CN111585862A - 一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法及装置，方法包括：将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。本发明实施例提供的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法及装置，通过将EtherCAT网络域和TSN网络域的时钟同步和业务相互映射，实现EtherCAT网络域和TSN网络域的有机融合，从而实现运营技术OT和通讯技术CT网络的互联互通。

Description

一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法及装置

技术领域

本发明涉及工业互联网技术领域，尤其涉及一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法及装置。

背景技术

在工业或嵌入式应用领域，有多个实时以太网实现可用，虽然它们在功能上类似，但是，每一种的实现方式都与其他实现充分不同，以致于它们不能彼此互相操作。常见的实现方式例如：PROFINET、EtherCAT、Powerlink等。

其中EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场总线通讯协议。EtherCAT的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。EtherCAT具有高性能、拓扑结构灵活、应用容易、低成本、高精度设备同步、可选线缆冗余和功能性安全协议、热插拔等特点，在工业实时控制领域得到了广泛的应用。但是由于EtherCAT并非是标准以太网，虽然在满足机器运动控制等方面已经绰绰有余，但在易用性、互操作性、带宽和设备成本上都存在一些不足，特别是当前大数据和云计算等进入工业控制领域、要求信息技术IT和运营技术OT融合的背景下，不仅要保证大数据传输，而且要保证传输的实时性和确定性，这时EtherCAT实时以太网协议就会显得更加力不从心。为此，许多工业供应商、IT厂商和芯片提供商加入IEEE 802标准委员会，共同更新标准以太网协议，并为工业应用的时间敏感型数据制定了低延迟数据传输标准。这个新标准就称为时间敏感网络(Time-Sensitive Networking，TSN)，旨在解决现有网络的一些缺点。TSN是IEEE 802.1工作组的时间敏感网络任务组开发的一套标准，基于标准的非确定性以太网络，通过时间同步、流量整形和带宽预留等技术，提供确定性的报文传输，保障了网络的低时延、确定性时延以及可靠性等。每一种实现使用的媒体访问控制(MAC)层的实现被自定义以支持其自己的专有协议。现有技术中尚没有一种方法能够定义这些现有的专有技术如何可以与标准IEEE802.1以太网技术共存并且相互操作。

因此，现在亟需一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法及装置。

第一方面本发明实施例提供一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，包括：

将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；

将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

其中，所述将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步，包括：

将所述TSN网络域主时钟作为所述EtherCAT网络域主时钟；

由所述EtherCAT网络域的主站EtherCAT Master与从站EtherCAT Slave的交互数据中，计算各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差；

根据所述各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量；

基于所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，以同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

其中，在所述根据所述时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量，并将所述本地时钟偏移量同步于所述EtherCAT网络域主时钟之后，所述方法还包括：

周期性更新各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，以更新所述本地时钟偏移量；

根据更新的所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，保持同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

其中，所述方法还包括：

将每个EtherCAT Slave的时钟延时误差存储在所述EtherCAT网络域主时钟本地存储单元中，以在每次时钟同步时直接使用。

其中，将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，包括：

基于预设的统一报文格式，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，以及将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，所述预设的统一报文格式为在以太网帧头的源地址后增加4字节的区别帧段，其中，EtherCAT网络域的区别帧段包括6bit的片段ID和6bit的子片段ID，TSN网络域的区别帧段包括12bit的虚拟局域网标识。

其中，所述将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，包括：

配置寻址地址、片段ID以及子片段ID与以太网帧优先级之间的对应关系表；

根据所述对应关系表，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文。

其中，所述将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，包括：

根据所述虚拟局域网标识，解析出所述虚拟局域网标识对应的片段ID和子片段ID；

根据所述片段ID和子片段ID，查找所述对应关系表确定寻址地址，以将负载字段构造为EtherCAT网络域的报文。

第二方面本发明实施例还提供一种EtherCAT与TSN网络互通的实现装置，包括：

时钟同步模块，用于将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；

业务映射模块，用于将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

其中，所述时钟同步模块具体用于：

将所述TSN网络域主时钟作为所述EtherCAT网络域主时钟；

由所述EtherCAT网络域的主站EtherCAT Master与从站EtherCAT Slave的交互数据中，计算各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差；

根据所述各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量；

基于所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，以同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

其中，所述业务映射模块具体用于：

基于预设的统一报文格式，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，以及将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，所述预设的统一报文格式为在以太网帧头的源地址后增加4字节的区别帧段，其中，EtherCAT网络域的区别帧段包括6bit的片段ID和6bit的子片段ID，TSN网络域的区别帧段包括12bit的虚拟局域网标识。

第三方面本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

处理器、存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述EtherCAT与TSN网络互通的实现方法。

第四方面本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述EtherCAT与TSN网络互通的实现方法。

本发明实施例提供的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法及装置，通过将EtherCAT网络域和TSN网络域的时钟同步和业务相互映射，实现EtherCAT网络域和TSN网络域的有机融合，从而实现运营技术OT(Operational Technology)和通讯技术CT(Communication Technology)网络的互联互通。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的EtherCAT网络与TSN网络互通原理框图；

图3是本发明实施例提供的TSN网络域与EtherCAT网络域时钟同步原理示意图；

图4是本发明实施例提供的EtherCAT网络域与TSN网络域时钟同步流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种统一的报文帧格式示意图；

图6是本发明实施例提供的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现装置结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法流程示意图，如图1所示，包括：

101、将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；

102、将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

需要说明的是，EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场总线通讯协议，它于2003年被引入市场，于2007年成为国际标准，并于2014年成为中国国家标准。EtherCAT的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。它具有以下优点：EtherCAT是最快的工业以太网技术之一，同时它提供纳秒级精确同步。相对于设置了相同循环时间的其他总线系统，EtherCAT系统结构通常能减少25％-30％的CPU负载；EtherCAT在网络拓扑结构方面没有任何限制，最多65535个节点可以组成线型、总线型、树型、星型或者任意组合的拓扑结构；相对于传统的现场总线系统，EtherCAT节点地址可被自动设置，无需网络调试，集成的诊断信息可以精确定位到错误。同时无需配置交换机，无需处理复杂的MAC或者IP地址；EtherCAT网络域的主站(EtherCAT Master)无需特殊插卡，EtherCAT网络域的从站(EtherCAT Slave)使用可以由多个供应商提供的高集成度、低成本的芯片；利用分布时钟的精确校准EtherCAT提供了有效的同步解决方案，在EtherCAT中，数据交换完全基于纯粹的硬件设备。由于通讯利用了逻辑环网结构和全双工快速以太网而又有实际环网结构，“主站时钟”可以简单而精确地确定对每个“从站时钟”的运行补偿，反之亦然。分布时钟基于该值进行调整，这意味着它可以在网络范围内提供信号抖动很小、非常精确的时钟。

由上述EtherCAT的特点可以看出，EtherCAT具有高性能、拓扑结构灵活、应用容易、低成本、高精度设备同步、可选线缆冗余和功能性安全协议、热插拔等特点，但是在易用性、互操作性、带宽和设备成本上都存在一些不足，而TSN网络可以解决上述问题，但现有技术中由于每一种实现使用的媒体访问控制MAC层的实现被自定义以支持其自己的专有协议，故而两个网络之间无法互通，针对此场景，本发明实施例提供一种方法使得EtherCAT网络与TSN网络的互通得以实现。

图2是本发明实施例提供的EtherCAT网络与TSN网络互通原理框图，如图2所示，本发明实施例解决EtherCAT网络与TSN网络互通是从两个方面着手的，第一方面是解决时钟同步问题，第二方面解决的是报文传输的格式映射问题。可以理解的是，本发明实施例相当于在EtherCAT网络与TSN网络之间设置了一个网关，该网关中包括EtherCAT主单元、TSNEndPoint单元、时钟同步模块、业务映射模块，时钟同步模块用来解决时钟同步问题，业务映射模块用于解决报文传输的格式映射问题，而EtherCAT主单元、TSN EndPoint单元分别实现原有EtherCAT Master、TSN EndPoint功能。需要说明的是，时钟同步和报文传输的格式映射都是实现网络互通的必不可少要素，故而时钟同步模块和业务映射模块均是不可替换的必要单元，但二者的具体执行顺序本发明实施例在此不作具体限定。

具体的，在步骤101中，本发明实施例首先需要解决的问题是将EtherCAT网络和TSN网络的时钟进行同步，可以理解的是，两个网络报文互通传输的基础是在时域上输出保持一致才能确保传输的数据不会紊乱。结合图2所示，优选的，本发明实施例将TSN网络域的主时钟Tsys_ref指定为系统主时钟，再依托于IEEE 802.1AS协议进行EtherCAT网络的时钟同步。

进一步的，在步骤102中，本发明实施例解决的问题是报文传输的格式映射，可以理解的是，在不同网络域下数据传输所使用的报文格式是不同的，那么在进行业务互通时，需要将EtherCAT网络的报文映射到TSN网络中，TSN网络才能读取报文内容，同样的，只有将TSN网络映射到EtherCAT网络中，EtherCAT网络才能读取报文内容，映射的过程实际上就是报文格式转换的过程。优选的，本发明实施例会为互通网络提供统一的报文格式，只是某一区别帧段上EtherCAT网络和TSN网络所包含的内容不同，那么在相互映射时只需对该区别帧段上的信息进行解析，即可完成相应的报文映射。具体的，可以借助TSN网络域的数据流调度机制，包括：802.1Qbv及802.1Qbu，将EtherCAT域业务流进行报文头转换适配。

本发明实施例提供的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，通过将EtherCAT网络域和TSN网络域的时钟同步和业务相互映射，实现EtherCAT网络域和TSN网络域的有机融合，从而实现运营技术OT和通讯技术CT网络的互联互通。

在上述实施例的基础上，所述将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步，包括：

将所述TSN网络域主时钟作为所述EtherCAT网络域主时钟；

由所述EtherCAT网络域的主站EtherCAT Master与从站EtherCATSlave的交互数据中，计算各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差；

根据所述各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量；

基于所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，以同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例要实现EtherCAT网络域和TSN网络域的互通，首先需要将EtherCAT网络域和TSN网络域的时钟进行同步。

具体的，本发明实施例首先将TSN网络域的主时钟Tsys_ref指定为EtherCAT网络域的主时钟，值得指出的是：EtherCAT网络域的主时钟和TSN网络域的主时钟之间理论上存在Delta的偏差，但是EtherCAT Master的时钟同步于Tsys_ref采用硬件逻辑实现，Delta的时间为ns或亚ns级，且为固定值，相对于TSN域、EtherCAT时钟域ms或亚ms级的同步精度，故在实际工程环境处理中忽略了Delta，直接将Tsys_ref作为了指定为EtherCAT网络域的主时钟。

结合图2所示，网关TSN EndPoint作为TSN网络域节点，同步于主时钟Tsys_ref，时钟同步单元获取该主时钟Tsys_ref，然后将EtherCAT Master的主时钟也采用该主时钟Tsys_ref，那么相当于在TSN网络域与EtherCAT网络域的同步主时钟皆采用Tsys_ref。

图3是本发明实施例提供的TSN网络域与EtherCAT网络域时钟同步原理示意图，如图3所示，EtherCAT Master作为主时钟端口，时间轴为图3中左侧所示，EtherCAT Slave作为从时钟端口，时间轴为图3中右侧EtherCAT Slave所示。主时钟端口向各EtherCAT Slave交互SYN、SYN_Followup、Delay_Request、Delay_Response等信息，获取t1(n)、t2(n)、t3(n)、t4(n)，n表示EtherCAT Slave编号，如1、2、3……n，根据公式计算：

时钟偏移误差Offset(n)＝((t2(n)-t1(n))-(t4(n)-t3(n)))/2；

时钟延时误差Delay(n)＝((t2(n)-t1(n))+(t4(n)-t3(n)))/2。

在计算出各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差Offset(n)和时钟延时误差Delay(n)后，写入EtherCAT Slave对应的寄存器，EtherCAT Slave根据计算的Offset(n)和Delay(n)计算本地时钟偏移量，最后进行时钟偏移补偿，从而使得EtherCAT网络域能够同步于主时钟Tsys_ref。

可以理解的是，现有技术中使用的EtherCAT域同步方式是选用第一个EtherCATSlave时钟作为时钟同步主时钟，EtherCAT Master及其它EtherCAT Slave同步于第一个EtherCAT Slave时钟的方式。而本发明实施例是同步于TSN网络域的主时钟Tsys_ref，在同步机制上具有显著差异，且能够做到将TSN网络域和EtherCAT域融合后保持时钟同步。

在上述实施例的基础上，在所述根据所述时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量，并将所述本地时钟偏移量同步于所述EtherCAT网络域主时钟之后，所述方法还包括：

周期性更新各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，以更新所述本地时钟偏移量；

根据更新的所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，保持同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例通过指定系统主时钟Tsys_ref，并使用IEEE 802.1AS协议实现时钟同步。可参照图3内容所示，本发明实施例的时钟同步过程为一个周期性过程，在每个周期均要更新时钟偏移误差Offset(n)和时钟延时误差Delay(n)的值，然后EtherCAT Slave再更新本地时钟偏移量以实现时钟漂移补偿从而同步于主时钟Tsys_ref。图4是本发明实施例提供的EtherCAT网络域与TSN网络域时钟同步流程示意图，如图4所示，为描述方便，这里将EtherCAT网络域的主站EtherCAT Master简称为主站，EtherCAT网络域的从站EtherCAT Slave简称为从站。主站首先发送APRD指令进行寄存器读取，主站读取寄存器0x0008-0x0009，主站再向从站发送广播指令BWR进行数据写入，从站记录数据帧到达时刻，保存到寄存器。主站广播读BRD指令，获取每个从站保存的数据帧到达时刻，计算出时钟偏移误差Offset(n)和时钟延时误差Delay(n)，主站广播写Delay(n)、Offset(n)到每个从站的传输时延寄存器和初始时钟偏差寄存器，主站使用ARMW读参考时钟，并将其写入以后的每个从站，从站根据Tsys_ref和Delay(n)、Offset(n)，算出本地时钟漂移量，最后主站周期性发送ARMW或FRMW读参考时钟时间，并写入以后的每个从站，实时动态补偿时钟漂移，从而能够保持与主时钟Tsys_ref同步。需要说明的是，上述APRD、BWR、BRD、ARMW是EtherCAT网络中的命令码，具有不同的寻址方式、读写模式、值以及描述，例如：APRD是顺序寻址方式，读写模式为读数据，值为0x01，描述为主站使用顺序寻址从从站读取一定长度数据。其他的命令码本发明实施例在此不再赘述。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

将每个EtherCAT Slave的时钟延时误差存储在所述EtherCAT网络域主时钟本地存储单元中，以在每次时钟同步时直接使用。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例进行时钟同步的过程是一个周期性动态同步过程，那么为了加快同步周期的进行，且由于EtherCAT网络拓扑基本上固定不变，本发明实施例可以在每次更新出Delay(n)时，直接将其存入网关EtherCAT Master存储单元中，然后在每次时钟同步时直接使用即可。

在上述实施例的基础上，将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，包括：

基于预设的统一报文格式，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，以及将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，所述预设的统一报文格式为在以太网帧头的源地址后增加4字节的区别帧段，其中，EtherCAT网络域的区别帧段包括6bit的片段ID和6bit的子片段ID，TSN网络域的区别帧段包括12bit的虚拟局域网标识(即VLAN_ID)。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例提供了一个业务映射单元来实现将EtherCAT网络域的报文和TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中。具体的，本发明实施例首先会提供一种统一的报文格式，图5是本发明实施例提供的一种统一的报文帧格式示意图，如图5所示，该帧格式在以太网帧头的源地址后面新增了一个4字节的区别帧段，该帧段能够对于TSN网络域和EtherCAT网络域具有不同的含义，对于EtherCAT域的数据帧，在源MAC地址后的区别帧段中除了包含2Bytes的TPID，3bit的PRI以及1bit的CFI外，剩下的12bit被分为6bit的片段ID和6bit的子片段ID，片段ID即Seg ID，子片段ID即subSeg ID，而在TSN网络域则沿用VLAN_ID的表示保持不变。

可以理解的是，区别帧段遵循802.1QTag的帧格式，TPID:长度为2bytes，表示帧类型。在802.1QTag帧中TPID字段取值固定为0x8100。PRI：表示以太网帧的优先级，取值为0-7，7为最高优先级。CFI：长度为1bit，在以太网帧中CFI的取值固定为0。VLAN_ID长度为12bit，取值0-4095，0和4095为保留值无法使用。那么通过上述区别帧段中EtherCAT域SegID和subSeg ID与TSN网络域的VLAN_ID的映射即能完成相应报文格式的转换。

在上述实施例的基础上，所述将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，包括：

配置寻址地址、片段ID以及子片段ID与以太网帧优先级之间的对应关系表；

根据所述对应关系表，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例基于统一的报文格式实现EtherCAT网络域的报文和TSN网络域的报文相互映射。那么具体的，在将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文时，首先先根据统一报文格式确定区别帧段的含义，配置对应关系表，该对应关系表是根据用户对网络的配置，配置寻址地址、片段ID以及子片段ID与以太网帧优先级之间的对应关系，然后查找预设的映射表将Seg ID(片段ID)和subSeg ID(子片段ID)映射为相应的VLAN_ID，可以理解的是，在TSN域，根据进入报文格式VLAN_ID和PRI值，再利用TSN域的802.1Qbv/802.1Qbu等协议即能对EtherCAT报文进行处理。可以理解的是，上述配置过程可以根据用户的不同类型进行配置，对EtherCAT域不同的总线进行VLAN和优先级的划分，优先级高的将PRI值配置设高，优先级高的将PRI值配置调低。例如：自动化控制群为高优先级，温度或湿度采集群等设为低优先级，通过TSN网络域的协议进行传输控制以达到低时延高确定性的工业制造。

在上述实施例的基础上，所述将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，包括：

根据所述虚拟局域网标识，解析出所述虚拟局域网标识对应的片段ID和子片段ID；

根据所述片段ID和子片段ID，查找所述对应关系表确定寻址地址，以将负载字段构造为EtherCAT网络域的报文。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例基于统一的报文格式实现EtherCAT网络域的报文和TSN网络域的报文相互映射。那么具体的，在将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文时，只需要根据区别帧段中的VLAN_ID，解析出对应的Seg ID和subSeg ID，然后再查找预设的对应关系表确定出寻址地址，然后在该寻址地址处获取数据，将负载字段Payload构造成相应的报文数据，从而完成到EtherCAT网络域的映射，后续EtherCAT Slave进行业务处理时，直接提取负载字段Payload就可以进行数据处理了。

图6是本发明实施例提供的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现装置结构示意图，如图6所示，包括：时钟同步模块601以及业务映射模块602，其中：

时钟同步模块601用于将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；

业务映射模块602用于将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

具体的如何通过时钟同步模块601以及业务映射模块602可用于执行图1所示的EtherCAT与TSN网络互通的实现装置方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本发明实施例提供的一种EtherCAT与TSN网络互通的实现装置，通过将EtherCAT网络域和TSN网络域的时钟同步和业务相互映射，实现EtherCAT网络域和TSN网络域的有机融合，从而实现运营技术OT和通讯技术CT网络的互联互通。

在上述实施例的基础上，所述时钟同步模块具体用于：

将所述TSN网络域主时钟作为所述EtherCAT网络域主时钟；

由所述EtherCAT网络域的主站EtherCAT Master与从站EtherCAT Slave的交互数据中，计算各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差；

根据所述各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量；

基于所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，以同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

在上述实施例的基础上，所述时钟同步模块还用于：

周期性更新各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，以更新所述本地时钟偏移量；

根据更新的所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，保持同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

在上述实施例的基础上，所述时钟同步模块还用于：

将每个EtherCAT Slave的时钟延时误差存储在所述EtherCAT网络域主时钟本地存储单元中，以在每次时钟同步时直接使用。

在上述实施例的基础上，所述业务映射模块具体用于：

基于预设的统一报文格式，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，以及将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，所述预设的统一报文格式为在以太网帧头的源地址后增加4字节的区别帧段，其中，EtherCAT网络域的区别帧段包括6bit的片段ID和6bit的子片段ID，TSN网络域的区别帧段包括12bit的虚拟局域网标识。

在上述实施例的基础上，所述将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，包括：

配置寻址地址、片段ID以及子片段ID与以太网帧优先级之间的对应关系表；

根据所述对应关系表，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文。

在上述实施例的基础上，所述将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，包括：

根据所述虚拟局域网标识，解析出所述虚拟局域网标识对应的片段ID和子片段ID；

根据所述片段ID和子片段ID，查找所述对应关系表确定寻址地址，以将负载字段构造为EtherCAT网络域的报文。

图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图，参照图7，所述电子设备，包括：处理器(processor)701、通信接口(Communications Interface)702、存储器(memory)703和总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过总线704完成相互间的通信。处理器701可以调用存储器703中的逻辑指令，以执行如下方法：将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述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计算机可读存储介质中，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)执行每个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，其特征在于，包括：

将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；

将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

2.根据权利要求1所述的EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，其特征在于，所述将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步，包括：

将所述TSN网络域主时钟作为所述EtherCAT网络域主时钟；

由所述EtherCAT网络域的主站EtherCAT Master与从站EtherCAT Slave的交互数据中，计算各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差；

根据所述各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量；

基于所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，以同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

3.根据权利要求2所述的EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，其特征在于，在所述根据所述时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量，并将所述本地时钟偏移量同步于所述EtherCAT网络域主时钟之后，所述方法还包括：

周期性更新各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，以更新所述本地时钟偏移量；

根据更新的所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，保持同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

4.根据权利要求3所述的EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：

将每个EtherCAT Slave的时钟延时误差存储在所述EtherCAT网络域主时钟本地存储单元中，以在每次时钟同步时直接使用。

5.根据权利要求1所述的EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，其特征在于，将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，包括：

基于预设的统一报文格式，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，以及将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，所述预设的统一报文格式为在以太网帧头的源地址后增加4字节的区别帧段，其中，EtherCAT网络域的区别帧段包括6bit的片段ID和6bit的子片段ID，TSN网络域的区别帧段包括12bit的虚拟局域网标识。

6.根据权利要求5所述的EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，其特征在于，所述将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，包括：

配置寻址地址、片段ID以及子片段ID与以太网帧优先级之间的对应关系表；

根据所述对应关系表，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文。

7.根据权利要求6所述的EtherCAT与TSN网络互通的实现方法，其特征在于，所述将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，包括：

根据所述虚拟局域网标识，解析出所述虚拟局域网标识对应的片段ID和子片段ID；

根据所述片段ID和子片段ID，查找所述对应关系表确定寻址地址，以将负载字段构造为EtherCAT网络域的报文。

8.一种EtherCAT与TSN网络互通的实现装置，其特征在于，包括：

时钟同步模块，用于将EtherCAT网络域和TSN网络域进行时钟同步；

业务映射模块，用于将所述EtherCAT网络域的报文和所述TSN网络域的报文相互映射到对方的网络域中，以实现EtherCAT与TSN网络互通。

9.根据权利要求8所述的EtherCAT与TSN网络互通的实现装置，其特征在于，所述时钟同步模块具体用于：

将所述TSN网络域主时钟作为所述EtherCAT网络域主时钟；

由所述EtherCAT网络域的主站EtherCAT Master与从站EtherCAT Slave的交互数据中，计算各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差；

根据所述各个EtherCAT Slave的时钟偏移误差和时钟延时误差，计算本地时钟偏移量；

基于所述本地时钟偏移量，进行时钟偏移补偿，以同步于所述EtherCAT网络域主时钟。

10.根据权利要求8所述的EtherCAT与TSN网络互通的实现装置，其特征在于，所述业务映射模块具体用于：

基于预设的统一报文格式，将EtherCAT网络域的报文映射为TSN网络域的报文，以及将TSN网络域的报文映射为EtherCAT网络域的报文，所述预设的统一报文格式为在以太网帧头的源地址后增加4字节的区别帧段，其中，EtherCAT网络域的区别帧段包括6bit的片段ID和6bit的子片段ID，TSN网络域的区别帧段包括12bit的虚拟局域网标识。

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