CN112512012B - 一种基于5g虚拟专用通信的多车联动系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统及方法，属于AGV小车联动技术领域，包括：5G虚拟通信系统和AGV小车系统，5G虚拟通信系统包括虚拟专用服务器和5G设备终端，5G设备终端包括5G无线通信模块、终端控制模块和本地通信模块，5G通信模块用于与虚拟专用服务器连接，本地通信模块用于与AGV小车系统连接，终端控制模块用于配置终端的运行模式以与AGV小车系统进行通信。本发明充分将5G技术、AGV小车以及多车互联等技术充分结合，不仅可以实现AGV小车的多车联动，还提高了设备运行的稳定性和安全性。

Description

一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统及方法
技术领域
本发明涉及AGV小车联动技术领域，特别涉及一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统。
背景技术
目前大多数工业设备的组网都是通过有线网络和WIFI连接，会导致设备移动困难、跨车间跨厂区连接困难，而且WIFI连接范围有限、连接不稳定，严重影响工作效率，增加维护成本。
随着技术的发展，工厂对全自动搬运机器人(Automated Guided Vehicle，AGV)的需求越来越高，搬运的货物更加复杂、移动的范围更加广阔，很多任务一个AGV小车完全无法胜任，需要多车协同工作才能完成。AGV小车的多车联动需要通信具有以下特点，超低延迟和超高的稳定性，以及通信的范围较大，需经常移动。
目前AGV小车多车联动多是通过本地网络连接或WIFI网络的连接，使用本地网络连接不仅会影响AGV的移动范围，有线的连接方式还会影响到AGV工作的安全性和稳定性；通过WIFI网络连接，AGV小车的距离会严重影响通信的带宽和延迟，且在移动的过程中切换WIFI时，会出现短时间的通信中断。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于5G虚拟专用通信的方式，实现AGV小车多车联动。
为实现以上目的，一方面，本发明采用一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统，包括：5G虚拟通信系统和AGV小车系统，5G虚拟通信系统包括虚拟专用服务器和5G设备终端，5G设备终端包括5G无线通信模块、终端控制模块和本地通信模块，5G通信模块用于与虚拟专用服务器连接，本地通信模块用于与AGV小车系统连接，终端控制模块用于配置终端的运行模式以与AGV小车系统进行通信。
进一步地，所述AGV小车系统包括AGV小车服务器、AGV小车主车和AGV小车从车，AGV小车主车和AGV小车从车连接，AGV小车主车和AGV小车从车均与AGV小车服务器连接，其中：
AGV小车服务器用于监控AGV小车主车和AGV小车从车的状态；
AGV小车从车用于采集其周围的环境信息；
AGV小车主车用于接收AGV小车从车发送的环境信息以及向AGV小车从车发送决策信息。
进一步地，所述5G设备终端的运行模式包括服务端模式、客户端模式以及服务端+客户端模式，在所述5G设备终端的运行模式为服务端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车服务器连接，在所述5G设备终端的运行模式为客户端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车从车连接，在所述5G设备终端的运行模式为服务端+客户端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车主车连接。
进一步地，所述虚拟专用服务器与所述5G设备终端通过虚拟IP和端口连接。
进一步地，所述虚拟专用服务器与所述5G设备终端采用公网私有协议进行通信。
进一步地，所述5G设备终端还包括电源模块，用于为所述5G设备终端供电。
进一步地，所述的虚拟专用服务器为基于Linux、Windows或Mac OS系统的服务器，且所述的虚拟专用服务器具有一个固定的公网IP或端口。
另一方面，采用一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统的控制方法，包括如下步骤：
所述虚拟专用服务器运行启动虚拟专用服务，等待与所述5G设备终端连接通信；
所述5G设备终端根据其当前的运行模式，与所述AGV小车系统连接完成通信链路连接。
进一步地，在所述5G设备终端的运行模式为服务端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车主车连接，并在连接成功后注册到所述虚拟专用服务器，等待虚拟客户端的连接以连接配对完成后等待数据的收发；
在所述5G设备终端的运行模式为客户端模式时，所述5G设备终端先注册到所述虚拟专用服务器，并在注册成功后建立到虚拟服务器的连接；连接成功后启动本地数据接收的服务以等待所述AGV小车从车的连接，并在连接完成后等待数据收发。
进一步地，所述AGV小车主车工作时分别启动服务端线程和客户端线程，其中服务端线程用于等待所述AGV下车从车连接，并在连接完成后接收所述AGV小车从车发送的信息并向所述AGV小车从车下发决策信息；客户端线程用于连接到所述AGV服务器，以向所述虚拟专用服务器上报AGV系统的运行日志，并向所述AGV小车主车下发指令。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明能够以超低延迟和超大带宽的无线通信方式，快速稳定的收集小车的实时状态，快速响应并下发指令，实现AGV小车的多车联动。还能实现大范围的AGV小车监控，5G网络的超低延迟和超大带宽可以保证AGV小车信息收集和下发的及时性，使AGV小车能完成协同工作的功能，避免了普通通信系统的不可靠和高延迟，提高AGV小车多车工作的稳定性和效率。本发明方案相对于VPN方案能够完全由开发人员控制，稳定性高兼容性好，无任何附加的通信延迟，为AGV小车组提供稳定的、可移动的以及低延迟的通信方式。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统的结构示意图；
图2是5G设备终端的结构示意图；
图3是虚拟专用服务器的工作流程图；
图4是5G设备终端的工作流程示意图；
图5是AGV小车主车的工作流程图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1至图2所示，本实施例公开了一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统，包括5G虚拟通信系统和AGV小车系统，5G虚拟通信系统包括虚拟专用服务器和5G设备终端，5G设备终端包括5G无线通信模块、终端控制模块和本地通信模块，5G通信模块用于与虚拟专用服务器连接，本地通信模块用于与AGV小车系统连接，终端控制模块用于配置终端的运行模式以与AGV小车系统进行通信。
其中，虚拟专用服务器根据当前5G设备终端连接情况进行设备注册管理、配对管理以及数据转发等，5G设备终端可以通过本地通信模块以不同的协议连接AGV小车系统，该本地通信模块包含千兆网网口和各种串口，可以实现多种形式的通信连接，5G无线通信模块通过完全的公网私有协议与虚拟专用服务器连接。本系统借助5G虚拟专用的通信系统，实现AGV小车多车联动功能，还能实现大范围的AGV小车监控，5G网络的超低延迟和超大带宽可以保证AGV小车信息收集和下发的及时性，使AGV小车能完成协同工作的功能，避免了普通通信系统的不可靠和高延迟，提高AGV小车多车工作的稳定性和效率。
进一步地，所述AGV小车系统包括AGV小车服务器、AGV小车主车和AGV小车从车，AGV小车主车和AGV小车从车连接，AGV小车主车和AGV小车从车均与AGV小车服务器连接，其中：
AGV小车服务器用于监控AGV小车主车和AGV小车从车的状态；
AGV小车从车用于采集其周围的环境信息；
AGV小车主车用于接收AGV小车从车发送的环境信息以及向AGV小车从车发送决策信息。
具体地，AGV小车服务器用于监控AGV小车实时状态，包括视频音频、运行轨迹等，AGV小车主车在多车联动系统中充当信息收集、任务决测和信息分发等，AGV小车从车运行的过程中要实时获取周围的信息，包括周围固定的或可移动的场景内物体以及需要搬运的物体，信息经过简单处理后，传送到AGV小车主车，并实时接收AGV小车主车的决测信息，完成接下来的动作。
进一步地，所述5G设备终端的运行模式包括服务端模式、客户端模式以及服务端+客户端模式，在所述5G设备终端的运行模式为服务端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车服务器连接，在所述5G设备终端的运行模式为客户端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车从车连接，在所述5G设备终端的运行模式为服务端+客户端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车主车连接。
需要说明的是，5G设备终终端可以配置为服务器+客户端的模式，使得AGV小车可以有一个主车，既可以在系统中控制AGV小车从车，又可以受AGV小车服务器的控制。本系统可以实现AGV小车多车联动，在没有AGV小车服务器的情况下，也可以通过AGV小车主车组成多车联动系统，完成既定功能。
本系统中，5G设备终端的运行模式包括服务端模式、客户端模式以及服务端+客户端模式，接入的AGV小车只需要简单修改其本地接口信息，即可实现AGV小车间的无线通信。
进一步地，所述虚拟专用服务器与所述5G设备终端通过虚拟IP和端口连接。其中，所述的虚拟专用服务器与5G设备终端的通信，完全使用虚拟IP和端口的设计，接入数量不会受到物理层IP数量的限制。该虚拟IP和端口与设备唯一ID作为绑定，可在5G设备终端进行注册时，进行虚拟IP和端口的设置。
进一步地，所述5G设备终端还包括电源模块，用于为所述5G设备终端供电。
进一步地，所述虚拟专用服务器与所述5G设备终端采用公网私有协议进行通信。该私有协议包括注册、配对、查询、解除配对、取消注册以及数据收发等等，在5G设备终端和虚拟专用服务器建立连接时，注册包需要向服务器发送鉴权信息，认证匹配成功后，才能进行数据访问和传输，且通信数据经过加密解密处理，实现数据的安全性。本系统中虚拟专用服务器与5G设备终端之间完全使用私有协议通信，并且通信数据进行加密，保护了数据的安全性。
进一步地，所述的虚拟专用服务器为基于Linux、Windows或Mac OS系统的服务器，且所述的虚拟专用服务器具有一个固定的公网IP或端口。
需要说明的是，本申请利用5G技术的超可靠、大带宽和低延迟的特点，AGV小车结合雷达和多摄像头，可以为AGV小车提供更多的环境信息，主机分析后，决测信息可以更快的下达到AGV小车，并实现信息共享。
本实施例还公开了一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统的控制方法，包括如下步骤S1至S2：
S1、所述虚拟专用服务器运行启动虚拟专用服务，等待与所述5G设备终端连接通信；
S2、所述5G设备终端根据其当前的运行模式，与所述AGV小车系统连接完成通信链路连接。
进一步地，如图3所示，虚拟专用服务器运行启动虚拟专用服务，等待5G设备终端连接、注册、配对以及数据收发。所述虚拟专用服务器和5G设备终端之间通信通过公网私有协议连接，该私有协议包括注册、配对、查询、解除配对、取消注册以及数据收发等等，在5G设备终端和虚拟专用服务器建立连接时，注册包需要向服务器发送鉴权信息，认证匹配成功后，才能进行数据访问和传输，且通信数据经过加密解密处理，实现数据的安全性。本系统中虚拟专用服务器与5G设备终端之间完全使用私有协议通信，并且通信数据进行加密，保护了数据的安全性，所述私有协议还包括：
5G设备端在与虚拟专用服务器建立连接时，使用设备唯一ID加密后生成注册信息，并向虚拟专用服务器发送所述注册信息；
在接收到所述5G设备端的注册信息后，所述虚拟专用服务器需要解密信息并判断注册信息是否合法；
具体来说，本实施例中加密和解密使用的是标准的对称加密。
当判断所述注册信息时合法时，即与所述5G设备端建立私有和安全的访问通道，并将所述5G设备端添加到设备管理组中。
具体来说，注册信息的合法性判断过程为：
5G设备端在出厂时，设备会根据设备的MAC号生成一个唯一的设备ID，唯一ID经过CRC64校验后，保存校验码到服务器，可以保证服务器不会泄露设备的唯一ID号，服务器收到5G设备端的注册信息后，解密注册信息提取设备ID，进行CRC64校验后与服务器存储的校验码进行比对，判断注册设备是否合法。
进一步地，5G设备终端的工作流程图如图4所示，其通过配置文件配置，5G设备终端可以配置成为服务器和客户端模式，分别实现不同的功能：
(1)服务端模式：5G设备终端在物理上通过本地通信模块连接到AGV小车。软件上先连接AGV小车，连接成功后，注册到虚拟专用服务器，等待虚拟客户端的连接，连接配对完成后，通信链路完成，即可等待数据的收发。
(2)客户端模式，5G设备终端在物理上通过本地通信模块连接到AGV小车。软件流程上先注册到虚拟专用服务器，注册成功后，建立到虚拟服务器的连接，连接成功后，启动本地数据接收的服务，等待AGV小车的连接，连接完成后，整体数据链路完成，等待数据收发。
进一步地，AGV小车主车的工作流程图如图5所示，启动后分别启动服务端和客户端线程，服务端线程等待AGV从车连接，连接完成后接收AGV从车的各种信息，并实时处理信息做出下一步决测，然后给AGV从车下发决测信息。客户端线程连接到AGV服务器，用于上报AGV系统的运行日志，并向AGV主车下发指令。
需要说明的是，本实施例中虚拟专用服务器和5G设备终端配合使用，为AGV小车多车联动提供信息传输通道，AGV小车通过本地网络连接到5G设备终端，5G设备终端注册到虚拟专用服务器，并通过虚拟IP可以完成主从AGV小车之间以及AGV小车和AGV服务器之间的通信，AGV小车通过主车的信息采集、处理以及指令的下发实现多车联动。
需要说明的是，在本实施方式中，所述的AGV小车系统，具体还可以包括机械手、数控机床等工程内设备，可以作为实现智能工厂的一个重要组成部分。
本实施方式的5G虚拟专用通信系统，可以是一个面向场景化的技术，本申请利用5G技术对AGV小车(尤其是智能AGV小车)起到的关键性作用，其可以实现连接智能工厂中的各种设备，具体可以采用下面的场景组成。第一个是超大带宽，本申请通信速率峰值可以达到1gbps以上，可以实现超高清多路视频实时查看。第二个是超可靠的低延迟数据传输，本申请可以实现AGV小车端到端毫秒级的延迟，实现AGV小车的多车联动操作。本申请能够深入的发展5G技术，将5G技术引入到智能工厂领域，充分将5G技术、AGV小车以及多车互联等技术充分结合，不仅可以实现AGV小车的多车联动，还提高了设备运行的稳定性和安全性，同时避免了4G网络的低带宽高延迟的缺陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于5G虚拟专用通信的多车联动系统，其特征在于，包括：5G虚拟通信系统和AGV小车系统，5G虚拟通信系统包括虚拟专用服务器和5G设备终端，5G设备终端包括5G无线通信模块、终端控制模块和本地通信模块，5G通信模块用于与虚拟专用服务器连接，本地通信模块用于与AGV小车系统连接，终端控制模块用于配置终端的运行模式以与AGV小车系统进行通信；
所述AGV小车系统包括AGV小车服务器、AGV小车主车和AGV小车从车，AGV小车主车和AGV小车从车连接，AGV小车主车和AGV小车从车均与AGV小车服务器连接，其中：
AGV小车服务器用于监控AGV小车主车和AGV小车从车的状态；
AGV小车从车用于采集其周围的环境信息；
AGV小车主车用于接收AGV小车从车发送的环境信息以及向AGV小车从车发送决策信息；
所述5G设备终端的运行模式包括服务端模式、客户端模式以及服务端+客户端模式，在所述5G设备终端的运行模式为服务端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车服务器连接，在所述5G设备终端的运行模式为客户端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车从车连接，在所述5G设备终端的运行模式为服务端+客户端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车主车连接；
所述虚拟专用服务器运行启动虚拟专用服务，等待与所述5G设备终端连接通信；
所述5G设备终端根据其当前的运行模式，与所述AGV小车系统连接完成通信链路连接；
在所述5G设备终端的运行模式为服务端模式时，所述5G设备终端与所述AGV小车主车连接，并在连接成功后注册到所述虚拟专用服务器，等待虚拟客户端的连接以连接配对完成后等待数据的收发；
在所述5G设备终端的运行模式为客户端模式时，所述5G设备终端先注册到所述虚拟专用服务器，并在注册成功后建立到虚拟服务器的连接；连接成功后启动本地数据接收的服务以等待所述AGV小车从车的连接，并在连接完成后等待数据收发；
所述AGV小车主车工作时分别启动服务端线程和客户端线程，其中服务端线程用于等待所述AGV小车从车连接，并在连接完成后接收所述AGV小车从车发送的信息并向所述AGV小车从车下发决策信息；客户端线程用于连接到所述AGV服务器，以向所述虚拟专用服务器上报AGV系统的运行日志，并向所述AGV小车主车下发指令。
2.如权利要求1所述的基于5G虚拟专用通信的多车联动系统，其特征在于，所述虚拟专用服务器与所述5G设备终端通过虚拟IP和端口连接。
3.如权利要求1所述的基于5G虚拟专用通信的多车联动系统，其特征在于，所述虚拟专用服务器与所述5G设备终端采用公网私有协议进行通信。
4.如权利要求1所述的基于5G虚拟专用通信的多车联动系统的控制方法，其特征在于，所述5G设备终端还包括电源模块，用于为所述5G设备终端供电。
5.如权利要求1所述的基于5G虚拟专用通信的多车联动系统的控制系统，其特征在于，所述的虚拟专用服务器为基于Linux、Windows或Mac OS系统的服务器，且所述的虚拟专用服务器具有一个固定的公网IP或端口。
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智能制造场景的5G应用展望;史彦军等;《中国机械工程》;20200122(第02期);全文 *
自动导引小车的无线通信技术;路书礼等;《成组技术与生产现代化》;20200628(第02期);全文 *

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