CN113206717A - 用于在工业网络中进行同步数据传输的系统和方法 - Google Patents

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CN113206717A CN202011415656.1A CN202011415656A CN113206717A CN 113206717 A CN113206717 A CN 113206717A CN 202011415656 A CN202011415656 A CN 202011415656A CN 113206717 A CN113206717 A CN 113206717A
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Abstract

公开了一种用于在工业网络中进行同步数据传输的方法。工业网络包括：包括第一工业设备和第一基站的第一子网、包括第二工业设备和第一路由装置的第二子网、被配置为在第一工业设备与第一基站之间提供通信的第一无线设备、耦合到第一基站和第一路由装置的网络控制器、以及参考时钟。方法包括：向第一子网提供第一定时信息以及向第二子网提供第二定时信息；配置第一无线设备，以基于第一定时信息将数据从第一工业设备传输至网络控制器；接收来自第一子网的数据；以及使用第二定时信息，通过路由装置将从网络控制器接收的数据传输至第二子网的第二工业设备。

Description

用于在工业网络中进行同步数据传输的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及电信和联网，更具体地，涉及用于在工业网络中进行同步通信的系统和方法。
背景技术
值得注意的是，工业网络处理的是在工业环境中连接的众多设备(即工业设备)之间的大量数据的传输。在这一点上，工业网络需要使得散布在工业环境的大空间区域的工业设备之间能够连接，并进一步使得工业设备之间能够进行同步通信。此外，工业网络需要满足在工业环境中的众多工业设备之间进行数据传输的实时性(即时间敏感性或同步性)需求。此外，工业环境要求工业设备之间的可靠连接，这些工业设备可能分布在通信网络的蜂窝和固定基础设施中。
然而，目前部署在工业网络中的网络基础设施无法使得能够以同步方式进行针对工业互联网应用的时间敏感性数据传输。此外，在拥堵的情况下，由于用于数据传输的通信链路或信道的可用性有限，因此，可附着到通信网络的工业设备的数量有限。在这种情况下，传统系统无法满足工业网络中每个工业设备的传输请求，从而导致工业网络中的运行延迟。
此外，蜂窝基础设施通常使用单一的通信技术(例如3G、4G、5G、Wi-Fi等)来实现。此外，蜂窝基础设施无法在用于数据传输的不同的通信技术之间以复制的数据创建网络切片。此外，附着到蜂窝基础设施的工业设备基于附着到蜂窝基础设施的时间，被随机地分配可用的通信链路。由于没有针对每个工业设备预先分配的计划或预先分配的通信链路，因此，这种蜂窝基础设施在工业设备之间进行数据传输是不可靠的。随后，基于由基站随机分配的通信链路，工业设备以单播传送方式接收下行数据。因此，对于下行通信，蜂窝基础设施不能够像以太网广播那样，将非结构化数据同时广播到所有设备。此外，由于由通信技术提供的通信链路和信道的数量有限，因此，基站在可被分配网络资源的、附着到蜂窝基础设施的工业设备的数量上达到极限。在这种情况下，如果基站用完了可用的通信链路，则工业设备向基站的连接请求可能会被拒绝。
此外，目前部署的工业网络不能将有线基础设施(具体地，在有线基础设施内运行的工业设备)与无线基础设施(具体地，在蜂窝基础设施内运行的工业设备)进行整合，以便执行双向可靠的数据传输来提升来自远程位置的时间敏感性数据传输。因此，由于越来越多地部署在蜂窝基础设施内运行的工业设备以在工业环境中进行远程操作，由于在蜂窝基础设施内运行的工业设备和在固定基础设施内运行的工业设备之间缺乏在工业网络中进行同步数据传输的方式，因此，当前工业网络面临着关键挑战。
此外，工业网络缺少可以连接到工业网络中的工业设备，以便接收具有不同优先级的数据传输请求的方式。随后，传统的工业网络无法基于与之相关的需求(例如封装、复制、资源分配和切片)对具有不同优先级的数据进行可靠的管理。此外，工业网络不提供用于由在蜂窝基础设施内运行的工业设备进行非结构化数据传输的环境。此外，目前部署的工业网络无法为在蜂窝基础设施内运行的工业设备提供环境，该环境使得预先计划的上行单播数据传输能够与下行广播传输整合，即相当于基于工业以太网的协议(例如EtherCAT、PROFINET、PROFIBUS、通用工业协议、HART、POWERLINK、Modbus-TCP以及以太网/IP)。
因此，根据上述讨论，存在克服与传统工业网络相关联的上述缺点以在多个工业设备之间进行数据传输的需求。
发明内容
本公开旨在提供一种用于在工业网络中进行同步数据传输的方法。本公开还旨在提供一种用于在工业网络中进行同步数据传输的系统。本公开旨在针对工业网络中存在的异步数据传输(即不能将上行单向传输与广播下行传输在预先计划的时隙进行整合)的现有问题提供解决方案。本公开的目的是提供至少部分地克服了现有技术中遇到的问题的解决方案，并提供用于基于预先计划的时隙在工业网络中进行同步数据传输的系统和方法。
在一方面，本公开的实施例提供了一种用于在工业网络中进行同步数据传输的方法，其中，工业网络包括：
-包括第一基站和至少一个第一工业设备的第一子网；
-包括第一路由装置和至少一个第二工业设备的第二子网；
-第一无线设备，被配置为在至少一个第一工业设备与第一基站之间提供通信；
-耦合到第一基站和第一路由装置的网络控制器，以及
-参考时钟；
方法包括以下步骤：
-向第一子网提供第一定时信息；
-向第二子网提供第二定时信息；
-配置第一无线设备，以基于第一定时信息将数据从至少一个第一工业设备传输至网络控制器；
-通过网络控制器接收来自第一子网的数据；以及
-使用第二定时信息，通过第一路由装置将从网络控制器接收的数据传输至第二子网的至少一个第二工业设备。
在另一方面，本公开的实施例提供了一种用于在工业网络中进行同步数据传输的系统，其中，工业网络包括：
-包括第一基站和至少一个第一工业设备的第一子网；
-包括第一路由装置和至少一个第二工业设备的第二子网；
-第一无线设备，被配置为在第一工业设备与第一基站之间提供通信；
-耦合到第一基站和第一路由装置的网络控制器，以及
-参考时钟；
其中，网络控制器被配置为：
-向第一子网提供第一定时信息；
-向第二子网提供第二定时信息；
-配置第一无线设备，以基于第一定时信息将数据从至少一个第一工业设备发送至网络控制器；
-接收来自第一子网的数据；以及
-使用第二定时信息，通过第一路由装置将从网络控制器接收的数据发送至第二子网的至少一个第二工业设备。
本公开的实施例大大消除或至少在一定程度上解决现有技术中存在的上述问题，并实现数据传输机制，使得通过蜂窝网络或固定网络连接的所有工业设备能够接收由每个蜂窝或固定工业设备上行或下行发送的超可靠的、低延迟的结构化和非结构化数据。
本公开的其他方面、优点、特征和目标将从附图以及结合后面所附的权利要求进行解释的说明性实施例的详细描述中显而易见。
可以理解的是，在不脱离所附权利要求所限定的本公开的范围的情况下，本公开的特征容易以各种组合方式进行组合。
附图说明
当结合附图阅读时，可以更好地理解上述发明内容以及下面对说明性实施例的详细描述。为了说明本公开的目的，图中示出了本公开的示例性结构。然而，本公开并不限于本文所公开的具体方法和手段。此外，本领域的技术人员将理解，附图不是按比例绘制的。在可能的情况下，类似的元件用相同的数字表示。
现在将仅以示例性的方式，参照以下附图来描述本公开的实施例，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的、用于在工业网络中进行同步数据传输的系统的示意图；
图2是根据本公开的示例性实施例的、用于在工业网络中进行同步数据传输的系统的示意图；
图3A和图3B是根据本公开的不同实施例的第一无线设备的示意图；
图4是根据本公开的实施例的网络控制器的示意图；以及
图5是根据本公开的实施例的、用于在工业网络中进行同步数据传输的方法的步骤的示意图。
在附图中，采用带下划线的数字表示带下划线的数字所在的项目或带下划线的数字相邻的项目。无下划线的数字涉及由连接无下划线的数字与项目的线所标识的项目。当数字没有下划线并附带有相关箭头时，无下划线的数字用于标识箭头所指向的一般项目。
具体实施方式
以下详细描述说明了本公开的实施例以及能够实现实施例的方式。尽管已经公开了实施本公开的一些模式，但是本领域的技术人员应认识到，用于执行或实施本公开的其他实施例也是可能的。
在一方面，本公开的实施例提供了一种在工业网络中进行同步数据传输的方法，其中，工业网络包括：
-包括第一基站和至少一个第一工业设备的第一子网；
-包括第一路由装置和至少一个第二工业设备的第二子网；
-第一无线设备，被配置为在至少一个第一工业设备与第一基站之间提供通信；
-耦合到第一基站和第一路由装置的网络控制器，以及
-参考时钟；
方法包括以下步骤：
-向第一子网提供第一定时信息；
-向第二子网提供第二定时信息；
-配置第一无线设备，以基于第一定时信息将数据从至少一个第一工业设备传输至网络控制器；
-通过网络控制器接收来自第一子网的数据；以及
-使用第二定时信息，通过第一路由装置将从网络控制器接收的数据传输至第二子网的至少一个第二工业设备。
在另一方面，本公开的实施例提供了一种用于在工业网络中进行同步数据传输的系统，其中，工业网络包括：
-包括第一基站和至少一个第一工业设备的第一子网；
-包括第一路由装置和至少一个第二工业设备的第二子网；
-第一无线设备，被配置为在第一工业设备与第一基站之间提供通信；
-耦合到第一基站和第一路由装置的网络控制器，以及
-参考时钟；
其中，网络控制器被配置为：
-向第一子网提供第一定时信息；
-向第二子网提供第二定时信息；
-配置第一无线设备，以基于第一定时信息将数据从至少一个第一工业设备发送至网络控制器；
-接收来自第一子网的数据；以及
-使用第二定时信息，通过第一路由装置将从网络控制器接收的数据发送至第二子网的至少一个第二工业设备。
本公开提供了一种用于在工业网络中进行同步数据传输的方法和系统。本文所公开的方法和系统旨在实现工业互联网协议，使得能够在工业网络中进行时间敏感性数据传输和联网。本文所描述的方法和系统使得在用于同步通信的连接的至少一个第一工业设备与用于异步通信的连接的至少一个第二工业设备之间能够进行时间敏感性数据传输。值得注意的是，第一无线设备、网络控制器和路由装置安装在工业网络中。有利地，网络控制器为工业设备生成定时信息，其中，工业设备基于与之相关联的定时信息进行操作以提供上行数据并接收下行数据。此外，定时信息确保将时隙分配到每个工业设备，从而避免在进行数据传输时发生拥塞或冲突期间拒绝向工业设备服务的事件。此外，本文所公开的方法和系统将来自工业设备的预先计划的单播上行传输与通向工业设备的广播下行传输进行整合，其中，工业设备使用蜂窝、无线和固定网络基础设施进行连接。此外，这种传输相当于固定的同步数据传输。
有利地，该方法和系统运行(例如使用3G、4G、5G、Wi-Fi、以太网)来聚合多个通信链路或信道，以使得能够在工业网络中可靠地进行同步数据传输。此外，本公开在传输结构化数据和非结构化数据方面都具有优势，而且无开销计算和高延迟。
本文描述的系统和方法克服了在工业网络中，与目前使用的、部署用于通过工业以太网传输数据的PROFINET(过程现场网络)系统相关的缺陷。此外，该系统和方法还克服了与传统蜂窝网络作为工业网络来部署相关联的限制。所述系统和方法可以部署在工业网络中，例如配电厂、智能电网、发电厂、生产设施、仓库、制造设施等。
值得注意的是，蜂窝网络使得能够在不采用电线、电缆或任何其他形式的电导体的情况下远距离进行数据传输。换句话说，蜂窝网络使得能够在两点(例如两个工业设备)之间没有任何物理连接的情况下进行数据传输。使用蜂窝网络的无线通信是通过例如电磁波(即无线电波)频谱来促进。此外，这种蜂窝网络采用至少一个基地收发器(例如第一基站；如本文稍后详细讨论的)。可选地，用于进行数据传输的无线电波频率在3千赫兹(kHz)到300千兆赫(GHz)的范围内。更可选的，用于进行数据传输的无线电波频率在30千赫兹(kHz)到100千赫兹(kHz)的范围内。
本公开提供了一种用于在工业网络中进行同步数据传输的方法和系统。可以理解的是，同步数据传输是指从数据源(即工业设备)通过同步传输系统(即工业网络)传输异步数据(即非对称数据)。在这种情况下，给予每个数据源固定的时间来传输数据(具体地，数据包)。通常，要传输的数据的数据源以适合它的任何时间间隔发送数据。随后，由传输装置(例如第一基站和/或网络控制器)在与数据源相关联的固定时间内接收数据。可选地，同步数据传输不实施错误检查机制。此外，可选地，从每个数据源接收数据的时间严格遵守分配给每个数据源的固定时间。
此外，工业网络是指针对工业的通信基础设施。本文中工业网络是指单个网络、或者相互连接并作为单个大网络运行的单个网络的集合。可选地，这种工业网络通过有线通信网络、无线(或蜂窝)通信网络或其组合来实现。可以理解的是，建立物理连接以用于实现有线通信网络，而无线通信网络是使用电磁波来实现。这样的工业网络的示例包括但不限于：局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、互联网、第二代(2G)电信网络、第三代(3G)电信网络、第四代(4G)电信网络、第五代(5G)电信网络和全球微波接入互操作性(WiMAX)、以及不同代数的无线接入(WiFia、b、an、ac、ax)网络。
例如，工业可以是配电厂、发电厂、智能电网、生产设施、仓库、制造设施、工厂等。可以理解的是，工业包括多个工业设备。本文中多个工业设备通过工业网络相互可通信地耦合。
值得注意的是，工业设备是指与工业网络相关联(或用于工业网络)的电子设备、机械设备、机电设备等。工业设备能够执行与上述系统和方法相关联的具体任务，例如发送数据和/或接收数据。此外，工业设备意图被广义地解释为包括可用于通过有线通信网络或无线通信网络进行语音和/或数据通信的任何电子设备。工业设备的示例包括但不限于：蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持设备、无线调制解调器、膝上型电脑、个人电脑、电动机、电动执行器、控制器、传输设备、收发站、路由器、机器人、传感器、基于物联网(IoT)的设备和网络设备。有利地，工业设备连接到工业网络，以便能够进行时间敏感性数据传输。
此外，可选地，工业设备包括外壳、功能单元、存储器、处理器、网络接口卡、麦克风、扬声器、键盘、显示器、发射机和接收机。此外，工业设备应被广义地解释，以包括各种不同类型的、运行以执行功能的设备(例如电气设备、机械设备、电子设备等)。可选地，在工业中，由工业设备执行的功能是以工业网络提供的数据的方式来被管理或促进。在这一点上，在示例中，工业中的工业设备基于通过工业网络从另一设备作为数据接收的指令进行操作。
工业网络包括第一子网，该第一子网包括第一基站和至少一个第一工业设备。具体地，第一子网建立通信基础设施，用于以预先计划的方式将数据从至少一个第一工业设备传输到第一基站。值得注意的是，至少一个第一工业设备包括时间同步和调度能力，其中，时间同步和调度能力使得至少一个第一工业设备能够根据与之相关联的时隙以处理的方式发送数据。根据本公开的实施例，第一子网在工业网络内建立同步通信。此外，至少一个第一工业设备是指能够通过通信链路(例如蜂窝网络)进行同步数据传输的工业设备。
此外，第一基站是指用于在工业网络(例如蜂窝网络)中无线通信的固定通信点。可以理解的是，在工业网络中，可能有多个用于建立无线通信方式的基站。可选地，第一基站向一个或多个发射/接收单元提供信息以及从一个或多个发射/接收单元获得信息。根据本公开的实施例，第一基站向至少一个第一工业设备、第一无线设备和/或网络控制器中继数据以及从至少一个第一工业设备、第一无线设备和/或网络控制器中继数据。第一基站被配置为分配控制无线信道(CCH)和数据无线信道(DCCH)，用于单播上行传输来自至少一个第一工业设备、第一无线设备和/或网络控制器的数据。此外，第一基站被配置为分配不同的无线控制信道(MCCH)和业务无线信道(MTCH)，用于为至少一个第一工业设备、第一无线设备和/或网络控制器下行接收数据。
可选地，多个基站被一起配置为在工业网络中建立无线通信方式。多个基站通过网络控制器来管理(如本文稍后详细讨论的)。可选地，第一子网能够实现其中进行同步数据传输的通信基础设施。
可以理解的是，无线通信(具体地，蜂窝网络)是指无线通信网络，其中，蜂窝网络通过小区分布在陆地上。具体地，每个小区包括固定位置的收发器，例如第一基站。可以理解的是，无线通信使得能够在至少一个第一工业设备、第一无线设备和网络控制器之间进行非对称传输；并且由蜂窝网络促进的数据的进一步传输包括基于互联网协议(IP)的数据。根据本公开的实施例，蜂窝网络采用低功率广域网无线接口，例如窄带物联网(NB-IoT)和长期演进-机器类型通信(LTE-M)，以便能够通过促进非IP数据的传输在蜂窝网络上进行设备到设备的通信。
工业网络包括第二子网，该第二子网包括第一路由装置和至少一个第二工业设备。具体地，第二子网建立通信基础设施，用于以非计划的方式从至少一个第二工业设备传输数据。值得注意的是，至少一个第二工业设备不包括独特的时间同步和时间调度器。因此，至少一个第二工业设备不依赖于与之相关联的分配的时隙即可发送原始上行数据。可选地，至少一个第二工业设备被配置为在第二子网中执行异步数据传输。此外，至少一个第二工业设备是能够以非计划的方式通过通信链路(例如以太网)传输数据的异步工业设备。
第一路由装置和至少一个第二工业设备使用例如蜂窝网络、电缆、光纤等互相连接。在示例中，至少一个第二工业设备与第一路由装置之间的连接在工业网络中形成局域网(LAN)。更可选地，LAN是软件定义局域网(SD-LAN)。更可选地，PROFINET电缆可以用于至少一个第二工业设备和第一路由装置之间的这种有线通信，从而在工业网络中提供以太网电缆通信的优点。
此外，路由装置(或第一路由装置)是指被配置为从至少一个第二工业设备转发数据(具体地，数据包)的设备。可以理解的是，路由装置实现路由协议，以便可靠地将数据包转发到与之相关联的目的地址。路由协议的示例包括但不限于：路由信息协议(RIP)、内部网关协议(IGRP)、开放式最短路径优先(OSPF)、外部网关协议(EGP)、增强型内部网关路由协议(EIGRP)、边界网关协议(BGP)和中间系统到中间系统(IS-IS)。可选地，路由装置采用TCP/IP协议。
根据本公开的实施例，第二子网中的路由装置被配置为给第二子网中的至少一个第二工业设备设置路由策略。可以理解的是，至少一个第二工业设备不能进行预先计划的数据传输。因此，路由装置设置的路由策略用于在至少一个第二工业设备和第一无线设备之间建立网络切片(如本文稍后详细讨论的)，从而使至少一个第二工业设备和至少一个第一工业设备之间能够通信。可以理解的是，路由装置能够连接到多个第二工业设备，以便向至少一个第二工业设备提供时间敏感性联网能力。
可选地，路由装置可通信地耦合到以下至少之一：第一无线设备、网络控制器、第一基站、至少一个第一工业设备、至少一个第二工业设备。根据本公开的实施例，路由装置通过有线通信信道或无线通信信道可通信地耦合到至少一个第二工业设备，以有效地为至少一个第二工业设备建立路由策略。此外，路由装置通过例如有线通信信道可通信地耦合到第一无线设备，以使得至少一个第二工业设备能够进行按时间计划的联网。在示例中，路由装置操作以将从至少一个第二工业设备中的第二工业设备接收的数据包通过第一无线设备转发到第一基站。在另一示例中，路由装置操作以将从第一基站接收的数据通过第一无线设备转发到至少一个第二工业设备中的第二工业设备。
更可选地，第二子网包括服务器。值得注意的是，服务器是指如下结构和/或模块，该结构和/或模块包括被配置为存储、处理和/或共享信息的可编程的和/或不可编程的组件。可选地，服务器包括能够增强信息以执行各种计算任务的物理或虚拟计算实体的任何布置。此外，服务器从发送设备(例如至少一个第二工业网络、第一无线设备、网络控制器和至少一个第一工业设备)接收非结构化数据(或数据帧)。此外，服务器在多个通信链路(例如固定网络链路、蜂窝网络链路、无线网络链路等)之间封装和解封装非结构化数据，以便由每一个设备(例如至少一个第二工业网络、第一无线设备、网络控制器和至少一个第一工业设备)在工业网络中同时接收。
此外，可选地，路由装置被配置为将第二子网与服务器和第一基站连接，用于将数据从至少一个第二工业设备传输至至少一个第一工业设备。路由装置基于由网络控制器使用网络管理模块(例如SDN技术)设置的网络切片来进行操作。路由装置支持要从第一无线设备和/或网络控制器传输的数据的包复制。此外，路由装置被配置为对来自多个通信链路的数据进行去复制(de-duplicate)，以将单个数据消息发送至至少一个第二工业设备。
在示例中，路由装置被配置为对通过例如固定网络基础设施连接到蜂窝网络核心的工业设备(例如至少一个第二工业设备)的传输和接收调度系统进行同步，以向连接到例如蜂窝网络基础设施的工业设备(例如至少一个第二工业设备)发送数据和接收数据。路由装置将调度系统和与连接到蜂窝网络基础设施的工业设备相同的设备进行同步，以使得在工业网络中能够进行同步数据传输。
此外，本文使用的术语“定时信息”是指针对工业网络中的每个工业设备，代表特定的时间安排或时间序列的数据或一组数据。具体地，特定的时间安排或时间序列描述了针对每个工业设备的时隙。更具体地，给定的工业设备根据定时信息中指定的、与给定的工业设备对应的给定的时隙进行操作以传输数据。在示例中，定时信息以列表的方式表示，该列表包括与工业网络中的每个工业设备相关的唯一标识对应的时隙。具体地，定时信息使得能够对工业设备进行时间标记，从而对工业设备进行同步。有利地，定时信息由网络控制器生成(如本文稍后详细讨论的)，以避免工业设备在传输数据的过程中的冲突，从而最小化延迟并优化工业环境中的操作。可选地，定时信息作为数据存储在文件或文件夹中。
定时信息被转换为多个定时包，以供工业网络中的每个工业设备接收。具体地，网络控制器将长的定时信息分解成更小的包(即多个定时包)。可以理解的是，多个定时包中的每个定时包在源(即网络控制器)和接收器(即每个工业设备)之间来回遍历。多个定时包作为下行广播提供给工业网络中的每个工业设备。
可选地，与至少一个第一工业设备相关联的第一定时信息以及与至少一个第二工业设备相关联的第二定时信息包括以下至少之一：分别针对至少一个第一工业设备中的每个第一工业设备和至少一个第二工业设备中的每个第二工业设备的上行时隙、下行时隙。根据本公开的实施例，术语“上行时隙”是指当工业设备传输或上传用于通信的数据时的时隙。此外，术语“下行时隙”是指当工业设备操作以接收或收听先前上传的数据时的时隙。在示例中，工业网络中的工业设备根据定时信息中指定的、与设备对应的下行时隙操作以接收数据。替代地，在另一示例中，工业设备操作以接收由例如第一基站通信的所有下行数据。
根据本公开的实施例，工业网络包括：采用通信网络以便以计划的方式传输数据的至少一个第一工业设备，以及采用通信网络以便以计划的方式传输数据的至少一个第二工业设备。此外，包括至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备的工业网络中的工业设备，被配置为采用以下至少之一来在工业设备之间传输数据：网络电缆(例如以太网电缆)、路由装置、第一无线设备、基站、网络控制器。
方法包括：向第一子网提供第一定时信息。方法包括：向第二子网提供第二定时信息。值得注意的是，网络控制器(如本文稍后详细讨论的)被配置为生成定时信息。具体地，定时信息构成针对第一子网的第一定时信息和针对第二子网的第二定时信息。更具体地，第一定时信息包括针对用于数据通信的至少一个第一工业设备中的每个第一工业设备的时隙，以及第二定时信息包括针对用于数据通信的至少一个第二工业设备中的每个第二工业设备的时隙。此外，网络控制器通过第一基站和/或路由装置广播定时信息，以向至少一个第一工业设备中的每个第一工业设备、路由装置和第一无线设备提供定时信息。可选地，网络控制器通过第一基站将第一定时信息作为下行广播提供给至少一个第一工业设备和第一无线设备；并进一步通过第一基站或有线信道将第二定时信息提供给路由装置。
此外，工业网络包括参考时钟。值得注意的是，网络控制器被配置为通过采用参考时钟来生成定时信息。具体地，参考时钟使得网络控制器能够实现用于生成定时信息的精确的时隙。可选地，时间参考时钟通过全球定位系统(GPS)接收机、全球导航卫星系统(GNSS)接收机或原子钟的方式来启用。此外，可选地，网络控制器从参考时钟接收针对定时信息的参考。在这种情况下，网络控制器封装由参考时钟提供的针对定时信息的参考，以生成定时信息。此外，可选地，网络控制器在广播定时信息之前对定时信息加密。
可选地，提供第一定时信息和第二定时信息包括：将第一无线设备的内部时钟、至少一个第一工业设备的内部时钟和至少一个第二工业设备的内部时钟与参考时钟进行同步。具体地，基于第一定时信息，对第一无线设备的内部时钟、至少一个第一工业设备的内部时钟进行同步，并基于第二定时信息，对至少一个第二工业设备的内部时钟，还有路由装置的内部时钟进行同步。值得注意的是，将设备(例如至少一个第一工业设备、第一无线设备、至少一个第二工业设备、路由装置)的内部时钟与参考时钟进行同步，使得设备能够精确地在分配给它的时隙内与第一基站进行通信，从而防止数据通信中的任何重叠。
方法包括：配置第一无线设备，以基于第一定时信息将数据从至少一个第一工业设备传输到网络控制器。可以理解的是，数据作为多个数据包或数据帧来传输。此外，由至少一个第一工业设备传输的数据通过第一子网中的第一基站被第一无线设备接收。此外，第一无线设备被配置为使用第一基站向网络控制器提供数据。在这一点上，第一无线设备和网络控制器通过无线网络基础设施可通信地耦合，无线网络基础设施包括例如蜂窝网络、无线访问终端、无线网络(例如Wi-Fi)等。此外，基于第一定时信息将数据提供给网络控制器，其中，第一定时信息针对至少一个第一工业设备指定上行时隙和下行时隙。在实施例中，至少一个第一工业设备中的第一工业设备可以通过第一基站，在任何时刻将要传输到至少一个第二工业设备中的第二工业设备的数据发送至第一无线设备。在这种情况下，第一无线设备基于与第一定时信息中指定的第一工业设备相关联的上行时隙来调度数据。在另一实施例中，第一工业设备在第一定时信息中指定的、与第一工业设备相关联的上行时隙，将要传输到第二工业设备的数据发送至第一无线设备。在这种情况下，第一无线设备同时将数据路由到网络控制器，以便进行后续操作。
工业网络包括第一无线设备，该第一无线设备被配置为在至少一个第一工业设备与第一基站之间提供通信。值得注意的是，第一无线设备是指将至少一个第一工业设备连接到第一基站以建立通信网络的硬件设备。在这一点上，第一无线设备可以使用以下至少之一来在至少一个第一工业设备和基站之间提供通信：电话线、电缆(例如光学电缆、光纤电缆)、蜂窝网络(例如3G、4G、5G等)、Wi-Fi。随后，无线设备被制作成包括蜂窝调制解调器、有线调制解调器和无线调制解调器。可选地，第一无线设备可操作以分别对发送数据和接收数据执行调制和解调。
可以理解的是，第一无线设备可以是单个设备的一部分，或者是可以连接许多其他设备的代理，这些设备利用第一无线设备作为进行同步数据传输的聚合器。此外，通过无线或有线链路连接到第一无线设备的至少一个第一工业设备是同步工业设备。此外，第一无线设备聚合来自至少一个第一工业设备的数据，以便使用本公开所述的系统将数据传输到包括异步工业设备(即至少一个第二工业设备)的第二子网。第一无线设备使用多个通信链路将数据传输至第二子网，其中，使用无线或有线链路与路由装置连接的至少一个第二工业设备表现为端到端的有线连接，并且至少一个第二工业设备不知道第一无线设备使用的通信链路。
在示例中，连接到至少一个第一工业设备的第一无线设备包括蜂窝和无线调制解调器，以及进一步包括用于处理与无线通信基础设施相关联的功能的模块。在另一示例中，连接到至少一个第一工业设备的第一无线设备除了包括蜂窝和无线调制解调器以外，还包括固定套接字，其中，至少一个第一工业设备通过固定套接字连接到第一无线设备。本文中，至少一个第一工业设备通过电缆连接到第一无线设备；以及进一步地，第一无线设备通过蜂窝网络(例如3G、4G、5G)、无线网络(例如Wi-Fi)或其组合连接到第一基站。有利地，第一无线设备使得至少一个第一工业设备能够进行时间敏感性联网。
可选地，第一无线设备包括：至少一个第一无线接入网络；时间同步和调度模块，用于从网络控制器接收第一定时信息；故障转移和数据复用模块，用于在多个通信链路内的至少一个通信链路上复用数据；资源切片模块，用于分配网络和无线资源以创建网络切片；无线设备管理器模块，用于从网络控制器请求多个通信链路内的通信链路；网络管理模块，用于管理网络资源；资源分配模块，用于分析资源；以及以下至少之一：蜂窝调制解调器、无线调制解调器和至少一个套接字。值得注意的是，包括在第一无线设备中的模块是可操作以将至少一个第一工业设备转换为基于同步的、计划的和可靠的通信的时间敏感性联网(TSN)设备。这种通信是使用基于例如4G、5G、Wi-Fi和有线连接中的两种或更多种的双重或三重连接来建立。此外，工业网络中的第一无线设备使得能够通过故障转移系统利用多个通信链路进行数据的超可靠传输，以确保第一子网和第一基站之间的数据(尤其是IP数据和非IP数据)的鲁棒性通信，从而进一步与第二子网进行通信。
在这一点上，可选地，至少一个第一无线接入网络(RAN)通过第一基站在工业网络的网络控制器和第一无线设备之间建立通信链路。具体地，至少一个第一RAN包括基站(例如第一基站)。至少一个第一RAN对应于针对例如蜂窝网络基础设施(例如3G、4G、5G)、无线网络基础设施(例如Wi-Fi接入点)和固定网络基础设施(例如以太网电缆)的基站。
此外，可选地，时间同步和调度模块可操作以从网络控制器接收第一定时信息，其中，广播的第一定时信息对应于至少一个第一工业设备，并进一步被第一无线设备采用，以调度从至少一个第一工业设备到第一基站的上行数据和下行数据。时间同步和调度模块使得第一无线设备能够将第一无线设备的内部时钟与至少一个第二工业设备的内部时钟进行同步，以符合基于第二定时信息的时隙，以使得连接到第一无线设备的至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备之间能够同步传输。
此外，可选地，故障转移和数据复用模块可操作以在多个通信链路内的至少一个通信链路上复制由第一工业设备作为上行提供的数据，来确保可靠性。故障转移和数据复用模块复制每个输入的数据包，并进一步将复制的数据包分布在多个通信链路内的不同的激活的通信链路上，以确保可靠性。
可选地，资源切片模块可操作以分配网络和无线资源，来创建用于传输数据的网络切片。资源切片模块可操作以分配不同的网络和通信资源，来创建网络切片，其中，不同的数据业务(来自不同来源的数据)基于优先级指数和/或在例如带宽、延迟和丢包方面的要求，被分配不同的网络切片。具体地，资源切片模块将业务(上行数据)分开，并进一步将具有更高优先级指数的业务与其他不太关键的业务进行隔离。此外，可选地，第一无线设备中的资源切片模块与网络控制器中的资源切片模块交互，以在第一无线设备和数据传输到的第二工业设备之间部署端到端的网络切片。
可选地，无线设备管理器模块可操作以从网络控制器请求多个通信链路内的通信链路，来创建用于传输数据的网络切片。无线设备管理器接收来自第一无线设备的请求，来分配新的通信链路或分配现有通信链路的通信链路，以便调制通信链路的容量，从而确保数据通信的可靠性。无线设备管理器模块与第一基站交互，来在第一基站提供的通信链路中请求额外的通信链路，以便例如增加容量以及在延迟、比特率等方面请求不同的服务质量。无线设备管理器模块基于数据包的要求，确保将数据包从第一无线设备，通过第一基站，低延迟、超可靠地传输到至少一个第二工业设备。
可选地，网络管理(例如软件定义网络(SDN)管理)模块可操作以管理第一无线设备中用于操作(例如包封装、包分片、包标记、改变包格式等)的网络资源，来给第一无线设备中收集的不同的数据业务创建不同的切片，其中，不同的数据业务从至少一个第一工业设备中的不同的第一工业设备接收。此外，网络管理模块(具体地，软件定义网络(SDN)控制器)管理无线设备中的网络接口以及管理第一无线设备中的包，以分配不同的优先级指数和/或改变要传输的数据包的包格式，以便提高数据传输的可靠性并降低延迟。换句话说，第一无线设备中的SDN控制器给业务(即来自不同来源的上行数据)分配不同的优先级指数，并对要在多个通信链路上传输的业务进行分类。
可选地，资源分配模块可操作以分析第一无线设备的可用资源及其进一步的使用。此外，可选地，至少一个套接字用于通过有线装置(例如电缆)在第一工业设备和第一无线设备之间建立通信链路。
此外，可选地，蜂窝调制解调器和/或无线调制解调器可操作以在第一无线设备和至少一个第一工业设备之间建立通信链路和/或在第一无线设备和第一基站之间建立通信链路，其中，蜂窝调制解调器采用宽带蜂窝网络技术(例如2G、3G、4G、5G等)，以及无线调制解调器采用无线网络技术(例如WI-FI)。
更可选地，第一无线设备由其前述模块来管理。具体地，第一无线设备的模块管理至少一个第二工业设备和第一无线设备之间的数据传输、第一无线设备和至少一个第一工业设备之间的数据传输、以及进一步，工业网络中的第一基站和第一无线设备之间的数据传输。通过在工业网络中提供可靠的通信链路，第一无线设备连接至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备。
可选地，第一无线设备被配置为：
-从网络控制器接收第一定时信息、时隙，并将接收的时隙调度给第一工业设备；
-复用接收的数据；以及
-激活多个通信链路，以给至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备建立通信接口，使得在工业网络中进行同步数据传输。
在这一点上，第一无线设备从网络控制器接收第一定时信息，其中，网络控制器广播第一定时信息。可选地，第一无线设备使用公共传输层来接收广播的第一定时信息。可以理解的是，公共传输层使得能够针对第一无线设备中的固定网络接口低延迟地接收结构化和非结构化数据。此外，可选地，第一无线设备和至少一个第一工业设备接收第一定时信息，第一定时信息将被至少一个工业设备用于同步至少一个工业设备的内部时钟，以同步传输和接收数据。此外，在从至少一个第一工业设备接收数据时，第一无线设备复用业务，其中，来自至少一个第一工业设备的上行数据形成业务。随后，第一无线设备，具体地，第一无线设备的多个模块激活多个通信链路，以给至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备建立通信接口，使得在工业网络中进行同步数据传输。
可选地，配置第一无线设备包括：
-激活多个通信链路，以使用第一无线设备为至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备建立通信接口，使得在工业网络中进行同步数据传输；
-基于工业网络中进行同步数据传输的聚合能力，对多个通信链路中被激活的通信链路进行切片，以创建网络切片；以及
-基于与数据相关联的优先级指数指定切片的通信链路来传输数据。
在这一点上，具有固定、蜂窝和无线接口的第一无线设备包括多个模块(例如上述模块)以激活多个通信链路，例如同时激活多种无线技术以及每个无线技术内的多个无线信道。本文中，多种无线技术通过蜂窝网络(例如LTE、3G、4G、5G、6G)、无线网络(例如Wi-Fi)和固定网络(例如以太网)来建立。随后，第一无线设备激活多个通信链路(或数个通信链路)，用于上行传输结构化和非结构化数据(例如IP数据、非IP数据、以太网数据、原始数据)。具体地，网络管理模块(例如SDN模块)被配置为激活多个通信链路，以给至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备建立通信接口，使得在工业网络中进行同步数据传输。此外，资源切片模块可操作以基于工业网络中进行同步数据传输的聚合能力，对多个通信链路中被激活的通信链路进行切片，以创建网络切片。具体地，第一无线设备对被激活的通信链路上的数据传输进行聚合、调度和复用，以便为可靠的数据传输创建网络切片。此外，无线设备管理器和网络管理模块基于数据的优先级指数，确保针对数据传输的网络资源(具体地，网络切片)的分配，其中，数据的优先级指数由发送数据的源工业设备定义。
在这一点上，第一无线设备包括多个模块，其中，多个模块操作来执行上述步骤，以配置第一无线设备。值得注意的是，第一无线设备包括针对固定连接的固定接口、以及蜂窝调制解调器和无线调制解调器，以使用优化的网络承载(即4G、5G、6G、Wi-Fi)，利用无线信道进行结构化和非结构化数据的上行和下行传输。可选地，针对固定连接的固定接口用于具有高可靠性和低延迟(例如1毫秒(ms))的结构化和非结构化数据的公共数据传输。此外，可选地，第一无线设备和至少一个第一工业设备能够在定时信息中指定的上行时隙发送数据，以便充分与其他设备(例如路由装置、网络控制器以及至少一个第二工业设备)完全同步，来避免工业网络中的冲突。此外，如果工业网络的用户选择“非实时”或“非同步”模式，那么第一无线设备和至少一个第一工业设备能够在没有计划的上行时隙的情况下发送数据。
可以理解的是，工业网络可以具有多个第一无线设备，这些第一无线设备可通信地耦合到至少一个第一工业设备。在示例中，工业网络具有两个第一无线设备。在这种情况下，第一无线设备和第二无线设备具有基本相似的功能和配置。此外，第一无线设备通过蜂窝网络连接到第一工业设备“A”；此外，第二无线设备通过有线网络连接到第一工业设备“B”和“C”。随后，第一无线设备和第二无线设备在第一工业设备“A”、“B”和“C”与第一基站之间建立通信链路。此外，可选地，工业网络包括多个基站。在这种情况下，第一无线设备和第二无线设备被配置为基于第一工业设备“A”、“B”和“C”的配置(例如蜂窝、有线、无线等)，在第一工业设备“A”、“B”和“C”与多个基站中的可用基站之间建立通信链路。
方法包括：通过网络控制器接收来自第一子网的数据。具体地，网络控制器基于定时信息接收来自第一无线设备的数据。更具体地，第一无线设备基于与第一工业设备(即数据的发送者)相关联的定时信息(尤其是上行时隙)，通过第一基站将数据发送到网络控制器。此外，可选地，第一工业设备基于与之相关联的定时信息，通过第一基站直接将数据发送到网络控制器。
值得注意的是，工业网络包括耦合到第一基站和第一路由装置的网络控制器。具体地，网络控制器是指如下结构和/或模块，该结构和/或模块包括被配置为存储、处理和/或共享信息的可编程的和/或不可编程的组件。可选地，网络控制器包括能够增强信息以执行各种计算任务的物理或虚拟计算实体的任何布置。此外，可以理解的是，网络控制器可以是在并行或分布式架构中运行的单个硬件设备和/或多个硬件设备。在示例中，网络控制器可以包括例如存储器、处理器、网络适配器等组件，以存储信息、处理信息和/或与其他计算组件(例如工业设备、第一无线设备、路由装置)共享信息。可选地，网络控制器实现为向其他设备、模块或装置提供各种服务(例如数据库服务、处理服务等)的计算机程序。
值得注意的是，网络控制器包括网络核心功能，使得能够从至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备进行上行和下行连接。具体地，网络控制器提供连接主节点的高容量通信设施。网络控制器为不同子网之间的数据交换提供路径(即通信链路)。在示例中，网络控制器通过无线通信网络从源设备(例如第一工业设备)获取数据，并进一步将数据传输到固定通信网络(例如固定以太网网络)以用于将数据通信到接收设备(例如第二工业设备)。替代地，可选地，源设备和接收设备分别为第二工业设备和第一工业设备。可选地，网络控制器具有平面拓扑或网状拓扑。更可选地，网络控制器采用电路交换技术、包交换技术或其组合。
在示例中，网络控制器提供宽带蜂窝网络技术，例如4G分组核心演进(EPC)或5G核心(5GC)。在这种情况下，网络控制器包括至少一个以下组成元素：归属用户服务器(HSS)、统一数据管理(UDM)、服务网关(SGW)、会话管理功能(SMF)、分组数据网络网关(PDN GW)、用户平面功能(UPF)、移动管理实体(MME)和接入移动管理功能(AMF)。这些组成元素使得网络控制器能够有效地将数据从一个设备(即源设备)路由到另一设备(即接收设备)。在另一示例中，网络控制器在4G中提供服务能力开放功能(SCEF)或在5G中提供SCS(服务能力服务器)。4G SCEF将与网络开放功能(NEF)整合，NEF成为支持5G中蜂窝优化的IoT通信的SCS。可以理解的是，SCEF或SCS网络控制器通过无线接口(例如NB-IoT和LTE-M)来实现，使得能够在多个设备之间使用以太网帧交换非IP数据。在另一示例中，网络控制器提供无线联网技术(例如Wi-Fi)。这样的无线联网技术操作以承载无线LAN。在另一示例中，网络控制器提供有线联网技术(例如PROFINET、以太网电缆等)。根据本公开的实施例，网络控制器提供上述联网技术中的两种或更多种。可以理解的是，网络控制器可以包括中继器或交换机，以便消除任何网络死区或在工业网络的整个空间区域内提供可靠的通信方式。
可选地，网络控制器包括：至少一个第二无线接入网络；时间同步和调度控制器，用于向第一子网提供第一定时信息以及向第二子网提供第二定时信息；故障转移和包复制控制器，用于聚合复用的数据并将通信链路分配给工业网络；资源切片控制器，用于设置策略以创建网络切片；无线设备控制器，用于接收来自无线设备的、分配通信链路的请求；网络管理控制器，用于与工业网络中的路由器和交换机通信；资源分配控制器，用于管理网络资源和分配网络切片。值得注意的是，包括在网络控制器中的模块是可操作以将至少一个第二工业设备转换为基于同步的、计划的和可靠的通信的时间敏感性联网(TSN)设备。这种通信是使用基于例如4G、5G、Wi-Fi和有线连接中的两种或更多种的双重或三重连接来建立。此外，工业网络中的网络控制器使得能够通过故障转移系统利用多个通信链路进行数据的超可靠传输，以确保第一子网和第二子网之间的数据(尤其是IP数据和非IP数据)的鲁棒性通信。
在这一点上，可选地，至少一个第二无线接入网络(RAN)在网络控制器与第一无线设备和路由装置之间建立通信链路。具体地，至少一个第二RAN包括由网络控制器的网络核心使用第一基站建立的通信链路。至少一个第二RAN对应于针对例如蜂窝网络基础设施(例如3G、4G、5G)、无线网络基础设施(例如Wi-Fi接入点)和固定网络基础设施(例如以太网电缆)的基站。
此外，可选地，时间同步和调度控制器可操作以向第一子网提供第一定时信息以及向第二子网提供第二定时信息。这种定时信息作为下行广播消息提供给第一无线设备、路由装置、至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备。时间同步和调度模块使得网络控制器能够将网络控制器的内部时钟与参考时钟进行同步，用于生成第一定时信息和第二定时信息，以使得至少一个第一工业设备和至少一个第二工业设备之间能够同步传输。
此外，可选地，故障转移和包复制控制器可操作以聚合复用的数据并将通信链路分配到工业网络。具体地，故障转移和包复制控制器聚合通过多个通信链路接收的复制的数据包，或者将第二子网中新的通信链路分配给第二子网通信链路直至终端设备的复制的数据包，其中，终端设备是第二子网中接收数据的第二工业设备。
可选地，资源切片控制器可操作以设置策略来创建网络切片。在这一点上，资源切片控制器为第一无线设备、路由装置中的至少一个设置策略。此外，资源切片模块配置第一无线设备、路由装置中的至少一个，以基于例如大小、质量、优先级指数、带宽、延迟和丢包，为通信的数据充分地分配网络切片。
此外，可选地，无线设备控制器可操作以接收来自第一无线设备的、分配通信链路的请求。具体地，来自第一无线设备的、在现有通信链路中分配新的通信链路的请求是为了例如增加数据传输的容量或可靠性，并在延迟、比特率等方面请求不同的服务质量。
此外，可选地，网络管理控制器可操作以与工业网络中的路由装置通信。具体地，网络管理控制器(例如SDN控制器)可操作以管理分配给来自第一子网和第二子网的各种业务的网络资源。此外，网络管理控制器基于优先级指数和与之相关的所需特性来管理网络资源。此外，网络管理控制器为来自第一无线设备或第一子网的业务分配不同的优先级指数，并进一步对多个通信链路进行分类，以将业务传输到第二子网。网络控制器中的SDN控制器在第二子网的路由装置中设置路由策略，以将需要低延迟或高可靠性的业务与从第一无线设备或至少一个第一工业设备中的工业设备接收的其他不太关键的业务进行隔离并优先处理需要低延迟或高可靠性的业务。此外，第一无线设备的网络管理模块与网络控制器的网络管理控制器通信，来管理第二子网中的网络资源，以分配网络切片，该网络切片将用于隔离从多个通信链路接收的业务并将从多个通信链路接收的业务传输到第二子网中。
此外，可选地，资源分配控制器可操作以管理网络资源和分配网络切片，而传输数据。
此外，可选地，网络控制器连接到第二子网中的第一路由装置，其中，第一路由装置连接到至少一个第二工业设备，用于使用由网络控制器指定的路由策略进行单播和广播通信。可以理解的是，第二子网可以包括多个路由装置。在这种情况下，网络控制器可通信地耦合到多个路由装置中的每个路由装置，并进一步可操作以通过相关联的路由策略和规则来配置多个路由装置，以将网络资源分配给每个网络切片，并将第二子网中具有不同优先级指数的业务分开。
可选地，网络控制器管理工业网络中的多个基站，其中，网络控制器动态地配置多个基站(例如蜂窝基站、无线接入基站等)，以在多个基站中的每个基站上提供具有不同通信资源的多个通信链路。这种多个通信链路为至少一个第一工业设备中的每个工业设备提供公共通信资源，以使之能够将多个通信链路中的数据(或者数据帧，或者多个数据包)以必要的可靠性和低延迟传输给至少一个第二工业设备。
更可选地，网络控制器连接到多个基站(例如第一基站)或其他网络技术(例如无线接入技术)，这些基站或其他网络技术与第一无线设备相连接以用于上行和下行连接。此外，多个基站或其他网络技术是公共传输层的一部分，用于同时向第一无线设备发送复制的数据包和接收复制的数据包。随后，网络控制器对工业网络中的设备进行同步，以确保所有设备准确地接收定时信息。此外，第一无线设备的时间同步和调度模块针对至少一个第一工业设备中的每个工业设备从网络控制器接收定时信息，以给至少一个第一工业设备中的每个工业设备选择上行时隙。
此外，方法包括：使用第二定时信息，通过第一路由装置将从网络控制器接收的数据传输到第二子网的至少一个第二工业设备。在这一点上，网络控制器将从第一子网接收的数据提供给路由装置，其中，路由装置由路由策略配置。随后，基于与至少一个第二工业设备相关联的第二定时信息，路由装置路由将被至少一个第二工业设备接收的数据。可以理解的是，基于与至少一个第二工业设备相关联的下行时隙，路由装置将数据提供给至少一个第二工业设备。
可选地，传输接收的数据包括：配置路由装置，以基于第二定时信息将数据从网络控制器传输到至少一个第二工业设备。可以理解的是，至少一个第二工业设备缺乏时间调度能力；并通过路由装置连接到网络控制器。随后，网络控制器通过路由策略和规则配置路由装置，以将网络资源分配给每个网络切片，用于从至少一个第二工业设备传输数据，并将具有不同优先级指数的数据业务分开。此外，路由装置聚合从至少一个第二工业设备接收的数据，并进一步根据第二定时信息以及路由策略和规则通信不同数据，从而将来自至少一个第二工业设备的数据以计划的方式提供给第一基站。
可选地，网络控制器为第一基站配置第一子网中的网络资源，还使用SDN控制器配置第二子网中的网络资源以创建网络切片，并进一步与第一无线设备中的SDN模块交互以设置网络切片，用于将数据从第一无线设备传输到网络控制器或传输到第一无线设备和至少一个第二工业设备之间的端到端网络切片。
此外，可选地，网络控制器从不同的通信链路接收复制的数据，并进一步对数据进行去复制，以作为单个数据发送到第二子网。替代地，可选地，网络控制器以不同结构的封装的方式通过多个通信链路发送复制的数据，直到第一路由装置为止，其中，第一路由装置操作以对从多个通信信道复制的数据进行去复制。
此外，网络控制器将针对第一无线设备的定时信息与至少一个第一工业设备同步传送，以便能够从第一无线设备向第二子网中的至少一个第二工业设备同步传输数据。
可选地，方法进一步包括：采用机器学习算法来实现与网络控制器、第一无线设备中的至少一个相关联的操作。值得注意的是，术语“机器学习算法”是指由实现软件应用的设备所采用的一类算法。机器学习算法使得设备能够在预测结果和/或执行与软件应用相关联的任务方面变得更加准确，而无需明确地进行编程。具体地，机器学习算法用于对设备进行人工训练，以使设备能够从分析训练数据集和凭经验提高输出或性能方面自动学习，而无需明确地进行编程，以有效地执行软件应用。
可选地，机器学习算法由网络控制器、第一无线设备中的至少一个执行。可以理解的是，执行机器学习算法的设备使用训练数据集进行训练。更可选地，机器学习算法使用包括标记的数据、未标记的数据或其组合的训练数据集进行训练。在这一点上，机器学习算法要经过以下至少之一：无监督训练、监督训练、强化训练、半监督训练。此外，通过解释训练数据集中的模式，并相应地调整机器学习算法，来对机器学习算法进行训练，以获得期望的输出。
可选地，第一无线设备包括机器学习模块，以监测、分析可用网络资源并优化网络资源的使用，来确保超可靠和低延迟的数据传输。此外，第一无线设备对网络资源和/或数据包进行操作，以对数据包按优先级进行排序和改变数据包的结构，以最佳地利用可用网络资源，以及对数据包应用不同的网络策略，是基于机器学习算法来执行的。此外，第一无线设备的资源分配模块包括机器学习功能，以不断地分析除了输入的业务、时间同步偏移量、设备计算、存储资源、第一无线设备的其他模块的状态信息等之外的现有网络资源，来确保数据传输的质量，或者向工业网络的用户(例如网络操作员)发送警告或警报消息，告知有关设备的故障。
此外，可选地，网络控制器包括机器学习模块，用于监控和收集来自网络控制器的不同模块的数据，处理数据以寻找网络资源的最佳使用。网络控制器的机器学习模块与第一无线设备的机器学习模块进行通信，使得在第一无线设备和至少一个第一工业设备之间、在第一无线设备和网络控制器之间、或在第一无线设备和路由装置或至少一个第二工业设备之间能够最佳分配网络资源。
在本公开的示例性实施例中，第一无线设备被配置为激活多个通信链路(例如通过蜂窝网络和无线网络的无线接口、有线接口或其组合)，其中，要传输的数据在多个通信链路上被复制，并通过多个通信链路中被激活的通信链路来发送。此外，第一无线设备将第一无线设备的内部时钟、以及至少一个第一工业设备中的每个第一工业设备的内部时钟与第一定时信息的参考时钟同步到纳秒或更低的水平。此外，第一无线设备通过有线、无线或蜂窝网络基础设施连接到多个第一工业设备。此外，由网络控制器利用路由策略配置的路由装置，将路由装置的内部时钟、以及至少一个第二工业设备中的每个第二工业设备的内部时钟与第二定时信息的参考时钟同步到纳秒或更低的水平，以支持工业网络中计划的同步通信。此外，基于针对从第一子网传输的上行数据的聚合容量，第一无线设备创建网络切片，以确保业务获得必要的网络资源(例如带宽、延迟、质量等)，并进一步执行通信链路的抢占，以确保工业网络中的时间敏感性通信。此外，第一无线设备的无线设备管理器与网络控制器通信，来与网络控制器协商以请求分配更多的网络资源用于传输一些数据，例如具有更高的优先级指数的数据、具有更高的质量要求的数据、在保证比特率和带宽方面具有更高的服务质量(QoS)的新的网络承载上的数据等。来自至少一个第一工业设备的上行数据的业务被复用，并进一步被复制以在多个激活的通信链路上传输。此外，基于第一定时信息，通过第一基站将来自第一无线设备的复用的业务发送到网络控制器。网络控制器进一步操作以对通过多个激活的通信链路接收的数据进行去复制，并进一步将数据作为单个消息提供给路由装置。路由装置(通常由网络控制器配置)进一步分配网络资源，用于将接收的数据传输到至少一个第二工业设备。在这一点上，可选地，基于与第二工业设备相关联的下行时间，路由装置给第二工业设备传输数据，或者广播将由关联的至少一个第二工业设备获取的数据。可以理解的是，在另一示例中，来自至少一个第二工业设备的数据将传输到至少一个第一工业设备。在这种情况下，路由装置聚合来自至少一个第二工业设备的上行数据以将数据提供给网络控制器，网络控制器进一步将数据提供给第一无线设备，以将数据广播到至少一个第一工业设备。
附图的详细说明
根据要求，本文公开了本公开的具体实施例；然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例，本公开可以以各种形式体现。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础，并作为具有代表性的基础，用于教导本领域的技术人员在几乎任何适当地详细的结构中各种各样地采用本公开。
当结合附图阅读时，从以下详细描述中，本公开的各种其他目标、优点和特征对本领域的技术人员来说，将变得更明显，在附图中，类似的附图标记在其整个附图中指定类似的部分。
参照图1，示出了根据本公开的示例性实施例的、用于在工业网络100中进行同步数据传输的系统的示意图。如图所示，工业网络100包括第一子网114，第一子网114包括至少一个第一工业设备(描绘为第一工业设备104A、104B和104C)和第一基站(未显示)。工业网络100包括第二子网116，第二子网116包括至少一个第二工业设备(描绘为第二工业设备110)和第一路由装置108。此外，工业网络100包括无线设备(描绘为第一无线设备102A和第二无线设备102B)，无线设备被配置为在第一工业设备104A、104B、104C和第一基站之间提供通信。如图所示，第一工业设备104A通过无线网络基础设施连接到第一无线设备102A，第一工业设备104B和104C通过有线网络基础设施连接到第二无线设备102B。此外，工业网络100包括耦合到第一基站和第一路由装置108的网络控制器106、以及参考时钟112。网络控制器106被配置为向第一子网114提供第一定时信息以及向第二子网116提供第二定时信息。此外，网络控制器106被配置为配置无线设备102A和102B，以基于第一定时信息将数据从第一工业设备104A、104B和104C发送到网络控制器106。此外，网络控制器106被配置为接收来自第一子网114的数据，以及使用第二定时信息，通过路由装置108将从网络控制器106接收的数据发送到第二子网116的第二工业设备110。
参照图2，示出了根据本公开的示例性实施例的、用于在工业网络200中进行同步数据传输的系统的示意图。如图所示，工业网络200包括第一子网114，第一子网114包括至少一个第一工业设备(描绘为第一工业设备104A、104B和104C)和第一基站202。如图所示，第一基站202包括多个基站，以通过4G、5G、WI-FI建立多个通信链路来进行数据传输。工业网络200包括第二子网116，第二子网116包括至少一个第二工业设备(描绘为第二工业设备110A、110B、110C、110D、110E和110F)和路由装置(描绘为路由装置108A、108B和108C)。此外，工业网络200包括无线设备(描绘为第一无线设备102A和第二无线设备102B)，无线设备被配置为在第一工业设备104A、104B、104C和第一基站202之间提供通信。如图所示，第一工业设备104A通过无线网络基础设施连接到第一无线设备102A，以及第一工业设备104B和104C使用至少一个套接字(未显示)通过有线网络基础设施连接到第二无线设备102B。此外，工业网络200包括耦合到第一基站和路由装置108A、108B、108C的网络控制器106、以及参考时钟112。网络控制器106被配置为向第一子网114提供第一定时信息以及向第二子网116提供第二定时信息。路由装置108A连接到第二工业设备110A、110B，路由装置108B连接到第二工业设备110C、110D，以及路由装置108C通过有线连接而连接到第二工业设备110E、110F。此外，路由装置108A、108B、108C形成本地SDN-LAN，用于基于第二定时信息以同步的方式与第二工业设备110A、110B、110C、110D、110E和110F进行数据通信。此外，网络控制器106被配置为配置无线设备102A和102B，以基于第一定时信息将数据从第一工业设备104A、104B和104C发送到网络控制器106。此外，网络控制器106被配置为接收来自第一子网114的数据，以及使用第二定时信息，通过路由装置108A、108B和108C将从网络控制器106接收的数据发送到第二子网116的第二工业设备110A、110B、110C、110D、110E和110F。
参照图3A和图3B，示出了根据本公开的不同实施例的第一无线设备102的示意图。第一无线设备102包括：至少一个第一无线接入网络(RAN)(描绘为RAN 302、304、306和308)；时间同步和调度模块310，用于从网络控制器接收第一定时信息；故障转移和数据复用模块312，用于在多个通信链路内的至少一个通信链路上复用数据；资源切片模块314，用于分配网络和无线资源以创建网络切片；无线设备管理器模块316，用于从网络控制器请求多个通信链路内的通信链路；网络管理模块318，用于管理网络资源；资源分配模块320，用于分析资源；蜂窝调制解调器322和无线调制解调器324。
参照图3B，第一无线设备102进一步包括套接字326，其中，套接字326使第一无线设备通过有线网络基础设施连接到至少一个第一工业设备。
参照图4，示出了根据本公开的实施例的网络控制器106的示意图。网络控制器106包括：至少一个第二无线接入网络(RAN)(描绘为RAN 402、404、406和408)；时间同步和调度控制器410，用于向第一子网提供第一定时信息以及向第二子网提供第二定时信息；故障转移和包复制控制器412，用于聚合复用的数据并将通信链路分配给工业网络；资源切片控制器414，用于设置策略以创建网络切片；无线设备控制器416，用于接收来自无线设备的、分配通信链接的请求；网络管理控制器418，用于与工业网络中的路由器和交换机通信；资源分配控制器420，用于管理网络资源和分配网络切片。
参照图5，示出了根据本公开的实施例的、用于在工业网络中进行同步数据传输的方法500的步骤的示意图。方法500在工业网络中实现，该工业网络包括：包括第一基站和至少一个第一工业设备的第一子网；包括第一路由装置和至少一个第二工业设备的第二子网；第一无线设备，被配置为在至少一个第一工业设备和第一基站之间提供通信；耦合到第一基站和第一路由装置的网络控制器；以及参考时钟。
在步骤502，向第一子网提供第一定时信息。在步骤504，向第二子网提供第二定时信息。在步骤506，配置第一无线设备，以基于第一定时信息将数据从至少一个第一工业设备传输到网络控制器。在步骤508，通过网络控制器接收来自第一子网的数据。在步骤510，使用第二定时信息，通过路由装置将接收的数据从网络控制器传输到第二子网的至少一个第二工业设备。
步骤502、504、506、508和510仅是说明性的，还可以提供其他替代方案，其中，在不脱离本文权利要求的范围的情况下，增加一个或多个步骤、删除一个或多个步骤、或以不同的顺序提供一个或多个步骤。
在不脱离所附的权利要求所定义的本公开的范围的情况下，可以对前述的本公开的实施例进行修改。用于描述和声明本公开的表述如“包括”、“包含”、“含有”、“具有”、“是”旨在以非排他性的方式进行解释，即允许还存在未明确描述的项目、组件或元素。对单数的提及也可解释为与复数有关。

Claims (12)

1.一种用于在工业网络中进行同步数据传输的方法，其中，所述工业网络包括：
-包括第一基站和至少一个第一工业设备的第一子网；
-包括第一路由装置和至少一个第二工业设备的第二子网；
-第一无线设备，被配置为在所述至少一个第一工业设备与所述第一基站之间提供通信；
-耦合到所述第一基站和所述第一路由装置的网络控制器，以及
-参考时钟；
所述方法包括以下步骤：
-向所述第一子网提供第一定时信息；
-向所述第二子网提供第二定时信息；
-配置所述第一无线设备，以基于所述第一定时信息将数据从所述至少一个第一工业设备传输至所述网络控制器；
-通过所述网络控制器接收来自所述第一子网的数据；以及
-使用所述第二定时信息，通过所述第一路由装置将从所述网络控制器接收的数据传输至所述第二子网的所述至少一个第二工业设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述第一定时信息和提供所述第二定时信息包括：将所述第一无线设备的内部时钟、所述至少一个第一工业设备的内部时钟和所述至少一个第二工业设备的内部时钟与所述参考时钟进行同步。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，与所述至少一个第一工业设备相关联的所述第一定时信息以及与所述至少一个第二工业设备相关联的所述第二定时信息包括以下至少之一：分别针对所述至少一个第一工业设备中的每个第一工业设备和所述至少一个第二工业设备中的每个第二工业设备的上行时隙、下行时隙。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，配置所述第一无线设备包括：
-激活多个通信链路，以使用所述第一无线设备为所述至少一个第一工业设备和所述至少一个第二工业设备建立通信接口，使得在所述工业网络中进行同步数据传输；
-基于所述工业网络中进行同步数据传输的聚合能力，对所述多个通信链路中被激活的通信链路进行切片，以创建网络切片；以及
-基于与数据相关联的优先级指数指定切片的通信链路来传输数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，传输接收的数据包括：配置所述路由装置，以基于所述第二定时信息将数据从所述网络控制器传输至所述至少一个第二工业设备。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括：采用机器学习算法来实现与所述网络控制器、所述第一无线设备中的至少一个相关联的操作。
7.一种用于在工业网络中进行同步数据传输的系统，其中，所述工业网络包括：
-包括第一基站和至少一个第一工业设备的第一子网；
-包括第一路由装置和至少一个第二工业设备的第二子网；
-第一无线设备，被配置为在所述第一工业设备与所述第一基站之间提供通信；
-耦合到所述第一基站和所述第一路由装置的网络控制器，以及
-参考时钟；
其中，所述网络控制器被配置为：
-向所述第一子网提供第一定时信息；
-向所述第二子网提供第二定时信息；
-配置所述第一无线设备，以基于所述第一定时信息将数据从所述至少一个第一工业设备发送至所述网络控制器；
-接收来自所述第一子网的数据；以及
-使用所述第二定时信息，通过所述第一路由装置将从所述网络控制器接收的数据发送至所述第二子网的所述至少一个第二工业设备。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述网络控制器进一步被配置为：配置所述路由装置，以基于所述第二定时信息将数据从所述至少一个第二工业设备发送至所述网络控制器。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一无线设备包括：至少一个第一无线接入网络；时间同步和调度模块，用于从所述网络控制器接收所述第一定时信息；故障转移和数据复用模块，用于在多个通信链路内的至少一个通信链路上复用数据；资源切片模块，用于分配网络和无线资源以创建网络切片；无线设备管理器模块，用于从所述网络控制器请求所述多个通信链路内的通信链路；网络管理模块，用于管理网络资源；资源分配模块，用于分析资源；以及以下至少之一：蜂窝调制解调器、无线调制解调器和至少一个套接字。
10.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述网络控制器包括：至少一个第二无线接入网络；时间同步和调度控制器，用于向所述第一子网提供所述第一定时信息以及向所述第二子网提供所述第二定时信息；故障转移和包复制控制器，用于聚合复用的数据并将通信链路分配给所述工业网络；资源切片控制器，用于设置策略以创建网络切片；无线设备控制器，用于接收来自所述无线设备的、分配通信链路的请求；网络管理控制器，用于与所述工业网络中的路由器和交换机通信；资源分配控制器，用于管理网络资源和分配所述网络切片。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其中，所述第一无线设备被配置为：
-从所述网络控制器接收所述第一定时信息、时隙，并将接收的时隙调度给所述第一工业设备；
-复用接收的数据；以及
-激活多个通信链路，以给所述至少一个第一工业设备和所述至少一个第二工业设备建立无线通信接口，使得在所述工业网络中进行同步数据传输。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的系统，其中，采用机器学习算法来实现与所述网络控制器、所述第一无线设备中的至少一个相关联的操作。
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