(10)申请公布号 CN 102984042 A
(43)申请公布日 2013.03.20C N 102984042 A
*CN102984042A*
(21)申请号 201210495216.0
(22)申请日 2012.11.27
H04L 12/417(2006.01)
H04L 12/24(2006.01)
H04L 7/00(2006.01)
(71)申请人浙江中控技术股份有限公司
地址310053 浙江省杭州市滨江区六和路
309号中控科技园（高新区）
(72)发明人陆卫军 裘坤 翁扬慧 赖晓健
(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限
公司 11227
代理人
王宝筠
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种实现总线通信的确定性调
度方法，用于工业控制网络中实现具有确定性及
干个从节点；在从节点中根据安全性等级要求确
定若干个安全从节点；该方法包括：在一个控制
信触发信号，以使主节点依次与安全从节点进行
点非实时数据通信完成信号后，向主节点发送实
时通信触发信号，以使主节点依次与从节点进行
实时数据通信；接收到主节点与全部从节点实时
数据通信完成信号后，向主节点发送非实时通信
触发信号，以使主节点依次与从节点进行非实时
数据通信。本发明还公开了一种实现总线通信的
确定性调度系统。
(51)Int.Cl.
权利要求书3页 说明书11页 附图5页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 3 页 说明书 11 页 附图 5 页
1.一种实现总线通信的确定性调度方法，其特征在于，
所述总线上包括至少一个主节点以及若干个从节点；在所述从节点中根据安全性等级要求确定若干个安全从节点；
所述方法包括：
在一个控制周期开始后，向所述主节点发送安全从节点非实时通信触发信号，以使所述主节点接收到所述安全从节点非实时通信触发信号后，依次与所述安全从节点进行非实时数据通信；
接收到主节点与全部安全从节点非实时数据通信完成信号后，向所述主节点发送实时通信触发信号，以使所述主节点接收到所述实时通信触发信号后，依次与所述从节点进行实时数据通信；
接收到主节点与全部从节点实时数据通信完成信号后，向所述主节点发送非实时通信触发信号，以使所述主节点接收到所述非实时通信触发信号后，依次与所述从节点进行非实时数据通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主节点接收到所述安全从节点非实时通信触发信号后，依次与所述安全从节点进行非实时数据通信，包括：
所述主节点接收到所述安全从节点非实时通信触发信号后，依次向所述安全从节点发送非实时数据令牌，以使所述安全从节点收到所述非实时数据令牌后，判断是否有非实时数据需要发送，如果是，向所述主节点发送非实时数据帧，如果否，向所述主节点发送非实时数据令牌响应帧。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主节点接收到所述实时通信触发信号后，依次与所述从节点进行实时数据通信，包括：
所述主节点接收到所述实时通信触发信号后，依次向所述从节点发送实时数据令牌，以使所述从节点收到所述实时数据令牌后，向所述主节点发送实时输入数据帧；
所述主节点根据所述实时输入数据帧，运行控制算法，获得实时输出数据帧；
所述主节点依次向所述从节点发送所述实时输出数据帧，以使所述从节点收到所述实时输出数据帧后，向所述主节点发送实时数据令牌响应帧。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主节点接收到所述非实时通信触发信号后，依次与所述从节点进行非实时数据通信，包括：
所述主节点接收到所述非实时通信触发信号后，依次向所述从节点发送非实时数据令牌，以使所述从节点收到所述非实时数据令牌后，判断是否有非实时数据需要发送，如果是，向所述主节点发送非实时数据帧，如果否，向所述主节点发送非实时数据令牌响应帧。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在一个控制周期开始后，向所述主节点发送安全从节点非实时通信触发信号前，所述方法还包括：
向所述主节点发送广播信号，以使所述主节点收到所述广播信号后，与全部从节点进行时间同步。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述主节点收到所述广播信号后，与全部从节点进行时间同步，包括：
所述主节点收到所述广播信号后，向全部所述从节点发送两次同步采样帧，以使所述从节点收到所述同步采样帧后，根据所述同步采样帧内的时间标签更新本地时间。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述主节点建立在线节点列表，如果一个所述从节点连续若干个控制周期均未与所述主节点进行实时数据通信和/或非实时数据通信，则在所述在线节点列表中标记该从节点为故障从节点。
8.一种实现总线通信的确定性调度系统，其特征在于，
所述总线上包括至少一个主节点以及若干个从节点；所述从节点中根据安全性等级要求包括若干个安全从节点；
所述系统包括：所述主节点以及与所述主节点耦合设置的链路调度器；
所述链路调度器包括：
第一触发单元，用于在一个控制周期开始后，向所述主节点发送安全从节点非实时通信触发信号；
第二触发单元，用于接收到主节点与全部安全从节点非实时数据通信完成信号后，向所述主节点发送实时通信触发信号；
第三触发单元，用于接收到主节点与全部从节点实时数据通信完成信号后，向所述主节点发送非实时通信触发信号；
所述主节点包括：
安全从节点非实时数据通信单元，用于接收到所述安全从节点非实时通信触发信号后，依次与所述安全从节点进行非实时数据通信；
实时数据通信单元，用于接收到所述实时通信触发信号后，依次与所述从节点进行实时数据通信；
非实时数据通信单元，用于接收到所述非实时通信触发信号后，依次与所述从节点进行非实时数据通信。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述安全从节点非实时数据通信单元包括：
第一发送子单元，用于接收到所述安全从节点非实时通信触发信号后，依次向所述安全从节点发送非实时数据令牌，以使所述安全从节点收到所述非实时数据令牌后，判断是否有非实时数据需要发送，如果是，向所述主节点发送非实时数据帧，如果否，向所述主节点发送非实时数据令牌响应帧；
第一接收子单元，用于接收所述安全从节点发送的所述非实时数据帧或非实时数据令牌响应帧。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述实时数据通信单元包括：
第二发送子单元，用于接收到所述实时通信触发信号后，依次向所述从节点发送实时数据令牌，以使所述从节点收到所述实时数据令牌后，向所述主节点发送实时输入数据帧；
第二接收子单元，用于接收所述从节点发送的所述实时输入数据帧；
控制算法子单元，用于根据所述实时输入数据帧，运行控制算法，获得实时输出数据帧；
第三发送子单元，用于依次向所述从节点发送所述实时输出数据帧，以使所述从节点收到所述实时输出数据帧后，向所述主节点发送实时数据令牌响应帧。
第三接收子单元，用于接收所述从节点发送的所述实时数据令牌响应帧。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，非实时数据通信单元包括：
第四发送子单元，用于所述主节点接收到所述非实时通信触发信号后，依次向所述从节点发送非实时数据令牌，以使所述从节点收到所述非实时数据令牌后，判断是否有非实时数据需要发送，如果是，向所述主节点发送非实时数据帧，如果否，向所述主节点发送非实时数据令牌响应帧；
第四接收子单元，用于接收所述从节点发送的非实时数据帧或非实时数据令牌响应帧。
12.根据权利要求8-11任一项所述的系统，其特征在于，
所述链路调度器还包括第四触发单元，用于在一个控制周期开始后，向所述主节点发送安全从节点非实时通信触发信号前，向所述主节点发送广播信号；
所述主节点还包括同步单元，用于收到所述广播信号后，与全部从节点进行时间同步。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述同步单元具体用于：
所述主节点收到所述广播信号后，向全部所述从节点发送两次同步采样帧，以使所述从节点收到所述同步采样帧后，根据所述同步采样帧内的时间标签更新本地时间。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述主节点还包括节点维护单元，用于建立在线节点列表，如果一个所述从节点连续若干个控制周期均未与所述主节点进行实时数据通信以及非实时数据通信，则在所述在线节点列表中标记该从节点为故障从节点。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述安全从节点集中放置于安全机架中。
1/11页
一种实现总线通信的确定性调度方法及系统技术领域
[0001] 本发明涉及总线通信技术领域，具体涉及一种实现总线通信的确定性调度方法及系统。
背景技术
[0002]
工业控制网络是一种典型的实时应用系统，其中的任务分为周期性任务和非周期
性任务。周期性任务按照一定的时间间隔触发，并且对任务的执行时间具有截止期要求；非周期性任务只有在特定的时间触发下才出现，例如设备配置、故障诊断、程序的上载/下载、运行记录等。这两种任务反映在工业控制网络的通信上，就是两类通信信息：对应于周期性任务的实时信息以及对应于非周期性任务的非实时信息。 [0003] 工业控制系统对网络数据通信的实时性要求很高，不仅要求传输速度快，数据传输还要具有确定性。数据传输具有确定性是指节点内的信息具有确定的传输时间，确定性调度方案直接决定着安全系统中总线通信的通信方式和通信性能，是保证整个通信网络稳定运行的关键。
[0004] 在现有技术中，工业控制网络总线通信的调度方法是将传输周期分为周期阶段和非周期阶段，保证在任意时刻网络上都只有一个报文在传输以避免碰撞。周期阶段进行实时信息的传输，对于实时信息具体可以采用时隙访问的控制方式，在固定的时间片进行周期性实时数据交换；非周期阶段进行非实时信息的传输，对于非实时信息具体可以采用基于令牌的集中调度方式，在实时信息通信的间隙进行数据交换。这种调度方法需要将网络中的非实时信息划分优先级，按照优先级顺序依次进行非实时信息的传输，但是，在每次实时信息通信的间隙不能保证传输全部的非实时信息，这些未能及时传输的非实时信息中，可能包括一些优先级较高的重要的非实时信息，例如节点故障信息，使工业控制网络中通信的安全性降低，而且这种调度方法需要在主节点维护一个非实时信息声明队列保存非实时信息优先级信息，增加了额外的网络负担。
[0005] 另外，在现有技术中采用时钟服务器的方式实现网络上所有设备节点的同步，但只有在系统启动阶段才会进行时间同步，如果系统连续运行很长时间，可能会出现时间偏差。发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种实现总线通信的确定性调度方法及系统，以解决现有技术中无法保证安全级别较高的非实时信息的及时数据传输的问题。
[0007] 为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
[0008] 一种实现总线通信的确定性调度方法，所述总线上包括至少一个主节点以及若干个从节点；在所述从节点中根据安全性等级要求确定若干个安全从节点；所述方法包括：
[0009] 在一个控制周期开始后，向所述主节点发送安全从节点非实时通信触发信号，以使所述主节点接收到所述安全从节点非实时通信触发信号后，依次与所述安全从节点进行说 明 书CN 102984042 A
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