CN103685178A - 一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统。在方法上包括，获取调试信息：调试系统中的无线模块和网关获取自身的调试信息；传输调试信息：无线模块通过RS232/以太网转换模块以有线方式将获取到的调试信息发送给上位机；网关以有线方式将获取到的调试信息发送给上位机；处理调试信息：上位机记录收到的调试信息中的异常信息，并判断信息收发的一致性判断。在系统上，每个设备为一个连接有RS232/以太网转换模块的无线模块，RS232/以太网转换模块通过以太网连接上位机；无线模块为调试的对象，自身的调试信息通过RS232/以太网转换模块上传到上位机。本发明不间断系统正常运行，能实时监测节点内部状态和异常事件的发生，进而发现协议栈系统漏洞，及时完善和修改。

Description

一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统

技术领域

本发明涉及无线设备的有线调试技术，具体地说是一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统。

背景技术

随着无线技术的不断提高，工业无线网络已在冶金、石化等领域的监测系统进行了初步应用，使用户以较低的投资和使用成本实现对整个工业流程的泛在感知，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要工业过程数据，并以此为基础实施优化控制，达到提高产品质量和节能降耗的目标。随着工业无线网络技术的提高，其应用领域也不断扩大，逐步应用到工业自动化控制系统中。因此对工业无线网络的开发和调试将成为工业无线网络技术提高的关键。

开发工业无线网络，对其进行调试和分析是必不可少的。与有线网络相比，无线网络的调试和分析具有一定的局限性，无线设备之间的交互给系统调试带来很大不便。如果使用下载器对无线设备进行在线调试，一台计算机某一时刻只能在线调试一个无线设备，无法了解无线设备间的交互情况；如果使用多台计算机同时在线调试多个无线设备，又存在计算机之间的高精度时间同步问题和无线设备信息的汇总问题；而且在线调试的方法，需间断节点运行，才能获取节点的内部信息，影响了整个网络的运行。

因此，迫切需要一种不间断系统正常运行，能实时监测节点内部状态和异常事件的发生，进而发现协议栈系统漏洞，及时完善和修改。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的在于为工业无线网络提供一种基于UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）的在线调试手段，即一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统，采用本发明可在同一进程实时获取多个无线设备的内部状态信息、无线设备间的交互信息等调试信息，更好的优化网络性能。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种面向工业无线网络的在线调试方法，包括以下步骤：

获取调试信息：调试系统中的无线模块和网关获取自身的调试信息；

传输调试信息：无线模块通过RS232/以太网转换模块以有线方式将获取到的调试信息发送给上位机；网关以有线方式将获取到的调试信息发送给上位机；

处理调试信息：上位机记录收到的调试信息中的异常信息，并判断信息收发的一致性判断。

所述调试信息分布在工业无线网络协议栈的代码行中，包括协议栈内信息和协议栈间信息：

协议栈内信息：包括异常信息和统计信息；所述异常信息为协议栈内每一个不希望发生的事件，当发生一个异常事件时，就会产生一条异常信息，发送到上位机；所述统计信息为协议栈的每一层成功处理正常事件的统计变量，用于层间统计信息收发的一致性的对比，当协议栈的每一层成功处理一个正常事件时，将相应的统计变量加1；

协议栈间信息：涉及协议栈间的调试信息，即为一个时隙内任务完成是否正常的情况。

所述调试信息的传输包括：

发送调试信息：调试信息通过无线模块或网关中的发送任务以最低优先级发送出去；

协议转换：无线模块通过RS232/以太网转换模块将调试信息的串口报文转换为TCP/IP报文；

接收调试信息：上位机通过内部的接收进程接收经过协议转换后得到TCP/IP报文。

所述最低优先级的实现方式为：发送任务有一个先进先出的发送队列，当协议栈系统处于“忙”状态时，调试信息在发送队列中缓存；一旦协议栈系统处于“空闲”状态，发送任务将依次发送缓存中的调试信息，并且每发完一个调试信息，进行一次任务切换。

所述发送任务对外提供2种发送接口：异常信息的发送接口和协议栈间信息的发送接口；对内创建一个定时器，周期发送统计信息。

所述协议转换前需配置RS232接口的通信参数和以太网的通信参数；所述RS232接口的通信参数包括：波特率、数据位、停止位和校验位，这些参数取决于无线节点发送端的参数值；所述以太网的通信参数包括：传输协议、自身IP、目的IP、目的端口，这些参数取决于上位机软件选用的参数。

所述接收进程运行于Linux操作系统，独立于调试信息处理模块，接收到报文后，不做任何处理，直接投递到接收缓存。

所述处理调试信息包括以下步骤：

Linux系统下的处理进程不断从接收缓存中读取调试信息，并根据信息来源的设备地址，创建基于不同无线模块或网关、不同调试信息类型的二维数据库表；

根据调试信息类型，做信息收发的一致性判断；

处理进程将出现的异常统一存入到异常数据库表中，以便统一查找。

一种面向工业无线网络的在线调试系统，包括：

一个以上的设备：每个设备为一个连接有RS232/以太网转换模块的无线模块，RS232/以太网转换模块通过以太网连接上位机；无线模块为调试的对象，自身的调试信息通过RS232/以太网转换模块上传到上位机；

网关：通过自带的以太网接口连接上位机；为调试的对象，将调试信息通过自身的以太网接口发送到上位机；

上位机：用于接收无线节点和无线网关发送的调试信息，并对这些信息进行统计、分析和处理。

所述上位机运行Linux操作系统，并提供处理结果的可视化界面。

本发明提出的在线调试系统，是在充分考虑无线网络特点的前提下提出的，具有直观、高效等优点，其有益效果具体表现在：

1.采用RS232/以太网转换芯片，一方面通过交换机，将多个无线节点的调试信息接入到同一台计算机中，另一方面，为调试信息提供足够的带宽，保证ms级的数据发送速率；

2.采用基于事件和周期统计的方法，一方面便于对比交互设备之间的信息一致性；另一方面直观了解无线设备内部状态；

3.采用最低优先级任务的发送方法，一方面保证原系统的正常运行，另一方面实时发送调试信息；

4.采用基于服务访问点的调用方式，一方面结构清晰，另一方面便于调试事件的增加和删除。

5.采用Linux系统的可视化上位机软件，一方面，加快数据的处理速度，保证数据的完整性，另一方面，直观显示无线设备的内部状态和警告信息；

6.采用建立基于无线设备地址的多个数据库表的策略，便于调试信息的存储和检索。

附图说明

图1为无线网络在线调试方法的流程图；

图2为无线网络在线调试系统的结构图；

图3为无线网络在线调试方法的一个实施例流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明所设计的一种面向工业无线网络在线调试方法由三部分组成：信息的获取、传输和处理，如图1所示。

调试信息的获取：

调试信息分布在工业无线网络协议栈的代码行中。调试信息分为两种：协议栈内信息和协议栈间信息。协议栈内信息又包括异常信息和统计信息。协议栈内每一个不希望发生的事件，都是异常信息的获取点；协议栈的每一层成功处理一个正常事件，将相应的统计变量加1，用于层间统计信息收发的一致性的对比；涉及协议栈间的调试信息，即为一个时隙内任务完成是否正常的情况，该类信息涉及两个不同的无线模块或网关，信息处理时，对两个无线模块或网关的协议栈间调试信息进行对比。

调试信息的传输:

调试信息的传输涉及到发送端、协议转换和接收端，如图1的传输模块所示。

发送端处于无线设备中，即无线模块或网关。发送端使用模块化服务模式，即发送模块是一个优先级最低的任务，对外提供两种发送接口，即异常信息的发送接口和协议栈间信息的发送接口；对内创建一个定时器，周期发送统计信息。发送模块有一个先进先出的发送队列，当协议栈系统处于“忙”状态时，调试信息在发送队列中缓存。一旦协议栈系统处于“空闲”状态，发送任务将依次发送缓存中的调试信息，并且每发完一个调试信息，进行一次任务切换。这样，如果协议栈系统有新任务需要执行，发送模块立即退出，保证不影响协议栈的正常运行。

协议转换只在无线模块中存在，因为网关支持以太网接口，可以直接发送TCP/IP协议的报文。在无线模块中，只存在RS232接口，因此增加一个RS232/以太网转换模块，将无线节点调试信息的串口报文转换为TCP/IP报文，发送到上位机。协议转换模块在使用前，需配置其RS232接口的通信参数和以太网的通信参数。RS232接口的通信参数包括：波特率、数据位、停止位和校验位，以上参数取决于无线模块RS232发送端的参数值；以太网的通信参数包括：传输协议、自身IP、目的IP、目的端口，这些参数取决于上位机软件选用的参数。

接收端处于计算机的接收进程，即上位机软件。接收进程运行于Linux操作系统，保证调试信息的完整性。接收进程独立于处理模块，接收到报文后，不做任何处理，直接投递到接收缓存。为保证数据不会溢出，缓存空间设置为足够大。

调试信息的处理：

调试信息的处理模块是运行于Linux系统下的处理进程。该进程不断从接收缓存中读取调试信息，并根据信息来源的设备地址，创建基于不同无线模块或网关、不同调试信息类型的二维数据库表；然后根据调试信息类型，做信息收发一致性的判断。如：对协议栈间信息的数据，从数据库中找到另一个相关设备的该时隙任务信息，对比两个信息是否一致，如果一个设备显示发送成功并收到ACK，另一个设备显示接收成功并发送了ACK，则认为该协议栈间信息一致，否则，认为出现异常；最后，将出现的异常统一存入异常数据库表中，以便统一查找。此外，处理模块还设计了可视化界面，直观显示系统出现的异常。

基于以上在线调试方法的设计，组建了工业无线网络在线调试系统，系统结构如图2所示。

无线网络由无线设备和网关组成。其中网关带有以太网接口，可直接接入以太网交换机；无线设备首先与RS232/以太网转换芯片相连，再接入以太网交换机；运行Linux操作系统的计算机也接入交换机；这样由网关、无线设备、计算机组成了一个局域网，如图2所示。

工业无线网络的在线调试系统软件架构包括无线模块、协议转换模块和服务器，如图3所示。其中，无线模块是调试信息的来源；转换模块负责将RS232协议转换为TCP/IP协议；服务器即上位机软件，完成调试信息的接收和处理。

来自无线模块的调试信息按内容不同分为3类：异常事件、时隙内事件和周期统计信息。

异常事件为系统中不希望发生的事件。每个事件用唯一的事件码来表示，并带上事件发生的时间、事件相关的报文信息，组成一条异常事件信息，发送到上位机软件。异常事件主要包括：

内存申请失败；

邮箱投递失败；

读取无效的GraphID；

报文长度错误；

保存到发送传输表失败；

写入发送缓存失败；

链路层重传失败；

链路层缓存被替换；

物理层CRC错误；

重启原因；

健康报告失败；

链路层ACK错误；

同步发生软切换；

发生重同步；

网络层重传失败；

广播绝对时隙号错误；

射频信道切换失败；

时隙内事件是针对无线模块或网关之间交互时，判断两个无线模块或网关内部的信息一致性。在每个有任务的时隙内，记录该时隙的任务类型（发送/接收）和结果。通常每个时隙的任务都是由一个无线模块发数据等待ACK，另一个无线模块收数据并回复ACK来完成，每个无线模块将自己的时隙任务类型和完成情况组成一条时隙内事件信息，发送到上位机软件。时隙任务类型包括该时隙内link类型、link的时隙号和信道、link的对端地址、当前绝对时隙号、时隙误差。时隙内的事件类型主要有：

发送广播时隙；

发送报文时隙空闲；

发送报文时隙发送成功且收到ACK；

发送报文时隙发送成功但未收到ACK；

接收广播时隙未接收到广播；

接收广播时隙成功接收；

接收报文时隙空闲；

接收报文时隙成功接收且回复ACK；

接收报文时隙CRC未通过；

周期统计信息为系统各层收发报文计数，统计的信息类型有：

应用层生成报文数；

应用层发送给网络层报文数；

应用层接收网络层报文数；

网络层接收应用层报文数；

网络层接收链路层报文数；

网络层发送给链路层报文数；

网络层发送给应用层报文数；

链路层接收网络层报文数；

链路层发送给网络层报文数；

链路层接收射频报文数；

无线模块中的有线发送服务是一个独立的且优先级最低的任务。该服务向外提供服务接口，以最低的处理器开销，快速将调试信息发送到RS232接口。该服务向外提供2个接口：异常事件信息的发送接口、时隙内事件信息的发送接口；对内创建一个定时器，周期发送统计信息。

RS232/以太网转换服务由一个独立的芯片完成。该芯片支持自身IP和端口、目的IP和端口、以及RS232参数的设置。使用前，将所需芯片配置为UDP通信方式，将自身IP配置为与上位机相同网段的IP；将其目的IP和端口配置为上位机的IP和监听的端口；将RS232参数设置为波特率9600，数据位8，停止位1，无校验。

运行在Linux系统下的上位机软件，在指定端口监听来自每个无线设备的UDP数据。首先，将接收到的数据以无线模块或网关物理地址为索引，保存到对应的数据库表中；然后对数据进行分析，并将异常和警告显示在可视化界面上。上位机软件根据数据的类型，分别做相应的分析和统计。对异常事件，直接在可视化界面上显示警告信息；对时隙内事件，对比时隙相关的两个无线模块或网关所传信息，首先判断信息是否一致，其次分析时隙操作结果是否正常，如果不一致或不正常，在可视化界面上显示警告；周期统计类数据，根据各层间数据关系，计算数据是否一致，如果不一致，则在该层传递时存在报文的丢弃。

Claims (10)

1.一种面向工业无线网络的在线调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取调试信息：调试系统中的无线模块和网关获取自身的调试信息；

传输调试信息：无线模块通过RS232/以太网转换模块以有线方式将获取到的调试信息发送给上位机；网关以有线方式将获取到的调试信息发送给上位机；

处理调试信息：上位机记录收到的调试信息中的异常信息，并判断信息收发的一致性判断。

2.根据权利要求1所述的一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统，其特征在于，所述调试信息分布在工业无线网络协议栈的代码行中，包括协议栈内信息和协议栈间信息：

协议栈内信息：包括异常信息和统计信息；所述异常信息为协议栈内每一个不希望发生的事件，当发生一个异常事件时，就会产生一条异常信息，发送到上位机；所述统计信息为协议栈的每一层成功处理正常事件的统计变量，用于层间统计信息收发的一致性的对比，当协议栈的每一层成功处理一个正常事件时，将相应的统计变量加1；

协议栈间信息：涉及协议栈间的调试信息，即为一个时隙内任务完成是否正常的情况。

3.根据权利要求1所述的一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统，其特征在于，所述调试信息的传输包括：

发送调试信息：调试信息通过无线模块或网关中的发送任务以最低优先级发送出去；

协议转换：无线模块通过RS232/以太网转换模块将调试信息的串口报文转换为TCP/IP报文；

接收调试信息：上位机通过内部的接收进程接收经过协议转换后得到TCP/IP报文。

4.根据权利要求3所述的一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统，其特征在于，所述最低优先级的实现方式为：发送任务有一个先进先出的发送队列，当协议栈系统处于“忙”状态时，调试信息在发送队列中缓存；一旦协议栈系统处于“空闲”状态，发送任务将依次发送缓存中的调试信息，并且每发完一个调试信息，进行一次任务切换。

5.根据权利要求3所述的一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统，其特征在于，所述发送任务对外提供2种发送接口：异常信息的发送接口和协议栈间信息的发送接口；对内创建一个定时器，周期发送统计信息。

6.根据权利要求3所述的一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统，其特征在于，所述协议转换前需配置RS232接口的通信参数和以太网的通信参数；所述RS232接口的通信参数包括：波特率、数据位、停止位和校验位，这些参数取决于无线节点发送端的参数值；所述以太网的通信参数包括：传输协议、自身IP、目的IP、目的端口，这些参数取决于上位机软件选用的参数。

7.根据权利要求3所述的一种面向工业无线网络的在线调试方法与系统，其特征在于，所述接收进程运行于Linux操作系统，独立于调试信息处理模块，接收到报文后，不做任何处理，直接投递到接收缓存。

8.根据权利要求1所述的一种面向工业无线网络的在线调试方法，其特征在于，所述处理调试信息包括以下步骤：

Linux系统下的处理进程不断从接收缓存中读取调试信息，并根据信息来源的设备地址，创建基于不同无线模块或网关、不同调试信息类型的二维数据库表；

根据调试信息类型，做信息收发的一致性判断；

处理进程将出现的异常统一存入到异常数据库表中，以便统一查找。

9.一种面向工业无线网络的在线调试系统，其特征在于，包括：

一个以上的设备：每个设备为一个连接有RS232/以太网转换模块的无线模块，RS232/以太网转换模块通过以太网连接上位机；无线模块为调试的对象，自身的调试信息通过RS232/以太网转换模块上传到上位机；

网关：通过自带的以太网接口连接上位机；为调试的对象，将调试信息通过自身的以太网接口发送到上位机；

上位机：用于接收无线节点和无线网关发送的调试信息，并对这些信息进行统计、分析和处理。

10.根据权利要求9所述的一种面向工业无线网络的在线调试系统，其特征在于，所述上位机运行Linux操作系统，并提供处理结果的可视化界面。

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