CN104378275A - 菊花链式环形无主通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种菊花链式环形无主通信系统，包括信息接收模块、信息销毁模块、信息过期控制模块、信息转发模块、信息发送模块、开环检测模块、平均优先权模块、巡检模块和应用接口；信息接收模块连接物理CAN端口，信息销毁模块与信息接收模块、信息过期控制模块、巡检模块、开环检测模块和应用接口连接，信息转发模块与信息过期控制模块和信息发送模块连接，开环检测模块与信息销毁模块和信息发送模块连接，平均优先权模块分别与巡检模块、信息发送模块和应用接口连接，巡检模块分别与信息销毁模块和平均优先权模块连接。本发明具有接线端口不区分、开环故障检测、通信可靠性高、抗干扰能力强、通信数据有效利用率高、通信速度快的优点。

Description

菊花链式环形无主通信系统

技术领域

本发明涉及网络通信领域，具体地，涉及一种菊花链式环形无主通信系统。

背景技术

所谓菊花链式就是每个通信节点都有两个通信端口1和2，每个通信节点与其上一个节点通过1端口连接，与其下一个节点通过2端口连接，这样，多个节点连接组成一个“手拉手”式的环形网络。

菊花链式拓扑结构在通信要求可靠性高的消防系统里，生命安全系统里应用非常普遍。比较常见的是RS485组建的菊花链式环形网络，但由于RS485总线为半双工总线，只能进行主从式通信，所以在组成菊花链式网络时，端口必须区分A口，B口，且上一个节点的A口必须与下一个节点的B口相连接，否则通信失败，而且，在做RS485通信时，需要重新定义通信帧的起始符，结束符，做校验等工作，通信的可靠性和通信帧中数据的利用率难以保证。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种菊花链式环形无主通信系统，本发明是采用CAN总线实现菊花链式环形网络的通信方式，CAN总线的优点是具有数据校验，总线仲裁等功能，总线上只有两个通信节点时，可以实现无主通信。本发明在使用CAN总线搭建菊花链式环形网络时，接线不用区分A口，B口，使通信更可靠，速度更快，效率更高，使网络上的额外开销更少，提高通信帧中数据的利用率，对网络的开环故障，节点通信故障监管更快。

根据本发明的一个方面，提供一种菊花链式环形无主通信系统，包括：信息接收模块，信息销毁模块，信息过期控制模块，信息转发模块，信息发送模块，开环检测模块，平均优先权模块、巡检模块和应用接口；

信息接收模块用以接收CAN总线数据，将接收到的数据信息发送给信息销毁模块；

信息销毁模块分别与信息接收模块、信息过期控制模块、巡检模块、开环检测模块和应用接口连接，在接收到信息接收模块发送来的信息之后，判断此信息，如果为过期信息，则销毁此信息；如果此信息为非过期信息，则将其发送给开环检测模块，并判断是否为巡检信息；如果此信息为非巡检信息，则再判断该非巡检信息是否为非巡检的本机信息，若是，则销毁此信息，否则，将该信息发送给应用接口，供应用层使用；如果此信息为巡检信息，则将其发送给巡检模块，并判断该巡检信息是否为本机发送的巡检信息，如果不是本机发送的巡检信息，则将此信息发送给信息过期控制模块；如果是本机发送的巡检信息，则再判断是否为本机本端口发送的巡检信息，如果是，则将此信息发送给信息过期控制模块，否则，如果是本机的另一个端口发送的巡检信息，则销毁此信息；

信息过期控制模块分别与信息销毁模块和信息转发模块连接，用以接收从信息销毁模块发送来的信息之后，增加信息中记录信息转发次数的转发计数器的值，将信息发送给信息转发模块；

信息转发模块分别与信息过期控制模块和信息发送模块连接，在接收到信息过期控制模块发送的信息之后，将信息转发至信息发送模块，并且，在转发巡检信息时，将本节点的信息也添加到巡检信息中，表示此巡检信息已经由本节点转发过，表示本节点通信正常；

信息发送模块分别与信息转发模块、平均优先权模块和开环检测模块连接，信息发送模块接收信息转发模块的信息，将本模块上一次通过CAN口发送数据成功，失败的信息添加到需要发送的信息中并将信息通过CAN口发送出去；并且，信息发送模块还接收平均优先权模块发送来的信息，将本模块上一次通过CAN口发送数据成功，失败的信息添加到需要发送的信息中并将信息通过CAN口发送出去；将通过CAN口发送数据成功，失败的结果发送给开环检测模块；

开环检测模块分别与信息销毁模块和信息发送模块连接，用以接收信息销毁模块发送来的信息，同时，接收信息发送模块发送来的CAN口发送数据成功、失败的结果，从而判断开环故障和开环故障恢复；

平均优先权模块分别与巡检模块、信息发送模块和应用接口连接，用以接收巡检模块发送来的巡检信息，将巡检信息做平均优先权处理之后发送给信息发送模块，并且，平均优先权模块还接收应用接口发送来的信息，将信息做平均优先权处理之后发送给信息发送模块；

巡检模块分别与信息销毁模块和平均优先权模块连接，用以在接收到信息销毁模块发送来的巡检信息之后，根据接收到的巡检信息，判断与哪些通信节点通信失败；在产生一条巡检信息之后，将其发送给平均优先权模块。

优选地，信息接收模块连接物理CAN端口，接收CAN总线上的数据，信息接收模块接收本节点上的两个CAN端口的信息。

优选地，信息销毁模块存储预先设定的转发次数过期阈值，信息过期控制模块用于在转发信息时修改信息中的转发计数器的值，信息销毁模块接收到信息后将信息中记录信息转发次数的转发计数器的值与过期阈值进行比较，若转发计数器的值超过过期阈值，则此信息过期，销毁此信息。

优选地，信息发送模块连接物理CAN端口，分别连接两个物理CAN端口进行数据发送。

优选地，开环检测模块用以检测网络开环故障和网络开环故障恢复，在检测网络开环故障时，如果接收到的信息中有开环故障信息，则判断当前有开环故障；或者，在信息发送模块中任意一个物理CAN端口发送数据失败，则判断当前有开环故障；在检测开环故障恢复时，如果巡检信息中没有开环故障信息，信息发送模块中两个物理CAN端口也没有发生发送数据失败的情况，且这种状态维持一定时间之后，则判断开环故障恢复。

优选地，平均优先权模块用以使网络上相邻两个通信节点的相邻通信端口之间的通信总线上的通信帧优先权平均相等，防止因优先权高的数据一直在发送，而使优先权低的数据长时间得不到总线使用权，具体地:

将每个CAN节点设置高，低两个ID，这两个ID在优先级上互补，即高ID在所有ID中的优先级为N，则低ID在所有ID中的优先级为倒数N，且每个通信节点在每通信完一帧之后，就将自己的高低ID互换，即上一帧用高ID发送数据，下一帧使用低ID发送数据。

优选地，巡检模块通过以下操作完成巡检判断：

每个通信节点都有一个表征本通信节点的地址，在巡检时，由地址号小的通信节点产生源发巡检信息，通过该节点的两个端口分别发送出去，如果网络为闭环，转发的各个节点都将自身节点的信息添加到巡检信息中后转发，在两个巡检信息都经过环形网络分别转发一个周之后，由源发节点销毁信息时，所有节点都得到了其他所有节点的通信情况；如果网络为开环，则在巡检信息转发时，转发的各个节点都将自身节点的信息添加到巡检信息中后转发,如果遇到要转发的端口为开环，则向相反的方向转发，此巡检信息转发直到源发节点的非源发端口接收到此信息或源发节点的非源发端口转发此信息失败时销毁此信息，在两帧巡检信息都销毁之后，网络上所有的通信节点都得到了所有其他节点的通信情况。

本发明是采用CAN总线实现菊花链式环形网络的通信方式，CAN总线的优点是具有数据校验，总线仲裁等功能，总线上只有两个通信节点时，可以实现无主通信。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明使用CAN总线通信搭建菊花链式环形网络，可靠性更高,适合在恶劣环境工作，通信节点的端口不区分主从，在施工时，接线更不容易出错，采用良好的巡检机制，网络内无论节点的多少，网络使用率都稳定可控，故障监测响应速度迅速，使通信更可靠，速度更快，效率更高，使网络上的额外开销更少，提高通信帧中数据的利用率，对网络的开环故障，节点通信故障监管更快。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明菊花链式环形无主通信系统的结构原理图；

图2至图7为本发明进行开环巡检的信息传播示意图；

图8为本发明进行开环巡检的信息处理流程图。

图中：1为信息接收模块，2为信息销毁模块，3为信息过期控制模块，4为信息转发模块，5为信息发送模块，6为开环检测模块，7为平均优先权模块，8为巡检模块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种菊花链式环形无主通信系统，包括：信息接收模块，信息销毁模块，信息过期控制模块，信息转发模块，信息发送模块，开环检测模块，平均优先权模块、巡检模块和应用接口；

信息接收模块用以接收CAN总线数据，将接收到的数据信息发送给信息销毁模块。

信息接收模块连接物理CAN端口，接收CAN总线上的数据，信息接收模块接收本节点上的两个CAN端口的信息。

信息销毁模块分别与信息接收模块、信息过期控制模块、巡检模块、开环检测模块和应用接口连接，在接收到信息接收模块发送来的信息之后，判断此信息，如果为过期信息，则销毁此信息；如果此信息为非过期信息，则将其发送给开环检测模块，并判断是否为巡检信息；如果此信息为非巡检信息，则再判断该非巡检信息是否为非巡检的本机信息，若是，则销毁此信息，否则，将该信息发送给应用接口，供应用层使用；如果此信息为巡检信息，则将其发送给巡检模块，并判断该巡检信息是否为本机发送的巡检信息，如果不是本机发送的巡检信息，则将此信息发送给信息过期控制模块；如果是本机发送的巡检信息，则再判断是否为本机本端口发送的巡检信息，如果是，则将此信息发送给信息过期控制模块，否则，如果是本机的另一个端口发送的巡检信息，则销毁此信息。

信息销毁模块存储预先设定的转发次数过期阈值，信息过期控制模块用于在转发信息时修改信息中的转发计数器的值，信息销毁模块接收到信息后将信息中记录信息转发次数的转发计数器的值与过期阈值进行比较，若转发计数器的值超过过期阈值，则此信息过期，销毁此信息。

信息过期控制模块分别与信息销毁模块和信息转发模块连接，用以接收从信息销毁模块发送来的信息之后，增加信息中记录信息转发次数的转发计数器的值，将信息发送给信息转发模块。

信息转发模块分别与信息过期控制模块和信息发送模块连接，在接收到信息过期控制模块发送的信息之后，将信息转发至信息发送模块，并且，在转发巡检信息时，将本节点的信息也添加到巡检信息中，表示此巡检信息已经由本节点转发过，表示本节点通信正常。

信息转发模块主要用于转发逻辑的判断，如果转发的信息为巡检信息，首先要将本节点信息添加到巡检信息中。例如：如果本节点通过端口1接收到的信息应该通过端口2转发，通过端口2接收到的信息应该通过端口1转发，此时，若本节点通过端口1接收到巡检信息，但此时端口2已经开环，则判断：如果接收到的巡检信息不是本节点发送的巡检信息，将其通过端口1转发出去。如果此巡检信息为本节点发送的巡检信息，则销毁此信息，端口2接收到的巡检信息也是如此处理。

信息发送模块分别与信息转发模块、平均优先权模块和开环检测模块连接，信息发送模块接收信息转发模块的信息，将本模块上一次通过CAN口发送数据成功，失败的信息添加到需要发送的信息中并将信息通过CAN口发送出去；并且，信息发送模块还接收平均优先权模块发送来的信息，将本模块上一次通过CAN口发送数据成功，失败的信息添加到需要发送的信息中并将信息通过CAN口发送出去；将通过CAN口发送数据成功，失败的结果发送给开环检测模块。具体地，信息发送模块连接物理CAN端口，分别连接两个物理CAN端口进行数据发送。

开环检测模块分别与信息销毁模块和信息发送模块连接，用以接收信息销毁模块发送来的信息，同时，接收信息发送模块发送来的CAN口发送数据成功、失败的结果，从而判断开环故障和开环故障恢复。

开环检测模块用以检测网络开环故障和开环故障恢复，在检测网络开环故障时，如果接收到的信息中有开环故障信息，则判断当前有开环故障；或者，在信息发送模块中任意一个物理CAN端口发送数据失败，则判断当前有开环故障；在检测网络开环故障恢复时，如果巡检信息中没有开环故障信息，信息发送模块中两个物理CAN端口也没有发生发送数据失败的情况，且这种状态维持一定时间之后，则判断当前开环故障恢复。

平均优先权模块分别与巡检模块、信息发送模块和应用接口连接，用以接收巡检模块发送来的巡检信息，将巡检信息做平均优先权处理之后发送给信息发送模块，并且，平均优先权模块还接收应用接口发送来的信息，将信息做平均优先权处理之后发送给信息发送模块。

平均优先权模块用以使网络上相邻两个通信节点的相邻通信端口之间的通信总线上的通信帧优先权平均相等，防止因优先权高的数据一直在发送，而使优先权低的数据长时间得不到总线使用权，具体地:

将每个CAN节点设置高，低两个ID，这两个ID在优先级上互补，即高ID在所有ID中的优先级为N，则低ID在所有ID中的优先级为倒数N，且每个通信节点在每通信完一帧之后，就将自己的高低ID互换，即上一帧用高ID发送数据，下一帧使用低ID发送数据。

巡检模块分别与信息销毁模块和平均优先权模块连接，用以在接收到信息销毁模块发送来的巡检信息之后，根据接收到的巡检信息，判断与哪些通信节点通信失败；在产生一条巡检信息之后，将其发送给平均优先权模块。具体地，巡检模块通过以下操作完成巡检判断：

每个通信节点都有一个表征本通信节点的地址，在巡检时，由地址号小的通信节点产生源发巡检信息，通过该节点的两个端口分别发送出去，如果网络为闭环，转发的各个节点都将自身节点的信息添加到巡检信息中后转发，在两个巡检信息都经过环形网络分别转发一个周之后，由源发节点销毁信息时，所有节点都得到了其他所有节点的通信情况；如果网络为开环，则在巡检信息转发时，转发的各个节点都将自身节点的信息添加到巡检信息中后转发，如果遇到要转发的端口为开环，则向相反的方向转发，此巡检信息转发直到源发节点的非源发端口接收到此信息或源发节点的非源发端口转发此信息失败时销毁此信息(即，如果巡检信息通过端口1接收到，要通过端口2转发，此时端口2已经开环，则再通过端口1转发回去，此巡检信息转发直到源发节点的非源发端口接收到此信息或源发节点的非源发端口转发此信息失败时销毁此信息，具体地，巡检信息传播路径如图2至图7所示，其中，图2至图4为端口1的巡检信息传播示意图；图5-图7为端口2的巡检信息传播示意图)，在两帧巡检信息都销毁之后，网络上所有的通信节点都得到了所有其他节点的通信情况。

在本发明的一个较佳实施例中，CAN总线通信节点采用EPC8900工控板，此工控板有两个CAN总线接口，CAN总线波特率定为20KB，理论通信距离可达3300m。采用CAN2.0B扩展帧通信模式，有29位ID。can总线的ID的29bit中，bit0～bit7表示命令字，bit8～bit15表示为当前帧的转发计数器，表示当前帧被转发的次数，bit16～bit23表示源地址，，bit24表示开环故障信息。

其中，命令字表示本帧意义，巡检1的命令字为0x3f，巡检2的命令字为0x86。将EPC8900的两个CAN口一个定义为CAN1，一个定义为CAN2，则CAN1口发送的巡检信息的命令字为0x3f，CAN2口发送的巡检信息的命令字为0x86，以此来判断当前接收到的巡检信息是哪个CAN口发送的。源地址表示发送当前帧信息的源地址，本实例中的通信节点共有16个，地址分别为1～16，则地址1的源发信息中，源地址为1，其他通信节点以此来判断当前信息是否为自己发送的，是要销毁还是要转发。开环故障信息为ID的bit24位，如果bit24位为1，则表示当前有开环故障，如果bit24位为0，则需要延时判断是否要开环故障恢复。本实例中，信息转发次数过期阈值设置为127，信息每经过一个通信节点转发一次，则其ID中记录转发次数的数据加1，当其值大于127时，此信息为过期信息，将会被销毁，不会再被转发。

本实例中，巡检信息的数据位有2个字节，共16个bit，分别表示这16个通信节点的通信情况，bit0为0，则表示地址为1的结点还没有转发此巡检信息，bit0为1，则表示地址为1的节点曾经转发过此信息，其他bit位对其他节点的表示也是如此。在闭环巡检。节点号小的为巡检的信息源，即地址为1的节点发送巡检信息，且通过两个CAN口同时产生两个巡检信息，分别沿着顺时针和逆时针方向转发，这样，在两个巡检信息都传递一周之后，网络上的任何一个节点都将知道其他所有节点的通信情况。

如图8所示，本发明的菊花链环形无主通信系统，如果为开环巡检，则两帧巡检信息分别沿着顺时针和逆时针方向转发将行不通。在开环时，节点从A端口接收到一帧信息后首先处理巡检信息中表示其他通信节点状态的bit位，然后判断此信息是否为本节点发送的信息，如果是则执行(a)操作，如果不是则执行(b)操作。

(a)判断此巡检信息是否为A端口发送出的，如果是则巡检信息处理结束，否则执行(c)操作。

(b)置位表示本节点的bit位，通过B端口将巡检信息转发出去，如果转发失败，则重新通过A端口转发出去。

(c)置位表示本节点的bit位，通过B端口将巡检信息转发出去。

本发明是在CAN总线硬件平台上搭建的菊花链式环形无主通信系统，系统具有接线端口不区分，开环故障检测，通信可靠性高，抗干扰能力强，通信数据有效利用率高，通信速度快的优点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种菊花链式环形无主通信系统，其特征在于，包括：信息接收模块、信息销毁模块、信息过期控制模块、信息转发模块、信息发送模块、开环检测模块、平均优先权模块、巡检模块和应用接口；

所述信息接收模块用以接收CAN总线数据，将接收到的数据信息发送给信息销毁模块；

所述信息销毁模块分别与所述信息接收模块、信息过期控制模块、巡检模块、开环检测模块和应用接口连接，在接收到信息接收模块发送来的信息之后，判断此信息，如果为过期信息，则销毁此信息；如果此信息为非过期信息，则将其发送给开环检测模块，并判断是否为巡检信息；如果此信息为非巡检信息，则再判断该非巡检信息是否为非巡检的本机信息，若是，则销毁此信息，否则，将该信息发送给应用接口，供应用层使用；如果此信息为巡检信息，则将其发送给巡检模块，并判断该巡检信息是否为本机发送的巡检信息，如果不是本机发送的巡检信息，则将此信息发送给信息过期控制模块；如果是本机发送的巡检信息，则再判断是否为本机本端口发送的巡检信息，如果是，则将此信息发送给信息过期控制模块，否则，如果是本机的另一个端口发送的巡检信息，则销毁此信息；

所述信息过期控制模块分别与信息销毁模块和信息转发模块连接，用以接收从信息销毁模块发送来的信息之后，增加信息中记录信息转发次数的转发计数器的值，将信息发送给信息转发模块；

所述信息转发模块分别与信息过期控制模块和信息发送模块连接，在接收到信息过期控制模块发送的信息之后，将信息转发至信息发送模块，并且，在转发巡检信息时，将本节点的信息也添加到巡检信息中，表示此巡检信息已经由本节点转发过，表示本节点通信正常；

所述信息发送模块分别与信息转发模块、平均优先权模块和开环检测模块连接，信息发送模块接收信息转发模块的信息，将本模块上一次通过CAN口发送数据成功，失败的信息添加到需要发送的信息中并将信息通过CAN口发送出去；并且，信息发送模块还接收平均优先权模块发送来的信息，将本模块上一次通过CAN口发送数据成功，失败的信息添加到需要发送的信息中并将信息通过CAN口发送出去；将通过CAN口发送数据成功，失败的结果发送给开环检测模块；

所述开环检测模块分别与信息销毁模块和信息发送模块连接，用以接收信息销毁模块发送来的信息，同时，接收信息发送模块发送来的CAN口发送数据成功、失败的结果，从而判断开环故障和开环故障是否已经恢复；

所述平均优先权模块分别与巡检模块、信息发送模块和应用接口连接，用以接收巡检模块发送来的巡检信息，将巡检信息做平均优先权处理之后发送给信息发送模块，并且，平均优先权模块还接收应用接口发送来的信息，将信息做平均优先权处理之后发送给信息发送模块；

所述的巡检模块分别与信息销毁模块和平均优先权模块连接，用以在接收到信息销毁模块发送来的巡检信息之后，根据接收到的巡检信息，判断与哪些通信节点通信失败；在产生一条巡检信息之后，将其发送给平均优先权模块。

2.根据权利要求1所述的菊花链式环形无主通信系统，其特征在于，所述信息接收模块连接物理CAN端口，接收CAN总线上的数据，信息接收模块接收本节点上的两个CAN端口的信息。

3.根据权利要求1所述的菊花链式环形无主通信系统，其特征在于，所述信息销毁模块存储预先设定的转发次数过期阈值，所述信息过期控制模块用于在转发信息时修改信息中的转发计数器的值，所述信息销毁模块接收到信息后将信息中记录信息转发次数的转发计数器的值与过期阈值进行比较，若转发计数器的值超过过期阈值，则此信息过期，销毁此信息。

4.根据权利要求1所述的菊花链式环形无主通信系统，其特征在于，所述的信息发送模块连接物理CAN端口，分别连接两个物理CAN端口进行数据发送。

5.根据权利要求1所述的菊花链式环形无主通信系统，其特征在于，所述开环检测模块用以检测网络开环故障和开环故障恢复，在检测网络开环故障时，如果接收到的信息中有开环故障信息，则判断当前有开环故障；或者，在信息发送模块中任意一个物理CAN端口发送数据失败，则判断当前有开环故障；在检测网络开环故障恢复时，如果巡检信息中没有开环故障信息，信息发送模块中两个物理CAN端口也没有发生发送数据失败的情况，且这种状态维持一定时间之后，则判断开环故障恢复。

6.根据权利要求1所述的菊花链式环形无主通信系统，其特征在于，所述平均优先权模块用以使网络上相邻两个通信节点的相邻通信端口之间的通信总线上的通信帧优先权平均相等，防止因优先权高的数据一直在发送，而使优先权低的数据长时间得不到总线使用权，具体地:

将每个CAN节点设置高，低两个ID，这两个ID在优先级上互补，即高ID在所有ID中的优先级为N，则低ID在所有ID中的优先级为倒数N，且每个通信节点在每通信完一帧之后，就将自己的高低ID互换，即上一帧用高ID发送数据，下一帧使用低ID发送数据。

7.根据权利要求1所述的菊花链式环形无主通信系统，其特征在于，所述的巡检模块通过以下操作完成巡检判断：

每个通信节点都有一个表征本通信节点的地址，在巡检时，由地址号小的通信节点产生源发巡检信息，通过该节点的两个端口分别发送出去，如果网络为闭环，转发的各个节点都将自身节点的信息添加到巡检信息中后转发，在两个巡检信息都经过环形网络分别转发一个周之后，由源发节点销毁信息时，所有节点都得到了其他所有节点的通信情况；如果网络为开环，则在巡检信息转发时，转发的各个节点都将自身节点的信息添加到巡检信息中后转发,如果遇到要转发的端口为开环，则向相反的方向转发，此巡检信息转发直到源发节点的非源发端口接收到此信息或源发节点的非源发端口转发此信息失败时销毁此信息，在两帧巡检信息都销毁之后，网络上所有的通信节点都得到了所有其他节点的通信情况。