CN113098744A - 用户节点发现方法及装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供用户节点发现方法及装置、电子设备及存储介质。所述方法用于高速工业通信系统的AutBus总线，所述高速工业通信系统主要用来解决工业现场传统总线低带宽、无法同时承载实时和非实时以及网络结构复杂的问题，高速工业通信系统可以支持IPV6地址通信，可以支持时间触发的工业控制通信，可以支持TSN，可以支持白名单、深度检测和数据加密等安全机制。所述方法包括：广播AutBus总线的接入信道的参数，接入信道的参数包括接入概率；接收来自用户节点的基于接入信道的参数发送的接入申请；确定接入申请是否为有效申请；有效则对用户节点进行合法性校验；对通过合法性校验的用户节点广播接入应答。
Description
技术领域
本申请涉及高速工业通信系统通信技术领域，具体涉及用户节点发 现方法及装置、电子设备及存储介质。
背景技术
现有的高速工业通信系统中，一种为CAN总线为代表的现场高速 工业通信系统，主要特点为采用总线型拓扑结构，即一对双绞线可以连 接多个传感器、执行器，这种网络结构安装方便简单。一种为Power Link 总线，在标准以太网介质上，用于解决工业控制及数据采集领域数据传 输实时性。
高速工业通信系统的AutBus总线，作为一种相对较新的总线，跟 其他现有工业总线的基础通信机制不同。AutBus总线具有时分复用特 性，传统的工业总线没有时分复用特性。传统的工业总线可以接入的节 点和节点接入的位置是根据配置文件预先配置好的，AutBus总线则更 加灵活一些。因此AutBus总线与其他现有工业总线所采用的用户节点 发现方法也不相同。
发明内容
本申请实施例提供了AutBus总线的用户节点发现方法及装置、电 子设备及存储介质，能够给高速工业通信系统的新兴的AutBus总线提 供一种有效的发现用户节点的方法和装置。
根据本申请的第一方面，提供一种AutBus总线的用户节点发现方法， 用于高速工业通信系统的AutBus总线，所述方法包括：广播所述AutBus总线的接入信道的参数，所述接入信道的参数包括接入概率；接收来自用 户节点的基于所述接入信道的参数发送的接入申请；确定所述接入申请是 否为有效申请；在所述接入申请为有效申请时，对所述用户节点进行合法 性校验；对通过所述合法性校验的用户节点广播接入应答。
根据一些实施例，所述接入信道的参数还包括用户组信息和接入位置， 所述用户组信息包括所述用户节点的身份标识符和/或所述身份标识符的映 射信息；所述接入位置包括在所述AutBus总线的时间帧中为所述接入信道 分配的至少一个时间块。
根据一些实施例，所述接入概率包括分配概率、等概率的至少一种。
根据一些实施例，所述用户节点的基于所述接入信道的参数发送的接 入申请的形成过程，包括：所述用户节点基于所述用户组信息判断是否参 与此次接入过程；基于所述分配概率判断所述用户节点应申请接入的所述 接入位置；基于所述接入位置，发送所述接入申请。
根据一些实施例，所述用户节点的基于所述接入信道的参数发送的接 入申请的形成过程，包括：所述用户节点基于所述用户组信息判断是否参 与此次接入过程；基于所述等概率随机选择一个所述接入位置；基于所述 接入位置，发送所述接入申请。
根据一些实施例，所述确定所述接入申请是否为有效申请，包括：如 果所述接入申请为对应所述时间块的唯一接入申请，则所述接入申请为有 效申请。
根据一些实施例，所述方法还包括：记录所述接入信道接收到的所述 接入申请的状态；基于所述接入申请的状态调整后续广播的所述接入信道 的参数；其中，所述接入信道接收到的所述接入申请的状态包括：无接入 申请、接收到复数接入申请、接收到唯一接入申请。
根据本申请的第二个方面，提供一种AutBus总线的用户节点发现装置， 包括广播模块、接收模块、有效申请确定模块、校验模块和应答模块，所 述广播模块配置为广播所述AutBus总线的接入信道的参数，所述接入信道 的参数包括接入概率；所述接收模块配置为接收来自用户节点的基于所述 接入信道的参数发送的接入申请；所述有效申请确定模块配置为确定所述 接入申请是否为有效申请；所述校验模块配置为在所述接入申请为有效申 请时，对所述用户节点进行合法性校验；所述应答模块配置为对通过所述 合法性校验的用户节点广播接入应答。
根据本申请的第三方面，提供一种电子设备，包括一个或多个处 理器、存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序；当所述一个或 多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理 器执行如上所述的方法。
根据本申请的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有 计算机程序,其中，当所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理 器执行如上所述的方法。
本申请实施例提供的技术方案，能够为高速工业通信系统的新兴的AutBus总线提供一种有效的发现用户节点的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描 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 仅仅是本申请的一些实施例，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AutBus总线网络架构基本参考模型示意图。
图2是AutBus总线的时间片分配示意图；
图3是本申请第一实施例提供的一种AutBus总线的用户节点发 现方法流程示意图；
图4是本申请一实施例提供的一种分配概率选择发送接入请求 示意图；
图5是本申请第二实施例提供的一种AutBus总线的用户节点发 现方法流程示意图；
图6是本申请一实施例提供的一种等概率选择发送接入请求示 意图；
图7是本申请第一实施例提供的一种AutBus总线的用户节点发 现装置功能组成框图；
图8是本申请第二实施例提供的一种AutBus总线的用户节点发 现装置功能组成框图；
图9是本申请实施例提供的一种电子设备功能组成框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案 进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的 范围。
应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第 二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明 书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、 整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其 它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
高速工业通信系统主要用来解决工业现场传统总线低带宽、无法同 时承载实时和非实时以及网络结构复杂的问题，高速工业通信系统可以 支持IPV6地址通信，可以支持时间触发的工业控制通信，可以支持TSN， 可以支持白名单、深度检测和数据加密等安全机制。
高速工业通信系统是一种采用两线非桥接媒介，具有多节点、高带 宽、时间敏感的工业现场总线系统。用于过程控制和离散控制等自动化 控制工业现场的实时数据和非实时数据的传输与应用，兼容 ISO/IEC/IEEE 8802-3以太网、IPv6等应用。高速工业通信系统具有高 带宽高实时、远距离高可靠性传输的特性，布线和安装简单，提供便利 的网络维护，支持对现有线缆资产的利用。
一个高速工业通信系统可支持254个有效节点。其中一个为控制节 点(ControlNode,CN)、其他为终端节点(又可称为用户节点，Terminal Node,TN)。控制节点负责管理、分配、回收各系统资源，并实时给所 有节点推送系统配置、分配通信带宽等。高速工业通信系统使用总线式 组网，通过系统预配置或动态申请的方式，提供固定带宽数据服务和支持突发数据的可变带宽数据服务。高速工业通信系统针对周期性采样数 据，突发性的控制、告警以及ISO/IEC/IEEE 8802-3以太网格式的 IPv4/IPv6数据均能提供可靠和确定性的承载。高速工业通信系统具有 高精度时钟同步的功能，基于时间触发提供对时间敏感性和非时间敏感 性业务提供确定性的数据传输服务。
高速工业通信系统的AutBus总线，作为一种相对较新的总线，是 一种时间敏感的宽带总线技术，主要用来解决工业现场传统总线低带 宽、无法同时承载实时和非实时的问题，是支持IPv6的两线制宽带总 线技术，具有100M以上的充足带宽和最小8us数据循环周期，可有力 支持关键实时业务应用。
AutBus总线系统支持总线和环形总线的拓扑结构，网络架构基本 参考模型如图1所示。
一个总线系统可支持N个有效节点，其中一个为控制节点，也叫 主节点，其他为终端节点，也叫用户节点，在实际应用中，控制节点可 能是网络控制器等控制装置，终端节点可能是传感器，控制器等终端装 置。
AutBus总线国际标准提案包括物理层、链路层、应用层三部分。 该标准在物理层和链路层的创新打破了国际总线标准(PROFIBUS、 CAN等)的垄断。AutBus物理层使用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)调制技术，由于OFDM系统 是同步系统，AutBus使用了时分多址的方法，按时间片调度用户，例 如，用户1分配第0个基本时间片，用户2分配第1，2个基本时间片， 用户3分配第3个基本时间片，用户K分配第N-2，N-1个基本时间片， 如图2所示。
同时，未来基于AutBus国际标准提案的芯片将对其他国际标准进 行兼容。跟其他现有工业总线的基础通信机制不同，所采用的用户节点 发现方法也不相同。
下面，将参照附图对本申请的实施例进行详细描述。首先，对本申 请中用到的一些技术术语进行说明。
主节点CN和用户节点：两线网络必须有一个主节点(Control Node, CN),可以有若干个用户节点TN(终端节点,TerminalNode)。主节点 CN又叫主站，进行全网配置的管理和发放，包括节点准入，资源分配， 还包括对TN之间通信进行带宽分配工作管理等。用户节点又叫子站， 是网络上的通信节点(又称用户节点)，根据主节点CN分配的网络资源 进行通信，来完成特定的控制任务。
基本时间片：两线网络中最小时间片单位，也称为TimeSlot。
时间帧：64个TimeSlot组成一个时间帧(Frame)。
超级帧：256个Frame又构成一个超级帧(Super-Frame)。
时间块：用户节点发送一次接入申请需要占用连续固定数量的TimeSlot，记录为时间块(TimeBlock)。
图3是本申请第一实施例提供的一种AutBus总线的用户节点发现 方法流程示意图，示出了用户节点发现过程。
参见图3，在S110中，AutBus总线的主节点广播接入信道的参数，接 入信道的参数包括但不限于用户组信息、接入位置和接入概率。
主节点CN在时间帧中分配一定数量的接入信道，用于用户节点接入。 主节点以广播形式发布用户组信息、接入信道和接入概率。用户组信息包 括允许接入的用户信息，用户信息的表述包括但不限于用户身份标识符和/ 或用户身份标识符的映射信息，例如节点MAC地址、节点配置IP地址、 设备出厂编号的至少一种和/或其映射信息兼可。设置用户组的目的是减少 单次接入过程中参与接入的用户节点TN的数量，降低发生冲突的概率。接入位置包括在AutBus总线的时间帧中为接入信道分配的至少一个时间块。
在S120中，主节点CN接收来自用户节点的基于接入信道的参数发送 的接入申请。
用户节点TN获取主节点CN广播的接入信道的参数后，判断本用户节 点是否属于接入信道的参数包含的用户组。首先确定用户节点的身份标识 符的映射信息，如果映射信息在用户组信息中，则用户节点属于用户组。
如果不属于该用户组，则等待下一次广播。如果属于该用户组，则根 据接入信道，判断是否形成并发送接入申请。
接入概率为分配概率时，各个接入信道接入概率不一定相同。用户节 点需要基于接入概率判断应申请接入的接入信道，基于接入信道，发送接 入申请。
用户节点判断自身接入该信道的概率是否在此概率范围内，如果不在 就不发送该接入信道的接入申请，如果在就发送该接入信道的接入申请。 最后选择命中的概率对应的信道发送接入申请，如图4所示。
在图4示例中，例如TS0的概率为30，TS1的概率为20，TS2的概率 为10，TS3的概率为40，用户节点TN2、TN3判断自身接入该信道的概率 是否在分配概率范围内。TN在每一个TS内进行信道掷点，判断是否要发 送申请。
以图4为例，TS0的概率是30，也就是每个TN在TS0发送申请的概 率是30％。TN用户节点生成一个100以内的随机数，小于30就在TS0发 送接入申请，否则就不发。因为随机数生成100以内的任意一个数字的概 率是均等的，所以TN在TS0发送申请的概率就是30％了。
例如TN2在TS0掷点没有落在概率30内就不发送接入申请。TN2在 TS1掷点落在概率9，那么TN2在TS1发送接入申请。TN2在TS2掷点落 在概率8，那么TN2在TS2发送接入申请。TN2在TS3掷点落在概率50， 那么TN2在TS3不发送接入申请。TN3在TS0掷点没有落在概率30内就 不发送接入申请。TN3在TS1掷点落在概率15，那么TN3在TS1发送接 入申请。TN3在TS2掷点落在概率12，那么TN3在TS2不发送接入申请。 TN3在TS3掷点落在概率45，那么TN3在TS3不发送接入申请。
在S130中，主节点CN确定接入申请是否为有效申请。
主节点CN在其广播的有效时间段内，如果未接收到接入申请或者接收 到了复数个接入申请，则不进行处理。如果接收到了唯一接入申请，则视 为有效接入申请并进行应答处理。主节点CN记录并上报对应的接入信道内 接收到的接入申请的状态信息。接入申请的状态信息包括空闲、冲突、有 效，空闲表示无接入申请，冲突表示有复数个接入申请，有效表示有唯一 的接入申请。并根据接入申请的状态信息调整后续广播的接入信道的参数。
如图4所示，接入信道TS0、TS3未接到接入申请，接入信道TS1接 收到了复数个接入申请，都不进行处理。接入信道TS2接收到了唯一的接 入申请，则视为有效接入申请并进行应答处理。
主节点CN记录并上报对应的接入信道内接收到的接入申请的状态信 息。接入申请的状态信息包括空闲、冲突、有效，空闲表示无接入申请， 冲突表示有复数个接入申请，有效表示有唯一的接入申请。并根据接入申 请的状态信息调整后续广播的接入信道的参数。如果上报的冲突信息过多 则调低接入概率。如果上报的空闲信息过多则调高接入概率。
在S140中，主节点CN在接入申请为有效申请时，对用户节点进行合 法性校验。
主节点CN在接收到唯一的接入申请后，判定为有效申请。对提出该有 效申请的用户节点的身份进行校验。
在S150中，主节点CN对通过合法性校验的用户节点广播接入应答， 准予用户节点接入对应的接入信道。
图5是本申请第二实施例提供的一种AutBus总线的用户节点发现 方法流程示意图，示出了用户节点发现过程。
参见图5，在S210中，AutBus总线的主节点广播接入信道的参数，接 入信道的参数包括但不限于用户组信息、接入位置和接入概率。
主节点CN在时间帧中分配一定数量的接入信道，用于用户节点接入。 主节点以广播形式发布接入信道和用户组信息。用户组信息包括允许接入 的用户信息，用户信息的表述包括但不限于用户身份标识符和/或用户身份 标识符的映射信息，例如节点MAC地址、节点配置IP地址、设备出厂编 号的至少一种和/或其映射信息兼可。设置用户组的目的是减少单次接入过 程中参与接入的用户节点TN的数量，降低发生冲突的概率。接入位置包括在AutBus总线的时间帧中为接入信道分配的至少一个时间块。
在S220中，主节点CN接收来自用户节点的基于接入信道的参数发送 的接入申请。
用户节点TN获取主节点CN广播的接入信道的参数后，判断本用户节 点是否属于接入信道的参数包含的用户组。首先确定用户节点的身份标识 符和/或用户身份标识符的映射信息，如果身份标识符和/或用户身份标识符 的映射信息在用户组信息中，则用户节点属于用户组。
如果不属于该用户组，则等待下一次广播。如果属于该用户组，则根 据接入信道，以广播的接入概率判断是否形成并发送接入申请。
接入概率为等概率时，接入概率相同。接入概率与接入信道的个数相 关，例如有4个接入信道，接入概率则为1/4，表明有4个接入信道用于接 入。
用户节点随机选择一个接入信道发送接入申请，如图6所示。图6中， roll为随机数计算函数，roll(0，3)就是产生一个0到3的随机数。用户节点 TN3、TN4产生的随机数为2，则选择TS2发送接入申请，用户节点TN2 产生的随机数为0，则选择TN0发送接入申请。
在S130中，主节点CN确定接入申请是否为有效申请。
主节点CN在其广播的有效时间内，如果接入信道未接收到接入申请或 者接收到了复数个接入申请，则不进行处理。如果接入信道接收到了唯一 接入申请，则视为有效接入申请并进行应答处理。
如图6所示，接入信道TS1、TS3未接到接入申请，接入信道TS2接 收到了复数个接入申请，都不进行处理。接入信道TS0接收到了唯一的接 入申请，则视为有效接入申请并进行应答处理。
主节点CN记录并上报对应的接入信道内接收到的接入申请的状态信 息。接入申请的状态信息包括空闲、冲突、有效，空闲表示无接入申请， 冲突表示有复数个接入申请，有效表示有唯一的接入申请。并根据接入申 请的状态信息调整后续广播的接入信道的参数。如果上报的冲突信息过多 则调低接入概率。如果上报的空闲信息过多则调高接入概率。
在S140中，主节点CN在接入申请为有效申请时，对用户节点进行合 法性校验。
主节点CN在接收到唯一的接入申请后，判定为有效申请。对提出该有 效申请的用户节点的身份进行校验。
在S150中，主节点CN对通过合法性校验的用户节点广播接入应答， 准予用户节点接入对应的接入信道。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其 都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并 不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其 他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所 描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申 请所必须的。
图7是本申请地一实施例提供的一种AutBus总线的用户节点发现 装置功能组成框图。
参见图7，发现装置10包括广播模块11、接收模块12、有效申请确 定模块13、校验模块14、应答模块15。
广播模块11配置为广播AutBus总线的网络的接入信道的参数，接入 信道的参数包括用户组信息、接入位置、分配概率。接收模块12配置为接 收来自用户节点的基于接入信道的参数发送的接入申请。用户节点根据接 入信道，以广播的分配概率判断是否形成并发送接入申请。有效申请确定 模块13配置为确定接入申请是否为有效申请。校验模块14配置为在接入 申请为有效申请时，对用户节点进行合法性校验。应答模块15配置为对通 过合法性校验的用户节点广播接入应答，准予用户节点接入接入申请对应 的接入信道。
图8是本申请第二实施例提供的一种AutBus总线的用户节点发现 装置功能组成框图。
参见图8，发现装置20包括广播模块21、接收模块22、有效申请确 定模块13、校验模块14、应答模块15。
广播模块21配置为广播AutBus总线的网络的接入信道的参数，接入 信道的参数包括用户组信息、接入位置、等概率。接收模块22配置为接收 来自用户节点的基于接入信道的参数发送的接入申请。用户节点根据接入 信道，以广播的等概率随机选择一个接入信道发送接入申请。有效申请确 定模块13配置为确定接入申请是否为有效申请。校验模块14配置为在接 入申请为有效申请时，对用户节点进行合法性校验。应答模块15配置为对 通过合法性校验的用户节点广播接入应答，准予用户节点接入接入申请对 应的接入信道。
图9是本申请实施例提供的一种电子设备功能组成框图。
电子设备可以包括输出单元301、输入单元302、处理器303、 存储器304、通讯接口305，以及内存单元306。
存储器304作为一种非暂态计算机可读存储器，可用于存储软 件程序、计算机可执行程序以及模块。当一个或多个程序被一个或 多个处理器303执行，使得一个或多个处理器303实现如上所述的方 法。
存储器304可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程 序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据 区可存储根据电子器件的使用所创建的数据等。此外，存储器304 可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态性固态存储器 件。在一些实施例中，存储器304可选包括相对于处理器303远程设 置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本 申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解 本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想， 基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属 于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的 限制。
Claims (10)
1.一种AutBus总线的用户节点发现方法，用于高速工业通信系统的AutBus总线，所述方法包括：
广播所述AutBus总线的接入信道的参数，所述接入信道的参数包括接入概率；
接收来自用户节点的基于所述接入信道的参数发送的接入申请；
确定所述接入申请是否为有效申请；
在所述接入申请为有效申请时，对所述用户节点进行合法性校验；
对通过所述合法性校验的用户节点广播接入应答。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接入信道的参数还包括：
用户组信息，所述用户组信息包括所述用户节点的身份标识符和/或所述身份标识符的映射信息；
接入位置，接入位置包括在所述AutBus总线的时间帧中为所述接入信道分配的至少一个时间块。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述接入概率包括分配概率、等概率的至少一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述用户节点的基于所述接入信道的参数发送的接入申请的形成过程，包括：
所述用户节点基于所述用户组信息判断是否参与此次接入过程；
基于所述分配概率判断所述用户节点应申请接入的所述接入位置；
基于所述接入位置，发送所述接入申请。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述用户节点的基于所述接入信道的参数发送的接入申请的形成过程，包括：
所述用户节点基于所述用户组信息判断是否参与此次接入过程；
基于所述等概率随机选择一个所述接入位置；
基于所述接入位置，发送所述接入申请。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述接入申请是否为有效申请，包括：
如果所述接入申请为对应所述时间块的唯一接入申请，则所述接入申请为有效申请。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
记录所述接入信道接收到的所述接入申请的状态；
基于所述接入申请的状态调整后续广播的所述接入信道的参数；其中，
所述接入信道接收到的所述接入申请的状态包括：
无接入申请、接收到复数接入申请、接收到唯一接入申请。
8.一种AutBus总线的用户节点发现装置，包括：
广播模块，配置为广播所述AutBus总线的接入信道的参数，所述接入信道的参数包括接入概率；
接收模块，配置为接收来自用户节点的基于所述接入信道的参数发送的接入申请；
有效申请确定模块，配置为确定所述接入申请是否为有效申请；
校验模块，配置为在所述接入申请为有效申请时，对所述用户节点进行合法性校验；
应答模块，配置为对通过所述合法性校验的用户节点广播接入应答。
9.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序,其中，当所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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| 特邀记者: ""自主可控、技术超越"东土科技AUTBUS标准化之路——访北京东土科技股份有限公司产品总监朱莹", 《中国仪器仪表》 * |
Also Published As
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