CN114301995A - 实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统及其方法，解决了目前工业以太网没有统一标准，协议彼此存在异构特质难以便捷实现互通的问题，其技术方案要点是包括有融合工业以太网的网关支撑模块及对应不同协议的网络支撑模块，实现相关工业互联网协议的连接和通信，融合工业以太网的网关支撑模块与不同工业互联网协议控制支撑模块进行连接，接受其协议数据，将不同工业互联网的协议数据进行提取，实现不同工业互联网协议的转换和协议内部数据的传输，本发明的一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统及其方法，能在不改变原有各工业以太网协议的情况下，将不同工业以太网协议进行转换互通，实现工业以太网的融合统一。

Description

实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统及其方法

技术领域

本发明涉及工业互联网多协议技术，特别涉及一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统及其方法。

背景技术

以太网协议具有较高的数据传输速率，然而，其载波侦听和冲突检测的机制限定了以太网的实时性。而工业环境非常严酷，为了确保工业应用的安全可靠，EtherNet/IP、PROFINET、EtherCAT、Modbus TCP、POWERLINK等工业以太网协议基于以太网传输的实时性问题，通过在应用层的优化设计改善了以太网传输的确定性时延问题，从而在各种工业场景获得了广泛的应用。

然而，工业以太网并没有统一的标准，当前在工业应用场景中，在工厂级，现场级，设备级以及在物理上存在多种工业以太网协议，并且这些工业以太网协议彼此在帧格式，重传机制，校验等多方面存在异构的特质，因此急需解决工业以太网协议的转换和垂直切换，最终实现互通和融合。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统及其方法，能在不改变原有各工业以太网协议的情况下，将不同工业以太网协议进行转换互通，实现工业以太网的融合统一。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合方法，包括有以下步骤：

S1、在工业以太网协议控制网络支撑模块中，当需要与其他工业以太网协议进行转换切换时，建立网关消息池内的发送和接收链表，根据发送和接收请求将数据发送到融合工业以太网的网关支撑模块进行转换或者将其传回给本协议网络支撑模块的协议实现单元进行处理；

S2、在融合工业以太网的网关支撑模块中，当某一工业以太网协议拆包打包机制接收到工业以太网协议控制网络支撑模块发送来的协议包或者来自其他协议拆包打包机制发送来的数据域时，根据转入以及转出请求进行相应的处理；

S3、任意两个工业以太网协议之间的转换切换遵循排队网络模型，其中，两个协议的拆包和打包机制遵循排队系统模型，拆包队列中数据在完成操作之后在欲要转换成的协议的打包机制中排队，打包队列中数据在完成操作之后即可进入该协议控制网络模块中进行通信操作。

一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统，包括有工业互联网协议控制网络支撑模块及融合工业以太网的网关支撑模块；

所述工业互联网协议控制网络支撑模块对应于各相应工业互联网协议设定，用于负责相对应工业物联网协议的连接和通信；均包括有

提供轻量级操作系统环境的轻量级RTOS使能单元、用以在轻量级操作系统中配置以太网实现RTOS与以太网之间的数据传递的以太网驱动单元、用以存储需要发送和接收的所有网关消息的网关消息池、用以实现具体工业以太网协议通信实现与其他协议的转换及与其他网络融合的协议实现单元；

所述融合工业以太网的网关支撑模块进行与不同工业互联网协议控制支撑模块的连接，接收对应的协议数据并提取协议数据，进行不同工业物联网协议的转换和协议内部数据的传输；包括

包含有各个工业以太网协议的数据域池的工业以太网数据域池，

从相应的工业以太网协议包提取数据域，将其放入对应协议数据域池中，根据要求将该数据转换成其他协议的包以进行该协议通信的协议拆包机制，

将对应协议数据域池中的数据加上该协议的各信息形成该协议包的协议打包机制，

发送系统指令至以太网并将以太网收到的信息返回系统的以太网驱动单元，

通过接口将数据传输至5G网络中的5G接口及将数据传输至常规以太网中的以太网接口。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过工业互联网协议控制网络支撑模块，实现相关工业互联网协议的连接和通信，融合工业以太网的网关支撑模块与不同工业互联网协议控制支撑模块进行连接，接受其协议数据，将不同工业互联网的协议数据进行提取，实现不同工业互联网协议的转换和协议内部数据的传输，进而可在不改变原有各工业以太网协议的情况下，将不同工业以太网协议进行转换互通，实现工业以太网的融合统一。

附图说明

图1为以Ethernet/IP，EtherCAT为例的工业以太网融合与互通的系统示意图；

图2为网关消息池内部结构图；

图3为链表结构图；

图4为协议互换排队网络模型图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据一个或多个实施例，公开了一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统，包括工业互联网协议控制网络支撑模块，融合工业以太网的网关支撑模块。

其中，工业互联网协议控制网络支撑模块为相关工业互联网协议的实现，主要负责相关工业互联网协议的连接和通信。融合工业以太网的网关支撑模块与不同工业互联网协议控制支撑模块进行连接，接受其协议数据，将不同工业互联网的协议数据进行提取，并实现不同工业互联网协议的转换和协议内部数据的传输。

工业互联网协议控制网络支撑模块主要包括轻量级RTOS使能单元，以太网驱动单元，网关消息池以及某一工业互联网协议的协议实现单元四个部分。主要负责实现具体工业以太网控制网络。

融合工业以太网的网关支撑模块主要包括工业以太网协议打包机制，工业以太网协议拆包机制，工业以太网数据域池，以太网硬件驱动单元，5G接口，以太网接口等部分。主要负责将不同的工业以太网协议进行转换切换，实现工业以太网的互通融合，同时实现工业以太网与5G专网，RDMA网络的融合。

在工业以太网协议控制网络支撑模块中：

轻量级RTOS使能轻量级RTOS使能提供轻量级操作系统环境，其为矽璓工业物联网操作系统(XiUOS)，该操作系统是一款面向工业物联场景的泛在操作系统，是支持互联网时代人机物融合泛在计算应用模式的新型操作系统，是传统操作系统概念的泛化与延伸。在泛在操作系统技术体系中，不同的泛在计算设备和泛在应用场景需要符合各自特性的不同UOS，XiUOS即是面向工业物联场景的一种UOS，主要由一个极简的微型实时操作系统(RTOS)内核和其上的智能工业物联框架构成，支持工业物联网(IIoT:Industrial Internet ofThings)应用。

以太网驱动单元控制实现在轻量级操作系统中以太网的配置工作，其实现了RTOS与以太网之间的数据传送功能，从而保证了以太网的正常工作。

网关消息池网关消息池存储需要发送和接收的所有网关消息，其将要发送和接收的消息按先后顺序使用链表组织起来，即分别使用两个链表来存储发送和接收的消息。每个链表都有一个表头，指向将要发送的消息或者接收的消息。每次到达一个要发送的消息或者要接收的消息，则将其链接到对应链表尾，整个链表先到达的消息指向后到达的消息，最先到达的消息由链表头指向。每次要实际发送一个消息或者处理一个接收消息，则查询链表头后一位是否为空，若是为空，则意味着消息池中没有需要发送或者接收的消息。否则链表头后第一个消息即为接下来将要发送或者接收的消息，将其取出进行处理，表头指向随后的一个消息。否则链表头后第一个消息即为接下来将要发送或者接收的消息。

工业以太网协议具体的协议实现单元在前述三个部分提供的基础环境下，实现具体的工业以太网协议，从而实现该协议的通信，进而实现与其他协议的转换和其他网络的融合。

在融合工业以太网的网关支撑模块中：

工业以太网协议拆包机制从相应的工业以太网协议包提取出数据域，并将其放入对应的协议数据域池中，之后根据要求将该数据转换成其他协议的包进行该协议的通信。对于每一个到达的对应的工业以太网协议包，拆包机制将该协议包的协议头等去除，将剩余的数据部分取出放入该协议的数据域池内。

工业以太网协议打包机制将对应协议数据域池中的数据加上该协议的协议头等信息形成该协议的包，之后即可在该协议控制网络中进行信息传输。

工业以太网数据域池包含各个工业以太网协议的数据域池，每个工业以太网协议都有自己的数据域池，每个数据域池都由链表组成，且每个数据域池都有转入和转出两个链表。转入链表存储所有将要转换成该协议包的数据，转出链表存储所有将要转换成其他协议包的数据。对于每个要转入该将对应协议的数据，将其按照先后到达顺序链接到转入链表的表头后。对于每个要转出的数据，将其按照先后到达顺序链接到转出链表的表头后。任意两个需要互相转换的工业以太网协议之间，首先需要转出的工业以太网协议的拆包机制将其包的数据域提取出来放入转出链表尾，等到其成为表头后第一个数据时，将其取下放入要转化的工业以太网协议的转入链表尾，等其成为转入链表表头后第一个数据时，将其取下使用本协议的打包机制将其转换成本协议的包，然后即可进入本协议的控制网络进行通信。整个流程可以抽象为多任务多队列多服务模式进行管理。

以太网硬件驱动单元作为操作系统中以太网的配置文件，是以太网正常工作的不可或缺的一部分，其将系统的指令传达给以太网，并将以太网收到的信息返回给系统，由此作为操作系统和以太网之间的媒介，对以太网的正常工作起到重要的控制作用。

5G接口连接到5G专网，主要负责将数据传输到5G网络中。

以太网接口连接到常规以太网，主要负责将数据传输到常规以太网中。

根据一个或多个实施例，公开了一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合方法，包括有以下步骤：

S1、在工业以太网协议控制网络支撑模块中，当需要与其他工业以太网协议进行转换切换时，首先建立网关消息池内的发送和接收链表，根据发送和接收请求将数据发送到融合工业以太网的网关支撑模块进行转换或者将其传回给本协议网络支撑模块的协议实现单元进行处理。

对于需要发送和接收的数据，其在网关消息池中分别加入对应的链表，具体为

S11、当工业以太网协议控制网络支撑模块接收到一个消息或者从协议实现部分发送一个消息到网关消息池时，根据其属于发送消息或者接收消息找到对应链表，将其链接到该链表尾，并更新队列尾部位置信息；

S12、当工业以太网协议控制网络支撑模块需要实际从网关消息池发送一个消息到融合工业以太网的网关支撑模块或者从网关消息池实际接收一个消息时，根据发送或者接收要求找到对应的链表，从链表头之后取下第一个需要发送或者接收的消息，修改链表头指针指向下一个消息；再将取下的消息发送到融合工业以太网的网关支撑模块或者传回给本工业以太网协议控制网络支撑模块的协议实现单元。

S2、在融合工业以太网的网关支撑模块中，当某一工业以太网协议拆包打包机制接收到工业以太网协议控制网络支撑模块发送来的协议包或者来自其他协议拆包打包机制发送来的数据域时，根据转入以及转出请求进行相应的处理。

对于不同的请求，通过拆包机制取出转出请求的数据域或者打包机制打包转入请求的数据域后再进行下一步处理具体为

S21、其他协议拆包打包机制的转出链表发送数据域到本协议转入链表，将其链接至转入链表尾，等待其成为转入链表头后第一个数据时，本协议打包机制将其打包成本协议包，并将其发送至本协议控制网络模块；

S22、本协议数据包拆包机制将接收到的本协议包的协议头等信息去除提取出对应的数据域，将其链接至转出链表尾，等待其成为转出链表头后第一个数据时，将其取下放入要转换成的协议数据域池中的转入链表尾。

S3、任意两个工业以太网协议之间的转换切换遵循排队网络模型，其中，两个协议的拆包和打包机制遵循排队系统模型，拆包队列中数据在完成操作之后在欲要转换成的协议的打包机制中排队，打包队列中数据在完成操作之后即可进入该协议控制网络模块中进行通信操作。

两工业以太网协议之间的拆包打包机制之间按照排队网络模型进行处理具体为

S31、协议控制网络模块发送协议数据包至融合工业以太网的网关支撑模块中对应协议的拆包机制队列中等待进行拆包，拆包后获得数据域将其放入数据池的转出队列再进入要转换成的协议的数据域池中，在其转入队列中排队；

S32、协议的打包机制将数据域池内转入队列排队的数据取出打包成本协议包后发送至对应协议控制网络模块中；

S33、两个互相转换的协议之间的拆包打包机制按照步骤S31、S32组成排队网络模型，依据存在多个任务、多个队列、多个服务可抽象成多任务多队列多服务的模式，不断进行协议间的转换切换，完成互通融合。

为表述清楚，现举一实例：

如图1所示，提供的Ethernet/IP协议与EtherCAT协议融合互通的系统。

Ethernet/IP协议控制网络支撑模块包含四个部分：轻量级RTOS使能，网关消息池，以太网驱动和Ethernet/IP协议实现。其中Ethernet/IP协议实现部分负责处理该协议相关的通信，网关消息池中包含发送和接收队列，其包含一个链表头，表头后链接数据，其长度任意，以太网驱动负责连通RTOS与以太网硬件，实现以太网正常功能，三者共同构成协议实现部分的基础环境。

EtherCAT协议控制网络支撑模块包含四个部分：轻量级RTOS使能，网关消息池，以太网驱动和EtherCAT协议实现。其中，EtherCAT协议实现部分负责处理该协议相关的通信，网关消息池中包含发送和接收队列，其包含一个链表头，表头后链接数据，其长度任意，以太网驱动负责连通RTOS与以太网硬件，实现以太网正常功能，三者共同构成协议实现部分的基础环境。

融合工业以太网的网关支撑模块包含九个部分：Ethernet/IP协议打包机制，Ethernet/IP协议拆包机制，Ethernet/IP数据域池，EtherCAT协议打包机制，EtherCAT协议拆包机制，EtherCAT数据域池，5G接口，以太网接口，以太网驱动。其中，Ethernet/IP打包机制将Ethernet/IP数据域池内转入队列中数据打包成Ethernet/IP协议的包之后通过以太网驱动发送至Ethernet/IP协议控制网络支撑模块中的网关消息池内等待至协议实现部分进行通信；Ethernet/IP拆包机制将Ethernet/IP协议包的数据部分提取出来放入Ethernet/IP数据域池内的转出队列中，等待之后进入EthernetCAT数据域池内的转入队列中进行协议的转换；Ethernet/IP数据域池内包含转入和转出两个链表，其中转入链表内存储将要转换成Ethernet/IP协议的数据，转出链表存储将要转换成EtherCAT协议的数据；EtherCAT数据域池内同样包含转入和转出两个链表，其中转入链表内存储将要转换成EtherCAT协议的数据，转出链表存储将要转换成Ethernet/IP协议的数据；5G接口负责将数据发送至5G专用网络中；以太网接口则将数据发送至常规以太网网络中；以太网驱动作为系统中以太网的配置文件，控制以太网的正常工作。

下面结合具体装置阐述步骤如下：

方面A，Ethernet/IP协议控制网络支撑模块从融合工业以太网的网关支撑模块接收到本协议的包或者从本模块协议实现部分接收到欲要发送的包时，首先放置于网关消息池内相关的链表中，包括以下步骤：

步骤A1：Ethernet/IP协议控制网络支撑模块需要将本协议的一个包转换成EtherCAT协议的包时，从该协议的实现部分发送一个需要转换的包至本模块的网关消息池。网关消息池内部结构如图2所示。

步骤A21：网关消息池收到Ethernet/IP消息后，判断该消息属于预发送消息还是预接收消息，若是属于预发送消息，则找到发送链表队列，根据上一次记录的队列尾部的位置，将新的消息链接至队列尾部，并更新队列尾部位置信息。链表结构如图3所示。

步骤A22：当本模块实际发送一个消息时，找到发送链表的表头，从而取出其之后指向的第一条预发送消息，若是其后为空，说明没有消息可以发送，不操作。否则取出消息之后，链表头指向第一条预发送消息之后的消息，并将第一条预发送消息发送至融合以太网的网关支撑模块。

步骤A31：当网关消息池收到来自融合以太网的网关支撑模块时，找到接收队列，根据上一次接收时记录的队列尾部位置，将新的消息链接至队列尾部，更新队列尾部位置信息。

步骤A32：当本模块实际接受一个消息时，首先找到接受链表的表头，进而取得其后的第一条预接收消息，若是为空，意味着没有需要接收的消息，不操作。否则取出消息之后将其发送至本模块协议实现部分。同时链表头指向取出的消息之后的第一条消息。

EtherCAT协议控制网络支撑模块行为与Ethernet/IP协议控制网络支撑模块行为类似。

方面B，融合以太网的网关支撑模块中协议的拆包和打包机制与协议的数据域池是协议转换的重要组成部分。当从Ethernet/IP协议控制网络支撑模块接收到消息或者从EtherCAT协议的数据域池收到数据时，根据消息来源进行处理。进一步的，

步骤B11：若是来自Ethernet/IP协议控制网络支撑模块的消息，首先通过拆包机制将协议包的数据域部分提取出来。找到Ethernet/IP协议数据域池的转出链表，根据记录的上一次链表尾的位置将新提取出的数据链接至链表尾，并更新链表尾信息。

步骤B12：当相关处理单元空闲时，找到转出链表表头后第一条消息，若是为空，不进行操作。否则将其取下，而后链表头指向该消息后第一条消息。取下消息进入EtherCAT数据域池内，加入其转入链表。

步骤B21：当收到来自EtherCAT协议数据域池内的转出链表发送来的数据时，找到Ethernet/IP协议数据域池内的转入链表，然后根据上一次记录的链表尾的位置，将新数据链接至链表尾，并更新链表尾信息。

步骤B22：当Ethernet/IP协议打包机制处理完上一个数据时，找到Ethernet/IP协议数据域池内转入链表，然后取下链表头后第一条数据，若是为空，则不操作。否则取下数据后通过打包机制将该数据打包成Ethernet/IP协议包，再将其发送至Ethernet/IP协议控制网络支撑模块进行通信。

EtherCAT协议拆包打包机制和数据域池内行为与Ethernet/IP协议类似。

方面C，Ethernet/IP协议和EtherCAT协议之间的转换切换遵循排队网络模型，且Ethernet/IP协议的拆包机制和打包机制以及EtherCAT协议的拆包机制和打包机制都遵循排队系统模型。排队网络模型如图4所示。

步骤C1：Ethernet/IP协议的拆包机制不断将Ethernet/IP协议控制网络支撑模块发送来的协议包去除协议头等信息后取出数据域部分，并将其放入数据域池内的转出链表进行排队，等待其成为链表后第一条数据接受处理。

步骤C2：当转出链表需要处理下一条数据时，取出第一条数据放入EtherCAT数据域池内转入链表尾进行排队直到其成为链表头后第一条数据后接收处理。

步骤C3：EherCAT打包机制将上一条数据打包完成发送给EtherCAT协议控制网络支撑模块后，从转入链表排队的数据中取出第一条待处理数据，将其添加上EtherCAT协议的协议头等协议信息形成EtherCAT协议包，然后将其发送给EtherCAT协议控制网络支撑模块。之后再处理转入链表下一条数据。

步骤C4：EtherCAT协议的拆包机制不断将来自本协议控制网络支撑模块协议包的协议头等协议信息去除后提取出数据域部分，然后将其放入数据域池内的转出链表进行排队，等待其成为链表后第一条数据接受处理。

步骤C5：转出链表将上一条数据发送给Ethernet/IP协议数据域池内的转入链表后，取出转出链表头后第一条数据发送给Ethernet/IP协议的数据域池，将其链接至转入链表的尾部，等待成为本链表第一条数据后接收处理。

步骤C6：Ethernet/IP协议的打包机制将上一条协议包发送给Ethernet/IP协议控制网络模块后，从数据域池内转入链表取出表头后第一条待处理数据，将其添加上Ethernet/IP协议的协议头等协议信息后形成Ehternet/IP协议包，将其发送给Ethernet/IP协议控制网络模块后继续处理转入链表中数据。

步骤C7：Ethernet/IP协议的拆包和打包机制以及数据域池与EtherCAT协议的拆包和打包机制以及数据域池中的数据按照上述步骤进行排队，处理，转移，可抽象成多任务多队列多服务模式，不断进行协议间的转换切换，从而完成互通融合。

在本领域，涉及的术语如下：

1.CIP协议

通用工业协议(CIP，Common Industrial Protocol)是一种应用在工业自动化的通信协定，其为开放的现场总线DeviceNet、ControlNet、Componet、EtherNet/IP等网络提供了公共的应用层和设备描述。它建立在单一的、与介质无关的平台上，为从工业现场到企业管理层提供无缝通信，使用户可以整合跨越不同网络的有关安全、控制、同步、运动、报文和组态等方面的信息。作为设备间进行自动化数据传输的通信协议，CIP把每一个网络设备看作一系列对象的集合，每个对象也只是一组设备相关数据的集合，称为属性，它通过设备描述对网络中的设备进行完整的定义。CIP是设计工业控制设备的基于对象的一种方法(例如体系结构、数据类型、服务等)，它是独立于特定网络的应用层协议，提供了访问数据和控制设备操作的服务集。

CIP主要由对象建模、报文协议、通信对象、对象库、设备描述、设备配置方法和数据管理等部分组成。

(1)对象建模。CIP使用抽象的对象模型来描述一组可实现的通信服务、CIP节点的外部可视行为、IP设备内部数据的访问和交换的一般方法。

(2)报文协议。CIP是面向连接网络的最高层。一个CIP连接在多个应用之间提供一条路径。当连接建立后，发送节点和接收节点通过双方的连接标识符对连接以及报文进行确认。

(3)通信对象。CIP的通信对象管理并提供运行时报文的交换。

(4)对象库。CIP协议定义了大量的对象集合。CIP的对象类可分为3种类型：通用对象.如标识对象、报文路由对象、组合对象、连接对象等；应用特定对象，如寄存器对象、离散输入点对象、离散输出点对象、AC/DC变频器对象等；网络特定对象，如DeviceNet对象、ControlNet对象、ControlNet智能对象、TCP/IP接口对象等。

(5)设备描述。CIP设备描述是对象结构和行为的一个完整说明，以此来实现设备的互操作性和互换性。

(6)设备配置方法。CIP提供了多种设备配置方法，如打印数据表、参数对象与参数对象存根、电子数据表以及上述几种方法的组合。

(7)数据管理。数据管理定义了对象的数据结构与编址类型。CIP的控制部分用于实时I/O数据的传送与互锁；CIP的信息部分用于报文交换以实现对等通信、报警、配置以及诊断等功能。CIP使用单一网络即可实现控制、配置与数据采集，是种效率高、可靠性好、实时性强的通用性网络协议。

2.RTOS

实时操作系统(Real-time operating system,RTOS)，又称即时操作系统，它会按照排序运行、管理系统资源，并为开发应用程序提供一致的基础。实时操作系统与一般的操作系统相比，最大的特色就是“实时性”，如果有一个任务需要执行，实时操作系统会马上(在较短时间内)执行该任务，不会有较长的延时。这种特性保证了各个任务的及时执行。

3.LWIP

LwIP是Light Weight(轻型)IP协议，有无操作系统的支持都可以运行。LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM的占用，它只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行，这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。

4.排队网络模型

排队网络又称排队图示评审技术，它是随机服务系统理论与GERT网络技术相结合的一种网络模型，用于解决GERT网络模型难以准确描述的需考虑排队的网络问题。排队网络是指多个排队系统互相联接所组成的网络，其中任何一个排队系统所服务完的顾客可加入其他的排队系统继续接受服务，或者离开整个排队网络。排队网络与排队系统的本质区别在于：在排队网络中，一个顾客一般要在多个服务台处接受服务；而在排队系统中，一个顾客只在一个服务台处接受服务。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

结合本专利公开所描述的各种示例性装置、模块、单元和步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性系统、模块、单元和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。

结合这里的公开所描述的各种示例性装置、模块、单元和步骤可以利用被设计成用于执行这里功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。

结合这里的公开所描述的方法或算法的步骤可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或这两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合方法，其特征是，包括有以下步骤：

S1、在工业以太网协议控制网络支撑模块中，当需要与其他工业以太网协议进行转换切换时，建立网关消息池内的发送和接收链表，根据发送和接收请求将数据发送到融合工业以太网的网关支撑模块进行转换或者将其传回给本协议网络支撑模块的协议实现单元进行处理；

S2、在融合工业以太网的网关支撑模块中，当某一工业以太网协议拆包打包机制接收到工业以太网协议控制网络支撑模块发送来的协议包或者来自其他协议拆包打包机制发送来的数据域时，根据转入以及转出请求进行相应的处理；

S3、任意两个工业以太网协议之间的转换切换遵循排队网络模型，其中，两个协议的拆包和打包机制遵循排队系统模型，拆包队列中数据在完成操作之后在欲要转换成的协议的打包机制中排队，打包队列中数据在完成操作之后即可进入该协议控制网络模块中进行通信操作。

2.根据权利要求1所述的实时工业以太网协议的转换切换与互通融合方法，其特征是：步骤S1中，对于需要发送和接收的数据，其在网关消息池中分别加入对应的链表，具体为

S11、当工业以太网协议控制网络支撑模块接收到一个消息或者从协议实现部分发送一个消息到网关消息池时，根据其属于发送消息或者接收消息找到对应链表，将其链接到该链表尾，并更新队列尾部位置信息；

S12、当工业以太网协议控制网络支撑模块需要实际从网关消息池发送一个消息到融合工业以太网的网关支撑模块或者从网关消息池实际接收一个消息时，根据发送或者接收要求找到对应的链表，从链表头之后取下第一个需要发送或者接收的消息，修改链表头指针指向下一个消息；再将取下的消息发送到融合工业以太网的网关支撑模块或者传回给本工业以太网协议控制网络支撑模块的协议实现单元。

3.根据权利要求1所述的实时工业以太网协议的转换切换与互通融合方法，其特征是：步骤S2中，对于不同的请求，通过拆包机制取出转出请求的数据域或者打包机制打包转入请求的数据域后再进行下一步处理具体为

S21、其他协议拆包打包机制的转出链表发送数据域到本协议转入链表，将其链接至转入链表尾，等待其成为转入链表头后第一个数据时，本协议打包机制将其打包成本协议包，并将其发送至本协议控制网络模块；

S22、本协议数据包拆包机制将接收到的本协议包的协议各类信息去除提取出对应的数据域，将其链接至转出链表尾，等待其成为转出链表头后第一个数据时，将其取下放入要转换成的协议数据域池中的转入链表尾。

4.根据权利要求1所述的实时工业以太网协议的转换切换与互通融合方法，其特征是：两工业以太网协议之间的拆包打包机制之间按照排队网络模型进行处理具体为

S31、协议控制网络模块发送协议数据包至融合工业以太网的网关支撑模块中对应协议的拆包机制队列中等待进行拆包，拆包后获得数据域将其放入数据池的转出队列再进入要转换成的协议的数据域池中，在其转入队列中排队；

S32、协议的打包机制将数据域池内转入队列排队的数据取出打包成本协议包后发送至对应协议控制网络模块中；

S33、两个互相转换的协议之间的拆包打包机制按照步骤S31、S32组成排队网络模型，依据存在多个任务、多个队列、多个服务可抽象成多任务多队列多服务的模式，不断进行协议间的转换切换，完成互通融合。

5.一种实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统，其特征是：包括有工业互联网协议控制网络支撑模块及融合工业以太网的网关支撑模块；

所述工业互联网协议控制网络支撑模块对应于各相应工业互联网协议设定，用于负责相对应工业物联网协议的连接和通信；均包括有

提供轻量级操作系统环境的轻量级RTOS使能单元、用以在轻量级操作系统中配置以太网实现RTOS与以太网之间的数据传递的以太网驱动单元、用以存储需要发送和接收的所有网关消息的网关消息池、用以实现具体工业以太网协议通信实现与其他协议的转换及与其他网络融合的协议实现单元；

所述融合工业以太网的网关支撑模块进行与不同工业互联网协议控制支撑模块的连接，接收对应的协议数据并提取协议数据，进行不同工业物联网协议的转换和协议内部数据的传输；包括

包含有各个工业以太网协议的数据域池的工业以太网数据域池，

从相应的工业以太网协议包提取数据域，将其放入对应协议数据域池中，根据要求将该数据转换成其他协议的包以进行该协议通信的协议拆包机制，

将对应协议数据域池中的数据加上该协议的各信息形成该协议包的协议打包机制，

发送系统指令至以太网并将以太网收到的信息返回系统的以太网驱动单元，

通过接口将数据传输至5G网络中的5G接口及将数据传输至常规以太网中的以太网接口。

6.根据权利要求5所述的实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统，其特征是：所述网关消息池按照先后顺序使用链表组织存储需要发送和接收的网关消息，包括有分别用于存储发送和接收消息的两个链表。

7.根据权利要求5所述的实时工业以太网协议的转换切换与互通融合系统，其特征是：每个工业以太网协议的数据域池包括有转入链表和转出链表，每一协议的转入链表存储有所有将要转换成该协议包的数据，转出链表存储所有将要转换成其他协议包的数据。

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