CN112104654A - 一种多协议自动识别与转换方法及智能网关 - Google Patents

一种多协议自动识别与转换方法及智能网关 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种多协议自动识别与转换方法及智能网关，其中的方法包括：获取终端设备发送的数据；将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配；若匹配成功则将匹配的预置通信协议作为所述数据的通信协议；根据所述数据的通讯协议解析所述数据的数据区内容；存储所述数据区内容，和/或将所述数据区内容发送至服务器。通过对终端设备发送的数据与预置通信协议进行匹配，从而确定数据的通信协议，之后根据通信协议对数据进行解析处理，之后存储数据和/或发送至服务器，从而克服了工业现场数据传输方式多样、数据协议不统一，难于集中工业现场数据的问题。

Description

一种多协议自动识别与转换方法及智能网关
技术领域
本发明涉及工业现场数据采集领域，具体地，涉及一种多协议自动识别与转换方法及智能网关。
背景技术
工业现场数据种类多样，数据传输方式和数据传输协议不统一，在生产过程中产生的过程数据、状态数据等难以采用统一的方式进行采集，更难以统一的方式进行传输。因此，亟需对上述问题进行改进。
发明内容
本申请实施例旨在提供一种多协议自动识别与转换方法及智能网关，自动识别终端设备所使用的通讯协议，将采集的数据按照通讯协议解析后得到数据区内容，并将数据区内容经过加工处理或直接转发给服务器。
本申请一些实施例中提供一种多协议自动识别与转换方法，包括如下步骤：
获取终端设备发送的数据；
将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配；
若匹配成功则将匹配的预置通信协议作为所述数据的通信协议；
根据所述数据的通讯协议解析所述数据的数据区内容；
存储所述数据区内容，和/或将所述数据区内容发送至服务器。
可选地，上述的多协议自动识别与转换方法中，将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配的步骤中：
所述数据所包含多帧数据帧且所述数据帧的帧数大于预设帧数阈值；
若多帧数据帧中有任一数据帧与所述预置通信协议匹配成功则判定所述数据与所述预置通信协议匹配成功，否则匹配不成功。
可选地，上述的多协议自动识别与转换方法中，将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配的步骤包括：
根据所述预置协议库设定的协议特征，对所述数据帧进行特征提取；
若提取到的特征与所述预置协议库设定的协议特征相匹配，则匹配成功，否则匹配不成功。
可选地，上述的多协议自动识别与转换方法中，若匹配不成功，则还包括如下步骤：
根据提取到的所述特征建立扩展协议库，将所述扩展协议库添加至所述预置协议库中得到更新后的预置协议库。
可选地，上述的多协议自动识别与转换方法中，若匹配不成功，则还包括如下步骤：
存储所述终端设备发送的全部所述数据，和/或将全部所述数据发送至服务器。
可选地，上述的多协议自动识别与转换方法中，存储所述数据区内容，和/或将所述数据区内容发送至服务器中还包括对所述数据区内容进行处理的步骤，所述处理包括但不限于排序、求和或取反；
存储所述终端设备发送的全部所述数据，和/或将全部所述数据发送至服务器的步骤中还包括对全部所述数据进行处理的步骤，所述处理包括但不限于排序、求和或取反。
可选地，上述的多协议自动识别与转换方法中，还包括如下步骤：
响应于服务器返回的数据接收成功信号，将与所述数据接收成功信号对应的数据区内容和/或全部数据清除。
可选地，上述的多协议自动识别与转换方法中，所述预置协议库包括但不限于TCP/IP协议库、UDP/IP协议库、Ethernet/IP协议库、EtherCAT协议库、ModBus-RTU协议库、ModBus-ASCⅡ协议库和ProfiBus协议库。
本申请一些实施例中还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令后执行以上任一项所述的多协议自动识别与转换方法。
本申请一些实施例中还提供一种智能网关，包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个存储器中存储有程序指令，至少一个处理器读取所述程序指令后执行以上任一项所述的多协议自动识别与转换方法。
本申请实施例提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有如下技术效果：通过对终端设备发送的数据与预置通信协议进行匹配，从而确定数据的通信协议，之后根据通信协议对数据进行解析处理，之后存储数据和/或发送至服务器，从而克服了工业现场数据传输方式多样、数据协议不统一，难于集中工业现场数据的问题。
附图说明
图1为本申请一个实施例所述多协议自动识别与转换方法的流程图；
图2为本申请一个实施例所述多协议自动识别与转换方法的应用场景的信号传输示意图；
图3为本申请另一个实施例所述智能网关的硬件架构示意图；
图4为本申请一个实施例所述智能网关的软件架构图；
图5为本申请另一实施例所述多协议自动识别与转换方法的流程图；
图6为本申请一个实施例所述将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配的流程图；
图7为本申请一个实施例所述智能网关的硬件连接关系示意图；
图8为本申请一个实施例所述智能网关的硬件架构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本实施例提供一种多协议自动识别与转换方法，可应用于智能网关中，如图2和图3所示，智能网关1应用于服务器0和终端设备2之间，是数据在服务器0和终端设备2之间传输的桥梁，所述智能网关1的软件架构如图4所示，智能网关1的软件部分包括：网关系统层130、数据管理层140、数据服务层150。网关系统层130包括嵌入式操作系统131、驱动单元132、数据库133，优选的，嵌入式操作系统131为嵌入式Linux操作系统，驱动单元132包括嵌入式Linux操作系统驱动及智能网关硬件部分的各模块所需驱动，数据库133为嵌入式数据库SQLite。数据管理层140包括内置协议库141、数据协议识别单元142、数据解析与存储单元143。数据服务层150包括数据处理单元151和数据转发单元152。
如图1所示，所述方法包括如下步骤：
S101：获取终端设备发送的数据。
S102：将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配。在预置协议库中预先存储有多种预置通信协议。
S103：若匹配成功，则将匹配的预置通信协议作为所述数据的通信协议。
S104：根据所述数据的通讯协议解析所述数据的数据区内容。
S105：存储所述数据区内容，和/或将所述数据区内容发送至服务器。
如图3所示，所述终端设备2包括多种种类，如可编程逻辑控制器(PLC)、传感器、继电器、WIFI无线终端、4G无线终端等。智能网关1使用与服务器0和终端设备2相对应的数据传输接口，建立通信通道，采集终端设备2在工业生产过程中产生的数据，在此过程中，智能网关1自动识别终端设备2所使用的通讯协议，将采集的数据按照通讯协议解析后得到数据区内容，并经过加工处理或直接转发给服务器0。
进一步地，上述方法还包括：若匹配不成功，则根据提取到的所述特征建立扩展协议库，将所述扩展协议库添加至所述预置协议库中得到更新后的预置协议库。存储所述终端设备发送的全部所述数据，和/或将全部所述数据发送至服务器。
综上所述，结合图4和图5所示，上述多协议自动识别与转换方法可以包括如下步骤：
S1：建立智能网关1与服务器0之间的通信通道。
S2：建立智能网关1与终端设备2之间的通信通道。
S3：接收终端设备2发出的数据。
S4：将数据与内置协议库141匹配，识别终端设备2通讯协议，判断是否识别终端设备2的通讯协议，若是则进入步骤S51，若否则进入步骤S52。
S51：解析终端设备2的通讯协议，提取终端设备2通讯协议数据区内容并存储，并进入步骤S7。
S52：存储终端设备2发出的全部数据，并进入步骤S7和S8。
S6：建立终端设备2的通讯协议特征，依据协议特征建立新的协议库，扩展内置协议库。
S7：判断服务器0是否准备接收数据，若是则执行步骤S81/S82。
S81：将存储的数据区数据发送到服务器0并清除本地数据。
S82：将存储的全部数据发送到服务器0并清除本地数据。
具体地，图4中的数据管理层140的内置协议库141包括但不限于TCP/IP协议库、UDP/IP协议库、Ethernet/IP协议库、EtherCAT协议库、ModBus-RTU协议库、ModBus-ASCⅡ协议库、ProfiBus协议库等通用标准协议库。数据管理层140的数据协议识别单元142将接收到的数据与内置协议库比对，通过分析接收到的数据与内置协议库所包括协议的相似度，判断接收到的数据所使用的协议。数据管理层140的数据解析与存储143根据数据协议识别所判断的协议对接收到的数据进行解析，并将协议数据区的内容存储。当数据协议识别单元142不能判断接收到的数据所使用的协议时，数据解析与存储单元143将接收到的数据全部存储，并分析接收到的数据所带有的协议特征，依据协议特征建立新的协议库，扩展内置协议库。数据服务层150的数据处理单元151对数据解析与存储单元143得到的数据进行加工处理，所述加工处理包括但不限于将数据排序、求和、取反。数据服务层150的数据转发单元152将数据解析与存储单元143或数据处理单元151后得到的数据以内置协议库141包含的协议转发给其它设备。
进一步地，以上方案中通过如下方式将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配：所述数据所包含多帧数据帧且所述数据帧的帧数大于预设帧数阈值；若多帧数据帧中有任一数据帧与所述预置通信协议匹配成功则判定所述数据与所述预置通信协议匹配成功，否则匹配不成功。进一步地，根据所述预置协议库设定的协议特征，对所述数据帧进行特征提取；若提取到的特征与所述预置协议库设定的协议特征相匹配，则匹配成功，否则匹配不成功。如图6所示，包括:
S31：接收终端设备发出的数据，为保证协议识别率，需接收多帧数据，例如接收十五帧数据帧。
S32：依据内置协议库设定的协议特征，对接收到的数据做特征提取。
S33：判断提取到的接收数据的特征是否符合内置协议库设定的协议特征，如判断结果为是，则转S34，如判断结果为否，则转S35。
S34：识别到终端设备的通讯协议，即匹配成功。
S35：判断是否已经接收到一定量的数据帧，如判断结果为是，则转S36，如判断结果为否，则转S31。
S36：未识别到终端设备的通讯协议，即匹配未成功。
举例来说，对于采用RS-485接口通讯的一组设备，在未知设备间通讯协议(假定为标准ModBus-RTU协议)的情况下，按照一种协议自动识别与转换方法所述步骤执行如下：
S1：智能网关与服务器通过有线网络，采用TCP/IP协议传输数据，将水晶头插入智能网关以太网模块的RJ45接口，智能网关自动获取IP地址并与服务器建立连接。
S2：已知目标设备之间采用RS-485接口通讯，将智能网关RS-485模块的A、B线并入目标设备之间的RS-485接口的A、B线。智能网关自动检测RS-485总线上的高低电平变化，通过计算高低电平持续时间，进而计算出RS-485总线上数据传输的波特率，依据波特率和每一帧数据中的高低电平变化及持续时间推算出串行数据传输的起始位数、数据位数、校验位数及校验方式、停止位数。智能网关配置自身的波特率、起始位、数据位、校验位、停止位与目标设备的参数一致，至此，智能网关可以正确接收到目标设备之间传输的数据。
S3：接收终端设备发出的数据；
S4：将终端设备的数据与内置协议库匹配，识别终端设备通讯协议，具体地包括：
S31：智能网关通过RS-485模块接收目标设备之间传输的数据。
S32：智能网关通过RS-485模块接收数据，对应RS-485模块的标准协议包括但不限于ModBus-RTU协议、ModBus-ASCⅡ协议。智能网关同时根据ModBus-RTU协议、ModBus-ASCⅡ协议等协议的协议特征对接收到的数据做特征提取。如ModBus-RTU协议规定：
(1)主从设备采用一问一答的方式通讯，设备之间发送数据的格式如表1所示：
表1ModBus-RTU协议数据格式
Figure BDA0002684673870000071
主设备发送的地址域是目标从设备的地址，功能域是从设备要执行的操作的功能码，数据域是从设备要执行功能码的寄存器开始地址及寄存器数量，错误校验域是对地址域、功能域、数据域的CRC校验。
(2)从设备回复主设备的数据格式与主设备发送的数据格式相同，地址域是从设备自身的地址，功能域是从设备执行的操作的功能码，数据域是从设备执行操作后获得的数据，错误校验域是对地址域、功能域、数据域的CRC校验。
(3)标准ModBus-RTU协议的功能码为1-21。
则ModBus-RTU协议的特征包括但不限于：
(1)前后两帧数据的第1个字节和第2个字节相同。
(2)每帧数据的第2个字节在1-21范围内。
(3)每帧数据的最后2个字节是前面字节的CRC校验。
智能网关依据以上ModBus-RTU协议的特征对接收到的数据进行数据划分，并提取特征。
S33：假定设备之间的通讯协议是标准ModBus-RTU协议，则根据步骤S32，智能网关对接收到的数据提取的特征与ModBus-RTU协议的特征相符，转步骤S34。
S34：智能网关识别到设备之间的通讯协议为ModBus-RTU协议。
S4：智能网关识别到设备之间的通讯协议为ModBus-RTU协议，转步骤S51。
S51：智能网关提取设备之间通讯的数据帧的地址域、功能域、数据域中的内容并存储。
S7：如果服务器开启并与智能网关建立连接，则服务器可以接收数据。
S8：智能网关将存储的设备之间通讯的数据帧的地址域、功能域、数据域中的内容发送到服务器，并清除智能网关上存储的数据。
以上方案提供了一种多协议自动识别与转换的智能网关及协议自动识别与转换方法，通过智能网关采用与数据产生源相同的数据传输方式、数据传输接口、数据传输协议采集工业现场生产过程中产生的数据，并将采集到的数据以统一的数据传输方式、数据传输接口、数据传输协议发送到服务器。
本申请一部分实施例还提供一种存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令后执行以上实施例任一方案所述的多协议自动识别与转换方法。
本申请一部分实施例还提供一种智能网关，如图7所示，包括至少一个处理器10和至少一个存储器20，至少一个存储器20中存储有程序指令，至少一个处理器10读取所述程序指令后执行以上实施例任一方案所述的多协议自动识别与转换方法。
如图8所示，智能网关的硬件部分还可以包括：主控微处理器101、内存102、闪存103、电源管理模块104、模拟量采集模块105、模拟量输出模块106、数字量采集模块107、数字量输出模块108、PWM模块109、通用输入输出口110、以太网模块111、USB模块112、TF卡模块113、RS-485模块114、RS-232模块115、WIFI模块116、4G模块117。以上各模块之间实现通信连接或者电连接，存储器20作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器10通过运行存储在存储器102中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的多协议自动识别与转换方法。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多协议自动识别与转换方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取终端设备发送的数据；
将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配；
若匹配成功则将匹配的预置通信协议作为所述数据的通信协议；
根据所述数据的通讯协议解析所述数据的数据区内容；
存储所述数据区内容，和/或将所述数据区内容发送至服务器。
2.根据权利要求1所述的多协议自动识别与转换方法，其特征在于，将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配的步骤中：
所述数据所包含多帧数据帧且所述数据帧的帧数大于预设帧数阈值；
若多帧数据帧中有任一数据帧与所述预置通信协议匹配成功则判定所述数据与所述预置通信协议匹配成功，否则匹配不成功。
3.根据权利要求2所述的多协议自动识别与转换方法，其特征在于，将所述数据与预置协议库内的预置通信协议进行匹配的步骤包括：
根据所述预置协议库设定的协议特征，对所述数据帧进行特征提取；
若提取到的特征与所述预置协议库设定的协议特征相匹配，则匹配成功，否则匹配不成功。
4.根据权利要求3所述的多协议自动识别与转换方法，其特征在于，若匹配不成功，则还包括如下步骤：
根据提取到的所述特征建立扩展协议库，将所述扩展协议库添加至所述预置协议库中得到更新后的预置协议库。
5.根据权利要求3所述的多协议自动识别与转换方法，其特征在于，若匹配不成功，则还包括如下步骤：
存储所述终端设备发送的全部所述数据，和/或将全部所述数据发送至服务器。
6.根据权利要求5所述的多协议自动识别与转换方法，其特征在于：
存储所述数据区内容，和/或将所述数据区内容发送至服务器中还包括对所述数据区内容进行处理的步骤，所述处理包括但不限于排序、求和或取反；
存储所述终端设备发送的全部所述数据，和/或将全部所述数据发送至服务器的步骤中还包括对全部所述数据进行处理的步骤，所述处理包括但不限于排序、求和或取反。
7.根据权利要求5或6所述的多协议自动识别与转换方法，其特征在于，还包括如下步骤：
响应于服务器返回的数据接收成功信号，将与所述数据接收成功信号对应的数据区内容和/或全部数据清除。
8.根据权利要求1-6任一项所述的多协议自动识别与转换方法，其特征在于：
所述预置协议库包括但不限于TCP/IP协议库、UDP/IP协议库、Ethernet/IP协议库、EtherCAT协议库、ModBus-RTU协议库、ModBus-ASCⅡ协议库和ProfiBus协议库。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令后执行权利要求1-8任一项所述的多协议自动识别与转换方法。
10.一种智能网关，其特征在于，包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个存储器中存储有程序指令，至少一个处理器读取所述程序指令后执行权利要求1-8任一项所述的多协议自动识别与转换方法。
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