高速工业总线系统及其控制节点的切换方法、装置和存储介质

技术领域

本申请涉及高速工业通信系统的技术领域，具体而言，涉及一种高速工业总线系统及其控制节点的切换方法、装置和存储介质。

背景技术

AUTBUS总线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，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。AUTBUS总线具有高带宽高实时、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AUTBUS总线可支持254个有效节点，这些节点中的一个为控制节点(ControlNode，CN)、其他为从节点。其中，CN负责管理、分配、回收各总线资源，并实时给所有节点推送总线配置、分配通信带宽等。从节点使用分配获得的带宽资源进行信息交换。可见，CN是AUTBUS总线关键节点，一旦出现故障会导致整条总线瘫痪。

需要指出的是，在上述背景技术部分介绍的内容，仅用于加强对本申请内容的技术背景的理解，并不当然代表其中的内容一定是本领域普通技术人员已知的现有技术。

申请内容

有鉴于此，本申请目的之一在于提供一种高速工业总线系统中控制节点的切换方法。

本申请提供的高速工业总线系统中控制节点的切换方法，包括：

接收所述高速工业总线系统的主控制节点发布的网络控制报文；

判断在预设个数的连续帧是否均不能收到所述主控制节点发布的网络控制报文；

若是，替代所述主控制节点在每帧最开始的时隙发布网络控制报文。

在本申请的一些实施例中，该切换方法还包括：

替代所述主控制节点在每帧最开始的时隙发布导频信息。

在本申请的一些实施例中，所述预设个数的连续帧为连续6～10个帧。

在本申请的一些实施例中，接收所述高速工业总线系统的主控制节点发布的网络控制报文包括：

接收所述高速工业总线系统的主控制节点在每帧最开始的时隙发布的网络控制报文。

进一步地，本申请还提供了一种高速工业总线系统，包括：

主控制节点，用于在每帧最开始的时隙发布网络控制报文；

备用控制节点，用于接收所述高速工业总线系统的主控制节点发布的网络控制报文，并判断在预设个数的连续帧是否均不能收到所述主控制节点发布的网络控制报文；若是，替代所述主控制节点在每帧最开始的时隙发布网络控制报文。

在本申请的一些实施例中，所述主控制节点还用于在每帧最开始的时隙发布导频信息；

所述高速工业总线系统还包括用户节点，所述用户节点用于接收所述主控制节点发布的导频信息和网络控制报文。

在本申请的一些实施例中，所述备用控制节点还用于替代所述主控制节点在每帧最开始的时隙发布导频信息。

在本申请的一些实施例中，所述预设个数的连续帧为连续6～10个帧。

进一步地，本申请还提供了一种装置，包括：

处理器；以及

存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述切换方法。

进一步地，本申请还提供了一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行上述切换方法。

本申请提供的技术方案能够在发现主控制节点出现故障后，立即顶替主控制节点的工作，从而提高高速工业总线的可用度和稳定性。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

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为本申请一实施例提供的高速工业总线系统中控制节点的切换方法流程示意图。

图2为本申请另一实施例提供的高速工业总线系统中控制节点的切换方法流程示意图。

图3为本申请一实施例提供的高速工业总线系统的构成示意图。

图4为本申请另一实施例提供的高速工业总线系统的构成示意图。

图5为图4所示的高速工业总线系统在切换前的运行示意图。

图6为图4所示的高速工业总线系统在切换后的运行示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本申请的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。

应当理解，本申请中的术语“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。还应当理解，在此本申请中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本申请。如在本申请说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本申请中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

AUTBUS使用总线方式组网，通过总线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。AUTBUS总线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，且具有高精度时钟同步的功能，能够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。因此，AUTBUS总线被广泛应用于工业控制、汽车电子、航空、智能城市等领域。

AUTBUS总线也可称为两线制总线，也称为现场宽带总线、两线制工业控制总线，高速工业总线等。

AUTBUS总线系统中的控制节点配置成生成资源调度信息，并将其发送给至少一个从节点。资源调度信息用于指定各节点所使用的固定时隙。

图1为本申请一实施例提供的高速工业总线系统中控制节点的切换方法流程示意图。所示方法包括以下步骤。

S110：接收高速工业总线系统的主控制节点发布的网络控制报文。

两线网络必须有一个控制节点，其负责整个网络的配置和管理工作。本申请中，主控制节点在每帧最开始的时隙发布网络控制报文。

两线网络中最小时间片单位是时隙(TimeSlot)，64个时隙(TimeSlot)组成一个帧(Frame)，256个帧(Frame)又构成一个超帧(Super-Frame)。

S120：判断在预设个数的连续帧是否均不能收到主控制节点发布的网络控制报文。

接收主控制节点发布的网络控制报文的目的是为了监听网络控制报文中的网络控制字，从而判断是否能连续接收到主控制节点发布的网络控制报文(即判断主控制节点是否在正常工作，是否出现故障)。

若发现预设个数的连续帧都不能接收到网络控制报文，则认为主控制节点出现了故障,需要进行切换，启动S130步骤。

本申请中所述的预设个数的连续帧可以根据实际需要具体进行限定，例如连续8个帧或者连续6～10个帧等等。

S130：替代主控制节点在每帧最开始的时隙发布网络控制报文。

本实施例提供的技术方案能够在发现主控制节点出现故障后，立即顶替主控制节点发布网络控制报文的工作，从而提高AUTBUS总线的可用度。

图2为本申请另一实施例提供的高速工业总线系统中控制节点的切换方法流程示意图。该切换方法包括以下步骤。

S210：接收高速工业总线系统的主控制节点发布的网络控制报文。

S220：判断在预设个数的连续帧是否均不能收到主控制节点发布的网络控制报文。

S230：替代主控制节点在每帧最开始的时隙发布网络控制报文。

S240：替代主控制节点在每帧最开始的时隙发布导频信息。

本实施例中，该高速工业总线系统还设有用户节点，用户节点使用分配获得的带宽资源进行信息交换，来完成特定的控制任务。主控制节点在每帧最开始的时隙会发布导频信息，用户节点通过接收到的导频信息来进行时间同步,并使用接收到的网络控制报文中的网络控制字来确定统一的编码模式。

当发现主控制节点出现故障后，同时替换主控制节点在每帧最开始的时隙发布网络控制报文和导频信息。

在本实施例中，步骤S210、S220、S230与图1所示实施例中S110、S120、S130的相同，不再赘述。

本实施例提供的技术方案能够在发现主控制节点出现故障后，立即顶替主控制节点发布网络控制报文和导频信息的工作，从而提高AUTBUS总线的可用度。

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。

进一步需要说明的是，虽然图中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

图3为本申请一实施例提供的高速工业总线系统的构成示意图。图3所示的高速工业总线系统包括主控制节点CN-M和备用控制节点CN-B。其中，主控制节点CN-M用于在每帧最开始的时隙发布网络控制报文。

备用控制节点包括两个模式：接收模式和发送模式。在接收模式下，备用控制节点CN-B用于接收主控制节点CN-M发布的网络控制报文。如前所述，接收主控制节点CN-M发布的网络控制报文的目的是为了监听报文中的网络控制字，从而判断主控制节点CN-M是否在正常工作。

通过判断在预设个数的连续帧是否均不能收到主控制节点CN-M发布的网络控制报文，来判断主控制节点CN-M是否在正常工作。若判断出主控制节点CN-M出现了故障，该备用控制节点CN-B会启动替代程序，从接收模式转换为发送模式，替代主控制节点CN-M在每帧最开始的时隙发布网络控制报文，从而成功替换主控制节点CN-M来维持整个网络的稳定运行。

图4为本申请另一实施例提供的高速工业总线系统的构成示意图。图4所示的高速工业总线系统包括主控制节点CN-M和备用控制节点CN-B及第一用户节点TN1和第二用户节点TN2。

图5为图4所示的高速工业总线系统在切换前的运行示意图。图6为图4所示的高速工业总线系统在切换后的运行示意图。

本实施例中的主控制节点CN-M除了在每帧最开始的时隙发布网络控制报文外，还需要在每帧最开始的时隙发布导频信息。第一用户节点TN1和第二用户节点TN2通过接收到的导频信息来进行时间同步,并使用接收到的网络控制报文中的网络控制字来确定统一的编码模式。

因此，若备用控制节点CN-B判断出主控制节点CN-M故障，备用控制节点CN-B需要同时替代主控制节点CN-M和CN-B在每帧最开始的时隙发布网络控制报文和导频信息，从而成功替换主控制节点CN-M来维持整个网络的稳定运行。

本申请提供的高速工业总线系统设置有备用控制节点，其能监控主控制节点是否在正常工作，是否出现故障。当发现主控制节点出现故障后，该备用控制节点能替换主控制节点在每帧最开始的时隙发布网络控制报文和导频信息，从维持整个网络的稳定运行。

高速工业总线系统中控制节点的切换方法可以应用于一种装置，该装置包括处理器以及存储器。其中，存储器存储有计算机指令，当计算机指令被处理器执行时，使得处理器执行上述切换方法。

高速工业总线系统中控制节点的切换方法还可以应用于非瞬时性计算机存储介质。其存储有计算机程序，当计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得处理器执行上述切换方法。

应该理解，上述的装置实施例仅是示意性的，本申请的装置还可通过其它的方式实现。例如，上述实施例中所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，多个单元、模块或组件可以结合，或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略或不执行。

作为分离部件说明的单元或模块可以是物理上分开的，也可以不是物理上分开的。作为单元或模块说明的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个装置中，或者也可以分布到多个装置上。本申请中实施例的方案可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现。

另外，若无特别说明，在本申请各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元/模块集成在一起。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。

所述集成的单元/模块如果以硬件的形式实现时，该硬件可以是数字电路，模拟电路等等。硬件结构的物理实现包括但不局限于晶体管，忆阻器等等。若无特别说明，所述处理器可以是任何适当的硬件处理器，比如CPU、GPU、FPGA、DSP和ASIC等等。若无特别说明，所述存储单元可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器RRAM(Resistive Random Access Memory)、动态随机存取存储器DRAM(Dynamic Random AccessMemory)、静态随机存取存储器SRAM(Static Random-Access Memory)、增强动态随机存取存储器EDRAM(Enhanced Dynamic Random Access Memory)、高带宽内存HBM(High-Bandwidth Memory)、混合存储立方HMC(Hybrid Memory Cube)等等。

所述集成的单元/模块如果以软件程序模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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。