CN110768881A - 数据交互系统及数据交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据交互系统和数据交互方法，数据交互系统包括：一级网络：包括至少两个一级网络节点，各一级网络节点之间相互通信；二级网络：包括多个二级子网络，每个二级子网络均包括二级网络设备，每个二级子网络连接至一个一级网络节点。数据交互方法如下：在一级网络节点状态变化时，一级网络节点暂停与二级网络设备的数据通信，将状态变化开始信息和结束信息发送至二级网络设备；二级网络设备获取一级网络节点状态信息，识别到一级网络节点状态变化后进行初始化，在一级网络节点状态变化结束后与一级网络节点恢复通信。该系统和方法从软件上解决了总线状态变化导致数据发送端口内的数据发生顺序互换时产生的问题，实现简单、使用灵活。

Description

数据交互系统及数据交互方法

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，具体涉及一种数据交互系统及数据交互方法。

背景技术

不同的设备经由传输线进行通信时往往遵循一种通信控制技术进行通信，如分布式现场总线通信LonWorks((Lucal Operating Netwok)，绞线式列车级总线WTB(WireTrain Bus)通信，多功能车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)通信，控制器局域网路CAN(Controller Area Network)通信等。

网络控制系统多采用两级或者多级总线通信架构实现更为复杂的网络控制及数据通信。不同级总线数据交互通信时往往存在通信起点排序问题，即由同一网络总线节点进行数据转换交互时，由总线周期性通讯特点使得在网络状态变化导致数据发送端口内的数据发生顺序互换时产生的通信起点排序问题。现有解决技术存在一定缺陷如判断通信排序起点比较困难，容易误判；额外增加控制单元，通过对通信总线施加电压干预总线通信使得总线通信为禁止状态，提高了控制成本；不能有效解决数据通信错误问题；额外设置定时器，使用不灵活等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级网络通信系统，该通信系统可在一级网络通信起点变化后，自适应调整二级网络的状态，以保证两级网络之间准确、高效的进行数据通信。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种数据交互系统，包括：

一级网络：其上设置有至少两个一级网络节点，每个一级网络节点均包括控制单元，各一级网络节点之间相互通信传输需要转换的数据；

二级网络：包括多个二级子网络，每个二级子网络均包括二级网络设备，每个二级子网络连接至一个一级网络节点；

所述控制单元被配置为，可获取所有一级网络节点的状态信息。在一级网络节点状态变化时，控制一级网络节点暂停与二级网络通信设备进行数据传输及转换通信，将状态变化开始信息和结束信息发送至二级网络设备；在一级网络节点状态处于稳态时，控制一级网络节点实现一级网络数据和二级网络数据的相互传输和转换。

所述二级网络设备被配置为，获取一级网络节点传输的网络节点状态信息，识别到一级网络节点状态变化后进行初始化，适应变化后的一级网络节点的状态；并在一级网络节点状态变化结束后与一级网络节点恢复数据传输及转换通信。

作为优选，每个二级网络均包括多个可相互通信的二级子设备，其中一个二级子设备作为主设备，与一级网络节点连接，并控制连接在同一个二级网络上的所有子设备之间相互通信。

作为优选，所述一级网络节点进一步包括一级数据缓存单元，用于缓存一级网络向二级网络发送的传输及转换数据以及用于缓存从二级网络接收到一级网络的需要传输及转换的数据；所述二级网络设备进一步包括二级数据缓存单元，用于缓存二级网络向一级网络发送的需要传输及转换的数据以及用于缓存从一级网络接收到二级网络的传输及转换数据；所述一级网络节点包括一级数据锁定单元，用于锁定数据缓存单元内一级网络发送至二级网络设备的传输及转换数据；所述二级网络设备包括二级数据锁定单元，用于锁定数据缓存单元内二级网络设备从一级网络节点接收的传输及转换数据。

一种数据交互方法，包括以下步骤：

一级网络节点状态变化开始时，暂停与二级网络通信，将状态变化开始信息和结束信息发送至二级网络设备；

二级网络设备识别到一级网络节点的状态变化开始信息后，进行二级网络设备的初始化；

待一级网络节点状态变化结束后，且二级网络设备初始化结束，恢复一级网络与二级网络的通信。

作为优选，进一步包括以下步骤：一级网络状态变化时，一级网络节点的控制单元利用锁存单元控制网络节点暂停更新数据缓存单元存储的发送到二级网络设备的转换传输的数据，待一级网络状态变化结束且二级网络设备初始化结束后，解锁缓存数据，利用一级数据缓存单元将传输及转换数据发送至二级网络设备。

作为优选，一级网络节点解锁缓存单元后，周期性的获取所有一级网络节点传输及转换的数据，并周期性的将获取的传输及转换的数据更新至数据缓存单元。

作为优选，进一步包括以下步骤：二级网络设备获取一级网络节点状态变化开始信息后，将从一级网络通信设备接收的数据锁定，利用二级数据锁定单元停止将数据缓存单元内的数据更细至其内部处理器。

作为优选，一级网络节点状态变化结束后，二级网络设备开始获取一级网络节点传递至二级网络的传输及转换的数据并将其更新在二级数据缓存单元中，延时将二级数据缓存单元内的数据更新至其内部处理器。

作为优选，延时时间为二级总线传输及转换的数据端口的通信周期。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出了一种多级总线构成的网络通信系统内的设备数据交互系统和方法，利用总线节点与设备间数据通信交互机制，有效的解决了总线状态变化导致数据发送端口内的数据发生顺序互换时产生的通信起点排序问题，保证节点与设备间进行的通信不会因为总线状态变化而导致出现错误。

该系统和方法通过节点与设备的数据交互处理机制，不需要借助额外的控制单元或者硬件控制电路对总线通信进行干预，从软件上有效的解决了总线状态变化导致数据发送端口内的数据发生顺序互换时产生的通信起点排序问题，具有实现简单、使用灵活等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为数据交互系统结构示意图；

图2为一级网络节点内部通信结构示意图；

图3为数据交互原理结构示意图；

图4为数据交互系统在列车上的具体应用结构示意图；

图5为一级网络状态变化时与二级网络通信结构示意图；

图6为一级网络节点状态变化时，节点内部工作流程示意图；

图7为二级网络设备内部工作流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种数据交互系统，用于多级网络系统之间的数据通信，以包括两级网络为例。正常情况下，以有一级网络节点包括五个通信节点来举例，每个端口存储一个一级网络节点下挂载的二级网络设备需要传输及转换的通信数据，正常情况下，各端口的通信顺序为ABCDE，对应依次挂载在从左到右排列的5个一级网络节点下对应的5个二级网络设备需要传输及转换的通信数据，二级网络设置为与一级网络节点状态相匹配的端口访问顺序；一级网络和二级网络进行正常通信。一级网络各节点将本节点下挂载的二级网络设备数据传递至其他的一级网络节点，同时获取其他一级网络节点发送的对应节点下挂载的二级网络设备数据并分别存储在ABCDE5个端口中，通过这5个端口分别将数据传递至各自节点下挂载的二级网络设备。根据ABCDE通信端口排列顺序，每个网络节点下挂载的二级网络设备就能根据对应的端口识别出数据来自哪一个一级网络节点下挂载的二级网络设备。

在一级网络节点的状态发生变化时，各节点下的5个通信端口存储的对应节点下的二级网络设备数据会因节点数据存储排序的变换导致存储端口数据位置顺序发生变换，例如在某一工况下ABCDE存储方式会变换为EDCBA存储方式，即将A与E，B与D存储内容发生互换，如果还按之前的通信配置来进行数据通信，由于端口时间片通信调度顺序不会发生变化，往往会因为程序执行周期的原因使得通信缓存区中的端口数据来不及同时更新成最新值或同时完成更新的时间刚好处在总线通信周期的某一时刻，二级总线设备在获取数据时也会存在在此更新时间前为旧的数据而在此更新时间后为新的数据的通信起点排序问题。本发明提供的数据交互系统可以高效、准确的解决以上问题。

本发明提供的数据交互系统的结构参考图1，包括：

一级网络：其上设置有至少两个一级网络节点，每个一级网络节点均包括控制单元，各一级网络节点之间相互通信；

二级网络：包括多个二级子网络，每个二级子网络均包括二级网络设备，每个二级子网络连接至一个一级网路通信节点；具体说，每个二级网络均包括多个可相互通信的二级子设备，其中一个二级子设备作为主设备，与一级网络节点连接，该网络节点作为二级子设备之一，可以与其它的二级子设备之间相互通信，以使所有二级子设备均可以获取一级网络的数据；本实施例中，所有二级网络自身之间顺次串联连接，作为主设备的二级网络设备获取一级网络数据后，顺次传递至其他的二级网络子设备。

一级网络和二级网络采用不同的通信总线，各个二级子网络也可以采用不同的通信总线。本实施例图1中，第二网络总线、第三网络总线和第四网络总线均对应不同的通信总线，但是同为二级网络。

一级网络的控制单元被配置为，可获取所有一级网络节点的状态信息(状态信息包括各节点的通信顺序)，并在一级网络节点状态变化时，暂停与二级网络通信，将状态变化开始信息和结束信息发送至二级网络设备；

二级网络设备被配置为，获取一级网络节点状态信息，并在一节网络节点状态变化时，适应变化后的一级网络节点的状态，进行初始化；并在一级网络节点状态变化结束后与一级网络节点恢复通信。

更进一步的，为了在一级网络节点的状态变化时，及时作出反应，避免数据被错误的传输，一级网络节点和二级网络设备进一步包括数据缓存单元，用于缓存一级网络和二级网络相互发送的传输及转换数据；一级网络节点和二级网络设备包括数据锁定单元，用于锁定一级网络和二级网络设备通信的传输及转换数据。

一级网络节点内部通信配置结构参考图2，包括应用处理器、数据缓存单元和总线控制器。总线节点将从一级网络总线上获取的数据按照节点相对顺序位置依次存储在一级数据缓存区的端口序列中，不同的端口中存储不同的总线节点数据，总线控制器根据总线调度实时将一级数据缓存区内端口数据发送到总线上或者从总线上获取数据存储到对应的通信端口中。

一级网络向二级网络发送数据的总线通信原理如图3所示，在发送数据时由总线周期调度通过总线控制器在一个通信周期内将通信缓存区端口存放的数据依次完成顺序发送，在时间片1、时间片2、时间片3、时间片4以及时间片5等时间片内依次顺序完成总线节点通信缓存区端口数据发送，对应的与节点连接的二级网络上的设备在一个总线通信周期内依次顺序完成已发送数据的接收。

该数据交互系统可被应用于列车网络系统，结构参考图4。以动车组为例，包括两级网络，WTB和MVB，一级网络为WTB，二级网络为MVB。通常为两列车连挂，头车和尾车都可能作为主控车。头车和尾车相当于一级网络节点，受头车控制的1至4车相当于二级网络，受尾车控制的5-8车也相当于二级网络。二级网络上的设备有中央控制单元以及其它通过二级网络MVB连接的控制设备。中央控制单元作为车辆控制设备，通过MVB总线对车辆进行控制，通常1-4车通过MVB总线连接在一起构成头车控制单元，5-8车构成尾车控制单元。

通过以下示例来说明前文所述的多级网络通信的问题在列车通信网络上的反应。

初始状态下，1车作为主控车，此时头车所在半列通信状态排列在前端并且有钥匙显示，此时需要1车的网关通过WTB总线把8车中央控制单元发送的设备信息收取过来并通过1车网关发送给1车的中央控制单元，形成网关与中央控制单元的通信。

为了区分网关发送的信息是1车的还是8车的，使用通信端口对通信信息进行区分，在实际信息传输时，假设规定把占用端所在控制单元的信息存储在端口1，非占用端的存在端口2，以1车和8车车门状态信息为例，车门关闭状态为1，打开状态为2，故障状态为3。1车所在半列为主控时，1车车门信息存储在端口1，8车车门信息存储在端口2，端口1传输1，端口传输2；同样的8车车门信息使用端口1和2传输数据时按照同样的约定，端口1传输1，端口2传输2。前后半列显示状态一致，从端口数据判断出1车车门关闭，8车车门打开。

假若此时主控端发生变化，在8车所在半列为主控。8车车门信息需要存储在端口1，1车车门信息需要存储在端口2。因端口数据发生变化，在变化过程中，中央控制单元实时从端口1和2中取数据，若在占用端变化时，端口1和2的数据分别从1、2变化成2、1。但是因为通信周期问题，中央控制单元在取数据时从端口1和端口2取数据的时间段不在同一时刻，假若刚取完端口1的数据值(此时存储的为旧值1)，端口数据发生更新变化从1、2变成2、1，这样实际取到的端口1数据一个为旧值1，另外一个端口2为新值1，端口1、2存储的数据变为1、1，显示车门状态1车和1车都为关闭状态，在下一个通信周期访问端口1取数据时才能取到正常的数据值2(打开状态)，出现的问题会造成数据传输混乱。

以下，将详述可以解决以上问题的数据交互方法。

一级网络节点状态变化开始时，暂停与二级网络通信，将状态变化开始信息和结束信息发送至二级网络设备；

二级网络设备获取一级网络节点的状态变化开始信息后，进行二级网络设备的初始化；

待一级网络节点状态变化结束后，且二级网络设备初始化结束，恢复一级网络与二级网络的通信。

一级网络和二级网络基于时间节点的数据交互流程可结合参考图5、图6以及图7。

一级网络节点周期性的判断总线是否将要发生变化，周期性的判断总线是否变化完成。

(1)网络总线变化前，会产生状态标志信息。一级网络节点在总线状态将要发生变化之前的t0时刻提前判断出并产生总线状态变化标志，并将此标志在一个通信周期时间内通过二级总线网络调度发送给此二级网络设备。

更进一步的，由于此时数据将不再适应当前的网络配置，在此时刻节点锁存应用处理器发送到通信缓存区的数据，停止向二级网络设备发送数据。一级网络节点周期性的更新通信缓存区的数据，使得通信存储器端口中的数据实时更新到当前最新值。

(2)二级网络设备周期性的判断是否收到一级网络节点的状态变化数据。二级网络设备在t2时刻收到节点发送的总线通信状态变化标志位后，进行设备内部通信相关的初始化操作，以适应当前一级网络的配置。

更进一步的，此时，从一级网络节点获取传输及转换数据的其它二级总线设备还需要利用自身设备内部的二级数据锁定单元及时停止将数据缓存单元内的数据更新到设备处理器，数据缓存单元内存储的数据为二级总线设备从二级总线上获取的一级总线节点传输的转换数据，即锁存设备应用处理器从通信缓存区接收到的数据。

(3)二级网络设备在t3时刻完成内部通信相关的初始化后，暂时不恢复与一级网络节点的传输及转换数据通信，直至等待一级网络节点发送总线状态变化结束标志。

(4)总线节点在t0开始后的t1时刻进行总线状态变化，在t4时刻总线通信状态变化结束并产生总线状态变化结束标志。该结束标志将传递至二级网络设备，此标志将在一个通信周期时间内通过二级总线网络调度发送给此总线上的设备。

(5)总线通信状态变化时间为t4-t1，为总线不稳态时间，不稳态时间长短依据第一级总线内部通信机制决定。二级总线设备在t5时刻收到一级网络节点发送的总线通信状态结束标志位后解锁设备应用处理器从通信缓存区接收到的数据。

更进一步的，并经过延时到t6时刻为二级总线通信正常时刻。t6-t5的延时时间依据最大的总线通信周期及程序执行周期决定。t6-t2的时间间隔为二级总线设备为规避存在的通信起点排序问题进行数据处理的时间。

需要说明的是，在二级网络设备重新开始接收数据时，因为总线周期性通信的特点，完成整个二级通信缓存区通信端口的数据更新需要一个通信周期，因此小于通信周期的执行时间内获取的端口数据并不是准确的。此时，开始接收一级网络数据的二级网络设备数据缓存区存储的从一级网络获取的传输及转换数据，在开始接收的一段时间内有可能还是旧数据，因此延时最大通信周期和程序执行周期之和的时长后，将二级数据缓存单元内的数据更新至二级网络设备内部处理器，从而保证内部处理器使用的数据为正确数据。

结合在前文示例的在列车网络的具体应用，在上述数据交互过程中，通信设备使用的通信端口同一时刻，在1车的端口1、2的数据和8车的端口1、2的数据是一致的。

本发明提供的数据交互系统和数据交互方法，可以解决多级网络通信状态变化时，导致不同级网络之间数据交互混乱的问题。简单、高效的解决节点状态变化后，多级网络通信的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据交互系统，其特征在于，包括：

一级网络：其上设置有至少两个一级网络节点，每个一级网络节点均包括控制单元，各一级网络节点之间相互通信；

二级网络：包括多个二级子网络，每个二级子网络均包括二级网络设备，每个二级子网络连接至一个一级网络节点；

所述控制单元被配置为，可获取所有一级网络节点的状态信息，在一级网络节点状态变化时，控制一级网络节点暂停与二级网络设备进行数据通信，将状态变化开始信息和结束信息发送至二级网络设备；在一级网络节点状态处于稳态时，控制网络节点实现一级网络和二级网络的数据通信；

所述二级网络设备被配置为，获取一级网络节点传输的网络节点状态信息，识别到一级网络节点状态变化后进行初始化，适应变化后的一级网络节点的状态；并在一级网络节点状态变化结束后与一级网络节点恢复数据通信。

2.如权利要求1所述的数据交互系统，其特征在于，每个二级网络均包括多个可相互通信的二级网络子设备，其中一个二级网络子设备作为主设备，与一级网络节点连接，并控制连接在同一个二级网络上的所有二级网络子设备之间相互通信。

3.如权利要求1所述的数据交互系统，其特征在于：

所述一级网络节点进一步包括：

一级数据缓存单元，用于缓存一级网络向二级网络发送的传输及转换数据以及用于缓存从二级网络接收到一级网络的需要传输及转换的数据；

一级数据锁定单元，用于锁定一级数据缓存单元内一级网络发送至二级网络设备的数据；

所述二级网络设备进一步包括：

二级数据缓存单元，用于缓存二级网络向一级网络发送的需要传输及转换的数据以及用于缓存从一级网络接收到二级网络的传输及转换数据；

二级数据锁定单元，用于锁定二级数据缓存单元内二级网络设备从一级网络节点接收的数据。

4.一种数据交互方法，其特征在于，包括以下步骤：

一级网络节点状态变化开始时，暂停与二级网络通信，将状态变化开始信息和结束信息发送至二级网络设备；

二级网络设备识别到一级网络节点的状态变化开始信息后，进行二级网络设备的初始化；

待一级网络节点状态变化结束后，且二级网络设备初始化结束，恢复一级网络与二级网络的通信。

5.如权利要求4所述的数据交互方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：一级网络状态变化时，一级网络节点的控制单元利用一级数据锁定单元控制网络节点暂停更新一级数据缓存单元存储的发送到二级网络设备的数据，待一级网络状态变化结束且二级网络设备初始化结束后，解锁缓存数据，利用一级数据缓存单元将传输及转换数据发送至二级网络设备。

6.如权利要求5所述的数据交互方法，其特征在于，一级网络节点解锁一级数据缓存单元后，周期性的获取所有一级网络节点传输及转换的数据，并周期性的将获取的传输及转换的数据更新至数据缓存单元。

7.如权利要求4所述的数据交互方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

二级网络设备获取一级网络节点状态变化开始信息后，将从一级网络通信设备接收的数据锁定，利用二级数据锁定单元停止将二级数据缓存单元内的数据更细至其内部处理器。

8.如权利要求7所述的数据交互方法，其特征在于，一级网络节点状态变化结束后，二级网络设备开始获取一级网络节点传递至二级网络的传输及转换的数据并将其更新在二级数据缓存单元中，延时将二级数据缓存单元内的数据更新至其内部处理器。

9.如权利要求8所述的数据交互方法，其特征在于，延时时间为二级总线传输及转换的数据端口的通信周期。

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