CN114189536A - 一种双路通信控制方法、系统、电子设备和存储介质 - Google Patents

一种双路通信控制方法、系统、电子设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双路通信控制方法、系统、电子设备和存储介质，方法包括：获取控制模块与执行模块的网络通信标签，进行合法有效性判断；若判断为非法，停止通信；若判断为合法，在控制模块与执行模块之间建立主通信链路；在控制模块与执行模块之间建立备通信链路，建立备通信链路过程为控制模块通过备通信链路向执行模块发送通信指令，执行模块接收通信指令并返回反馈指令，控制模块校验反馈指令，正确后，建成备通信链路。本发明中，在建立主通信链路前先经过网络通信标签合法有效性判断，保证安全性；通过建立主通信链路和备通信链路，实现双路通信，提高通信稳定性和可靠性；主通信链路出现异常故障时，切换备通信链路，提高冗余备份可靠性。

Description

一种双路通信控制方法、系统、电子设备和存储介质
技术领域
本发明属于通信控制技术领域，尤其涉及一种双路通信控制方法、系统、电子设备和存储介质。
背景技术
在工业应用中，常常需要通过通信连接，实现一个控制模块对另一个执行模块的控制，以移动机器人为例，由于移动机器人的应用场景复杂，特别是工业移动机器人，在使用过程中如果通信断开或者数据丢包，很容易使移动机器人失控，无法刹车而导致事故发生。
目前工业移动机器人通常只采用一种通信控制链路，一旦控制模块与执行模块之间的通信断开，执行模块在失去控制指令后变得行动异常，可靠性差；且在只有一种通信控制链路的情况下，控制模块与执行模块之间的通信很容易不稳定，容易被入侵，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种双路通信控制方法、系统、电子设备和存储介质，主要用于解决现有技术中控制模块与执行模块之间通信不稳定、可靠性差、安全性低等问题。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种双路通信控制方法，用于在控制模块与执行模块之间建立双重通信链路，包括以下步骤：
获取控制模块与执行模块的网络通信标签，并进行合法有效性判断；
若判断为非法，则停止通信；
若判断为合法，在控制模块与执行模块之间建立主通信链路；
再在控制模块与执行模块之间建立备通信链路，建立备通信链路过程为所述控制模块通过备通信链路向执行模块发送通信指令，所述执行模块接收所述通信指令并返回反馈指令，所述控制模块校验所述反馈指令，正确后，建成备通信链路。
进一步地，所述控制模块通过主通信链路按设定频率向所述执行模块发送控制指令，所述执行模块作出执行动作，若所述控制指令接收或者发送超时，切换至备通信链路进行通信。
进一步地，由所述执行模块判断所述控制指令是否接收超时，若超时，所述执行模块请求切换至备通信链路，所述控制模块接收请求，并通过备通信链路发送控制指令。
进一步地，当所述执行模块接收所述控制指令超时，并切换至备通信链路后，所述控制模块保持通过主通信链路按设定频率向所述执行模块发送控制指令，控制所述执行模块执行监控动作，所述监控动作被配置为所述执行模块监控由所述主通信链路发送的控制指令是否超时和监控所述主通信链路的物理连接状态；
若所述执行模块正常从所述主通信链路接收到控制指令，则恢复利用主通信链路进行通信；
若所述执行模块无法从所述主通信链路接收控制指令，且所述主通信链路的物理连接状态正常，则保持利用备通信链路进行通信，并等待所述主通信链路恢复；
若所述主通信链路的物理连接状态异常，并达到设定时间，停止所述执行模块的执行动作，通过备通信链路进行故障反馈。
进一步地，当所述执行模块监控到主通信链路或备通信链路出现异常，执行自恢复动作，所述自恢复动作至少包括控制所述控制模块或执行模块掉电重启、控制所述主通信链路或备通信链路重新连接中的一种。
进一步地，所述网络通信标签为所述控制模块与执行模块的网络通信端口的MAC地址。
进一步地，在判断MAC地址的合法有效性时，先预设一MAC地址白名单，当所述控制模块与执行模块对应的MAC地址均处于所述MAC地址白名单中时，判断通信合法，并绑定所述控制模块与执行模块对应的MAC地址；若所述控制模块与执行模块对应的MAC地址任意一个不在所述MAC地址白名单中时，判断通信非法，停止通信。
进一步地，在所述控制模块与执行模块之间建立路由通信链路作为主通信链路，建立CAN通信链路作为备通信链路。
进一步地，接受对所述控制模块与执行模块之间的通信模式切换，选择路由通信链路或CAN通信链路作为常规通信链路。
第二方面，本发明还提供一种应用于如上述双路通信控制方法的双路通信控制系统，包括：控制模块、执行模块、主通信模块和备通信模块，所述控制模块通过所述主通信模块、所述备通信模块与所述执行模块通信连接；
所述主通信模块被配置为获取控制模块与执行模块的网络通信标签，并进行合法有效性判断；若判断为非法，则停止通信；若判断为合法，则允许通信；
所述备通信模块被配置为传输所述控制模块向执行模块发送的通信指令，并传输所述执行模块返回的反馈指令，在所述控制模块校验所述反馈指令正确后，允许所述控制模块与执行模块通过所述备通信模块进行通信连接；
所述主通信模块至少用于实现所述控制模块与执行模块之间的正常通信，所述备通信模块至少用于传输关键数据校验、紧急通信指令和故障反馈信息。
进一步地，所述主通信模块为路由通信模块，所述备通信模块为CAN通信模块。
进一步地，所述控制模块包括处理单元和若干个传感单元，所述传感单元用于采集感应数据、并发送至所述处理单元，所述处理单元被配置为根据所述感应数据生成对应执行模块的控制指令；
所述执行模块包括若干个动作单元，所述动作单元被配置为根据所述控制指令作出对应执行动作。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如上述的方法。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如上述方法的步骤。
相比现有技术，本发明的有益效果至少包括：
只有当控制模块与执行模块的网络通信标签均合法时，才允许其通过主通信链路进行通信，保证安全性，还可将两者的网络通信标签绑定，防止受到外界非法网络的入侵控制；
在建立起主通信链路后，再通过控制模块与执行模块之间的通信和应答，建立起备通信链路，实现双路通信，提高通信的稳定性和可靠性；还可根据对于控制模块与执行模块之间通信时效性的要求，切换以延时率更低的通信链路进行通信；
当主通信链路出现异常故障时，切换至备通信链路，且主动尝试自恢复，提高系统自我修复能力，提高冗余备份可靠性和自动化。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明提供的一种双路通信控制方法中建立双重通信链路的流程示意图。
图2是本发明提供的一种双路通信控制方法中控制指令超时后的处理流程示意图。
图3是本发明提供的一种双路通信控制系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
移动机器人中的控制模块与执行模块作为机器人的两个核心模块，两个模块之间通信信息的有效交付影响着移动机器人的安全性和问题。一旦发生通信断连或者数据丢包，很容易导致移动机器人失控，无法刹车并发生事故。
申请人研究发现：
目前工业移动机器人通常只采用一种通信控制链路，一旦控制模块与执行模块之间的通信断开，执行模块在失去控制指令后变得行动异常，可靠性差；且在只有一种通信控制链路的情况下，控制模块与执行模块之间的通信很容易不稳定，容易被入侵，存在安全隐患。
有鉴于此，第一方面，参照图1，本发明提供一种双路通信控制方法，用于在控制模块与执行模块之间建立双重通信链路，包括以下步骤：
获取控制模块与执行模块的网络通信标签，并进行合法有效性判断；
若判断为非法，则停止通信；
若判断为合法，在控制模块与执行模块之间建立主通信链路；
再在控制模块与执行模块之间建立备通信链路，建立备通信链路过程为控制模块通过备通信链路向执行模块发送通信指令，执行模块接收通信指令并返回反馈指令，控制模块校验反馈指令，正确后，建成备通信链路。
需要说明的是，在建立主通信链路之前，先对控制模块与执行模块两者之间的网络通信标签进行合法有效性判断，由于控制模块与执行模块均有与之唯一的网络通信标签，身份验证合法，能有效提高安全性，防止受到外界非法网络的入侵控制。
而备通信链路从物理意义上来讲，其一直存在，只是在主通信链路建立之前，其不起到通信功能，只有当主通信链路建立起来后，控制模块与执行模块之间才会利用备通信链路进行通信，而备通信链路在起到通信功能前，先由控制模块与执行模块之间完成设定的通信和应答过程，才能建立起备通信链路，实现双路通信，提高通信的稳定性和可靠性。
在本实施例中，控制模块通过主通信链路按设定频率向执行模块发送控制指令，执行模块作出执行动作，若控制指令接收或者发送超时，切换至备通信链路进行通信，更详细地，在正常通信中，控制模块采用定频的方式通过主通信链路向执行模块发送控制指令，定频发送指令的方式代表着两个控制指令之间存在一定时间差；如果在控制模块与执行模块之间发生大流量数据传输或者其他干扰时，会导致执行模块接收控制指令超时或者控制模块发送控制指令超时，执行模块无法正常运行，也代表着采用主通信链路已出现异常，无法正常通信，此时切换至备通信链路进行通信。
作为一种实施方式，由执行模块判断控制指令是否接收超时，若超时，由执行模块主动请求切换至备通信链路，控制模块接收请求，并通过备通信链路发送控制指令，通过自主切换通信链路的方式，保证执行模块能实时响应控制指令。
参照图2，更详细地，当执行模块接收控制指令超时，并切换至备通信链路后，控制模块保持通过主通信链路按设定频率向执行模块发送控制指令，控制执行模块执行监控动作，监控动作被配置为执行模块同时监控由主通信链路发送的控制指令是否超时和监控主通信链路的物理连接状态；
若执行模块正常从主通信链路接收到控制指令，代表控制指令通过主通信链路下发正常，主通信链路已恢复正常，则恢复利用主通信链路进行通信；
若执行模块无法从主通信链路接收控制指令，且主通信链路的物理连接状态正常，代表主通信链路的物理连接正常，但是其网络传输侧还存在异常，此时则保持利用备通信链路进行通信，并等待主通信链路恢复；
若主通信链路的物理连接状态异常，并达到设定时间，即异常时间超过一定时间后，停止执行模块的执行动作，通过备通信链路进行故障反馈，传递告警信息，上报通信故障。
作为一种实施方式，当执行模块监控到主通信链路或备通信链路出现异常，执行自恢复动作，自恢复动作至少包括控制控制模块或执行模块掉电重启、控制主通信链路或备通信链路重新连接中的一种，在控制通信链路重新连接时，可以对向主通信链路或备通信链路供电的电源执行掉电上电来实现，以增加通信系统的自恢复能力和故障处理能力。
在本实施例中，网络通信标签为控制模块与执行模块的网络通信端口的MAC地址，由于MAC地址是一个用来确认网络设备位置的位址，MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址，控制模块与执行模块均具有唯一一个与之对应的MAC地址，以MAC地址进行身份验证，实现有效通信识别，从硬件上避免受非法网络设备控制，大大提高安全性。
更具体地，在控制模块与执行模块之间建立路由通信链路作为主通信链路，建立CAN通信链路作为备通信链路。由于控制模块与执行模块均具有唯一一个与之对应的MAC地址，在进行TCP/IP协议网络通信接入会根据不同的MAC地址识别相关的设备，当控制模块与执行模块接入路由通信链路时，路由模块可以读取相应接入模块的MAC地址信息。
在判断MAC地址的合法有效性时，先预设一MAC地址白名单，当控制模块与执行模块对应的MAC地址均处于MAC地址白名单中时，判断通信合法，并绑定控制模块与执行模块对应的MAC地址；若控制模块与执行模块对应的MAC地址任意一个不在MAC地址白名单中时，判断通信非法，停止通信，控制模块与执行模块无法通过路由通信链路进行通信，执行模块无法正常运行。详细地，由于控制模块与执行模块对应的MAC地址是预先知道的，设置一个涵盖所有预先知道的MAC地址的MAC地址白名单，只有当控制模块与执行模块对应的MAC地址都处于此MAC地址白名单内，才能完成合法有效性检验，并且将检验合法的两个对应模块的MAC地址绑定，形成点对点的通信关系，避免非法网络入侵控制，提高产品的安全性。
作为一种实施方式，接受对控制模块与执行模块之间的通信模式切换，选择路由通信链路或CAN通信链路作为常规通信链路，解决了单纯通过路由通信链路进行网络通信时实时性较差的问题，如使用在对实时性要求高的场景，或者某些数据实时性要求高，则可通过延时率更低的CAN通信链路进行数据传递，提高控制模块与执行模块之间紧急命令通信频率和系统的实时性，更有利于产品的推广和普及。
第二方面，参照图3，本发明还提供一种应用于如上述实施例中双路通信控制方法的双路通信控制系统，包括：控制模块、执行模块、主通信模块和备通信模块，控制模块分别通过主通信模块、备通信模块与执行模块通信连接；
主通信模块被配置为获取控制模块与执行模块的网络通信标签，并进行合法有效性判断；若判断为非法，则停止通信；若判断为合法，则允许通信；
备通信模块被配置为传输控制模块向执行模块发送的通信指令，并传输执行模块返回的反馈指令，在控制模块校验反馈指令正确后，允许控制模块与执行模块通过备通信模块进行通信连接；
主通信模块至少用于实现控制模块与执行模块之间的正常通信，备通信模块至少用于传输关键数据校验、紧急通信指令和故障反馈信息。
其中，主通信模块为路由通信模块，路由通信模块能连接多个网络的网络设备，将不同网络或网段之间的数据信息进行传递，实现不同网络之间的互连通信，流量控制和安全性能管理；在本实施例中，主要用于实现控制模块与执行模块的互连通信；备通信模块为CAN通信模块，采用线路链接的方式进行通信，实时性高。
控制模块包括处理单元和若干个传感单元，传感单元用于采集感应数据、并发送至处理单元，感应数据包括移动机器人的运行速度、方向、角度等运动状态参数，也包括移动机器人周边的障碍物、路况等信息，处理单元被配置为根据感应数据生成对应执行模块的控制指令，通过设定算法计算当前位置信息、行进信息和速度等，再通过路由通信模块将控制指令传递至执行模块，控制指令可以使执行模块进行加速、减速、转弯、停止、掉头、入库、出库等一系列动作；
执行模块包括若干个动作单元，动作单元被配置为根据控制指令作出对应执行动作，其中动作单元为电机，电机根据控制指令可进行正转、反转、加速转动、减速转动、调整输出轴角度等一系列动作，动作单元还向控制模块反馈动作完成情况。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，处理器通过运行可执行指令以实现上述实施例中的双路通信控制方法。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如上述实施例中的双路通信控制方法的步骤。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机，计算机的具体形式可以是个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件收发设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任意几种设备的组合。
在一个典型的配置中，计算机包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带、磁盘存储、量子存储器、基于石墨烯的存储介质或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
相对于现有技术，本发明提供一种双路通信控制方法、系统、电子设备和存储介质，只有当控制模块与执行模块的网络通信标签均合法时，才允许其通过主通信链路进行通信，保证安全性，还可将两者的网络通信标签绑定，防止受到外界非法网络的入侵控制；
在建立起主通信链路后，再通过控制模块与执行模块之间的通信和应答，建立起备通信链路，实现双路通信，提高通信的稳定性和可靠性；还可根据对于控制模块与执行模块之间通信时效性的要求，切换以延时率更低的通信链路进行通信；
当主通信链路出现异常故障时，切换至备通信链路，且主动尝试自恢复，提高系统自我修复能力，提高冗余备份可靠性和自动化。
最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，以上仅为本发明的较佳实施例而已，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。
以上描述为发明的主要流程步骤，其中可穿插其它功能步骤，并可打乱上述逻辑顺序和流程步骤，若数据的处理方式按照此流程步骤形式处理或数据处理的核心思想近似、雷同，均应受到保护。

Claims (14)

1.一种双路通信控制方法，用于在控制模块与执行模块之间建立双重通信链路，其特征在于，包括以下步骤：
获取控制模块与执行模块的网络通信标签，并进行合法有效性判断；
若判断为非法，则停止通信；
若判断为合法，在控制模块与执行模块之间建立主通信链路；
再在控制模块与执行模块之间建立备通信链路，建立备通信链路过程为所述控制模块通过备通信链路向执行模块发送通信指令，所述执行模块接收所述通信指令并返回反馈指令，所述控制模块校验所述反馈指令，正确后，建成备通信链路。
2.根据权利要求1所述的一种双路通信控制方法，其特征在于，所述控制模块通过主通信链路按设定频率向所述执行模块发送控制指令，所述执行模块作出执行动作，若所述控制指令接收或者发送超时，切换至备通信链路进行通信。
3.根据权利要求2所述的一种双路通信控制方法，其特征在于，由所述执行模块判断所述控制指令是否接收超时，若超时，所述执行模块请求切换至备通信链路，所述控制模块接收请求，并通过备通信链路发送控制指令。
4.根据权利要求3所述的一种双路通信控制方法，其特征在于，当所述执行模块接收所述控制指令超时，并切换至备通信链路后，所述控制模块保持通过主通信链路按设定频率向所述执行模块发送控制指令，控制所述执行模块执行监控动作，所述监控动作被配置为所述执行模块监控由所述主通信链路发送的控制指令是否超时和监控所述主通信链路的物理连接状态；
若所述执行模块正常从所述主通信链路接收到控制指令，则恢复利用主通信链路进行通信；
若所述执行模块无法从所述主通信链路接收控制指令，且所述主通信链路的物理连接状态正常，则保持利用备通信链路进行通信，并等待所述主通信链路恢复；
若所述主通信链路的物理连接状态异常，并达到设定时间，停止所述执行模块的执行动作，通过备通信链路进行故障反馈。
5.根据权利要求4所述的一种双路通信控制方法，其特征在于，当所述执行模块监控到主通信链路或备通信链路出现异常，执行自恢复动作，所述自恢复动作至少包括控制所述控制模块或执行模块掉电重启、控制所述主通信链路或备通信链路重新连接中的一种。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种双路通信控制方法，其特征在于，所述网络通信标签为所述控制模块与执行模块的网络通信端口的MAC地址。
7.根据权利要求6所述的一种双路通信控制方法，其特征在于，在判断MAC地址的合法有效性时，先预设一MAC地址白名单，当所述控制模块与执行模块对应的MAC地址均处于所述MAC地址白名单中时，判断通信合法，并绑定所述控制模块与执行模块对应的MAC地址；若所述控制模块与执行模块对应的MAC地址任意一个不在所述MAC地址白名单中时，判断通信非法，停止通信。
8.根据权利要求7所述的一种双路通信控制方法，其特征在于，在所述控制模块与执行模块之间建立路由通信链路作为主通信链路，建立CAN通信链路作为备通信链路。
9.根据权利要求8所述的一种双路通信控制方法，其特征在于，接受对所述控制模块与执行模块之间的通信模式切换，选择路由通信链路或CAN通信链路作为常规通信链路。
10.一种应用于如权利要求1至9任一项所述的双路通信控制方法的双路通信控制系统，其特征在于，包括：控制模块、执行模块、主通信模块和备通信模块，所述控制模块通过所述主通信模块、所述备通信模块与所述执行模块通信连接；
所述主通信模块被配置为获取控制模块与执行模块的网络通信标签，并进行合法有效性判断；若判断为非法，则停止通信；若判断为合法，则允许通信；
所述备通信模块被配置为传输所述控制模块向执行模块发送的通信指令，并传输所述执行模块返回的反馈指令，在所述控制模块校验所述反馈指令正确后，允许所述控制模块与执行模块通过所述备通信模块进行通信连接；
所述主通信模块至少用于实现所述控制模块与执行模块之间的正常通信，所述备通信模块至少用于传输关键数据校验、紧急通信指令和故障反馈信息。
11.根据权利要求10所述的一种双路通信控制系统，其特征在于，所述主通信模块为路由通信模块，所述备通信模块为CAN通信模块。
12.根据权利要求11所述的一种双路通信控制系统，其特征在于，所述控制模块包括处理单元和若干个传感单元，所述传感单元用于采集感应数据、并发送至所述处理单元，所述处理单元被配置为根据所述感应数据生成对应执行模块的控制指令；
所述执行模块包括若干个动作单元，所述动作单元被配置为根据所述控制指令作出对应执行动作。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如权利要求1至9中任一项所述的方法。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述方法的步骤。
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