时间次序发送的请求报文后，将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述主网段和所述若干次级微网段之间通过所述一级主通信设备和次级主通信设备进行网段之间的时钟同步；

所述每个次级微网段内的次级主通信设备按照预先设置的调度顺序依次向所述一级主通信设备发送所缓存的所述需要的数据具体为：所述每个次级微网段内的次级主通信设备按照所述时钟同步指定的时间次序依次向所述一级主通信设备发送所述缓存的所述需要的数据。

9.一种网络通信调度方法，其特征在于，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，所述方法包括：

主网段内的一级主通信设备接收到各次级微网段内的次级主通信设备发送的报文后，根据所述报文生成控制数据；

一级主通信设备按照预设周期将所述控制数据发送至对应的次级主通信设备；

所述次级主通信设备从所述控制数据中提取需要的数据，并将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述次级主通信设备将需要的数据按照预设的调度顺序向次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送包括：

每个次级微网段内的次级主通信设备将所述需要的数据同时向所述次级微网段内的次级从通信设备发送；或者，

每个次级微网段内的次级主通信设备按照先后顺序依次将所述需要的数据向所述次级微网段内的次级从通信设备发送。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述次级主通信设备将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送的同时，所述次级主通信设备向所述一级主通信设备发送所述需要的数据。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述主网段和若干次级微网段为同种类型和同种通信速率的网络，或者为不同类型和不同通信速率的网络；

所述网络包括：以太网、CAN总线、RS485网络、LVDS网络。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述主网段和若干次级微网段在物理结构上按照级联拓扑方式分级；

或者，所述主网段和若干次级微网段在物理结构上同级连接，并按照逻辑划分为多级。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

所述主网段和所述若干次级微网段之间通过所述一级主通信设备和次级主通信设备进行网段之间的时钟同步；

所述一级主通信设备按照预设周期将所述控制数据发送至对应的次级主通信设备具体为：所述一级主通信设备按照所述时钟同步指定的时间次序将所述控制数据依次发送至对应的次级主通信设备。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：在所述主网段内，所述一级主通信设备和次级主通信设备之间进行时钟同步；

在所述次级微网段内，所述次级从通信设备与所述次级主通信设备之间进行时钟同步；

所述将需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送具体为：将所述需要的数据按照所述次级微网段内的时钟同步指定的时间次序依次向所述次级微网段内的次级从通信设备发送。

16.一种网络通信调度系统，其特征在于，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，

所述每个次级微网段内的各次级从通信设备，用于采集设备数据，并按照预设周期将所述设备数据发送至所述次级微网段内的次级主通信设备；

所述每个次级微网段内的各次级主通信设备，用于从所述数据中提取需要的数据并缓存所述需要的数据，并按照预先设置的调度顺序依次向所述一级主通信设备发送所缓存的所述需要的数据。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述每个次级微网段内的各次级主通信设备，还用于当所述次级主通信设备向所述一级主通信设备发送所述需要的数据的同时，向其所在的次级微网段内的次级从通信设备发送来自所述一级主通信设备的数据。

18.一种网络通信调度系统，其特征在于，所述网络预先划分为一个主网段和若干次级微网段，所述主网段包含一级主通信设备和次级主通信设备，每个所述次级微网段包含次级主通信设备和次级从通信设备，

所述主网段内的一级主通信设备，用于接收到各次级微网段内的次级主通信设备发送的报文后，根据所述报文生成控制数据，并按照预设周期将所述控制数据发送至对应的次级主通信设备；

所述主网段内的次级主通信设备，用于从所述控制数据中提取需要的数据，并将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述主网段内的次级主通信设备，还用于当所述次级主通信设备将所述需要的数据按照预设的调度顺序向所述次级主通信设备所在的次级微网段内的次级从通信设备发送的同时，向所述一级主通信设备发送所述需要的数据。

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