一种通信网络IO采集扩展方法和系统

技术领域

本发明主要涉及IO通信采集技术领域，具体涉及一种通信网络IO采集扩展方法和系统。

背景技术

目前通信网络IO采集过程中，当系统IO采集通道不够时，一般有两种做法：1、更改硬件、使其通道扩增；这种方式变更周期长，硬件变动大，需要重新进行硬件测试，代价大；2、总线扩展，这种方式变更周期短且变化小，可以快速响应应用需求且稳定可靠。但是总线扩展的方案面临以下问题：总线应用协议随着扩展数量会随之发生变化，如果应用协议未进行匹配，则无法正常建立通信、无法正常驱动硬件IO，实现功能需要应用协议的匹配。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种能够实现IO快速扩展的通信网络IO采集扩展方法和系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种通信网络IO采集扩展方法，应用于包含首节点、中间节点和尾节点的系统中，其中首节点、中间节点和尾节点之间依次通过光纤通信连接，包括以下步骤：

尾节点每隔预定时间检测是否接收到请求连接指令，如接收到请求连接指令n次，判定需要新增一个新节点，向首节点提交新增节点请求，其中n为自然数；

首节点接收到新增节点请求后，分配新节点ID给新节点，新节点与首节点之间建立数据通信；

新节点将自身节点信息发送至首节点，首节点接收到新节点节点信息后，在数据包中分配数据空间，新节点建立数据链路通信。

优选地，自身节点信息包括节点ADIO数量和节点AD位数，其中节点AD位数通过自身节点配置文件进行配置，通过数据链路层初始化通知给首节点。

优选地，当节点处于异常不可恢复故障时，节点链路层自动屏蔽数据处理，链路层不再向上传递数据，自动将数据从链路层传递给下一节点。

优选地，每个节点自动识别自身在网络中的状态，进行角色切换以适配当前位置。

优选地，每个节点通过识别节点ID判定数据包归属。

本发明还公开了一种通信网络IO采集系统，包括首节点、中间节点和尾节点，其中首节点、中间节点和尾节点之间依次采用光纤通信，其中首节点用于负责对外通信；所述中间节点用于将前一节点的数据传输至后续节点中，同时将自身节点的数据与ADIO完成数据采集及下发；尾节点用于负责通信闭环。

优选地，各所述节点均包括FPGA、AD模块和光纤通讯模块，所述AD模块用于负责模数转换，所述光纤通讯模块用于网络通信，所述FPGA作为主核，用于进行AD驱动及通信协议栈实现。

本发明还公开了一种通信网络IO采集扩展系统，应用于如上所述的通信网络IO采集系统中，包括：

第一程序模块，用于尾节点每隔预定时间检测是否接收到请求连接指令，如接收到请求连接指令n次，判定需要新增一个新节点，向首节点提交新增节点请求；

第二程序模块，用于首节点接收到新增节点请求后，分配新节点ID给新节点，新节点与首节点之间建立数据通信；

第三程序模块，用于新节点将自身节点信息发送至首节点，首节点接收到新节点节点信息后，在数据包中分配数据空间，新节点建立数据链路通信。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的通信网络IO采集扩展方法的步骤。

本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的通信网络IO采集扩展方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过自动识别总线拓扑的快速IO扩展，可以做到即插即用，无须进行协议协商，即可完成IO快速扩展，方便快捷，使其IO采集方案更加智能化、自动化且稳定可靠；在面对复杂多变的控制需求情况下，本发明的IO扩展方法可以快速完成系统需求，无须变更相关硬件电路，无须进行功能验证测试，即可完成应用，节省时间，快速响应市场。

附图说明

图1为本发明的系统在实施例的方框结构图。

图2为本发明的系统在具体应用时的实施例图。

图3为本发明的方法在实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图3所示，本发明实施例的通信网络IO采集扩展方法，应用于包含首节点、中间节点和尾节点的采集系统中，其中首节点、中间节点和尾节点之间依次通过光纤通信连接，其中首节点用于负责对外通信；中间节点用于将前一节点的数据传输至后续节点中，同时将自身节点的数据与ADIO完成数据采集及下发；尾节点用于负责通信闭环，此扩展方法具体包括以下步骤：

尾节点每隔预定时间检测是否接收到请求连接指令，如接收到请求连接指令n次，判定需要新增一个新节点，向首节点提交新增节点请求，其中n为自然数；

首节点接收到新增节点请求后，在有能力进行新增节点时，分配新节点ID给新节点，新节点与首节点之间建立数据通信；新节点分配得到新节点ID后，新增节点变为尾节点，旧尾节点变为中间节点；在节点数满时，则禁止接入；

新节点将自身节点信息发送至首节点，首节点接收到新节点节点信息后，在数据包中分配数据空间，新节点建立数据链路通信。

本发明通过自动识别总线拓扑的快速IO扩展，可以做到即插即用，无须进行协议协商，即可完成IO快速扩展，方便快捷，使其IO采集方案更加智能化、自动化且稳定可靠；在面对复杂多变的控制需求情况下，本发明的IO扩展方法可以快速完成系统需求，无须变更相关硬件电路，无须进行功能验证测试，即可完成应用，节省时间，快速响应市场。

在一具体实施例中，自身节点信息包括节点ADIO数量和节点AD位数，其中节点AD位数通过自身节点配置文件进行配置，通过数据链路层初始化通知给首节点。

在一具体实施例中，预定时间为1s，n为10。当然，上述预定时间和n取值可根据实际情况进行选择。

本发明的节点管理方式更加系统，包括众多功能，其中包括节点状态检测、节点身份转换以及初期建立通信时刻的状态管理等，都具有很强的工程化设计、创新设计，保证新节点接入过程中的数据输入输出安全。

本发明通过光纤通信进行IO扩展是基于从链路层开始进行设计，加入相关各类保护机制、实时通信机制，保证数据可以正常建立的基础上，依旧可以允许高速通信信号应用。

如图1和图2所示，本发明实施例的通信网络IO采集系统，采用FPGA+AD模块+光纤通信模块的形式构建整个IO采集扩展方案，AD模块负责进行模数转换，光纤作为通信介质进行网络通信，FPGA作为主核，进行AD驱动及通信协议栈实现；物理层采用光纤通信，最大支持256个节点，节点数量完全满足工业领域各类系统对于IO扩展的数量，从拓扑节点位置上分，分为：首节点、中间节点和尾节点；其中首节点负责对外通信；中间节点负责将前一节点的数据传输到后续节点中，同时将自身节点的数据与ADIO完成数据采集及下发；尾节点负责将通信闭环；每个节点可以自动适配当前位置，每个节点既可以做首节点、可以做中间节点、也可以做尾节点。

在一具体实施例中，数据链路层负责以下功能：检测硬件连接、自动分配节点ID、节点信息认证以及建立通信链路四部分，具体为：

每一个中间节点以及尾节点在上电后，主动对外发送请求建立连接的指令，前节点接收到到请求连接指令后，判定扩展系统存在一个新节点需要完成物理连接，新增一个节点；

当检测到硬件连接后，首节点分配新节点ID给新增节点，节点ID值自动增加并新增节点，每个节点通过识别节点ID判定数据包归属问题；只有分配到节点ID后，节点方可与首节点建立数据通信；

建立数据通信后，新增节点负责将自身节点信息传递给首节点，自身节点信息主要包括：节点ADIO数量和节点AD位数(节点AD位数可以通过自身节点配置文件进行配置，通过数据链路层初始化通知给首节点)；首节点接收到新增节点信息后，在数据包中分配数据空间，新增节点可以正常建立数据链路通信，具体可参见如图3。

当节点处于异常不可恢复故障时(例如：AD模块异常状态)，节点链路层自动屏蔽数据处理，链路层不再向上传递数据，自动将数据从链路层传递给下一节点。

在一具体实施例中，每个IO模块可以自动识别自身在网络中的状态，以此进行角色切换。基于该功能，IO模块可以自由组合，同时在后续扩展中，IO模块的IO数量如果发生变化，整个网络是可以允许不同的IO模块进行组网。

本发明实施例公开了一种通信网络IO采集扩展系统，应用于如上所述的通信网络IO采集系统中，包括：

第一程序模块，用于尾节点每隔预定时间检测是否接收到请求连接指令，如接收到请求连接指令n次，判定需要新增一个新节点，向首节点提交新增节点请求；

第二程序模块，用于首节点接收到新增节点请求后，分配新节点ID给新节点，新节点与首节点之间建立数据通信；

第三程序模块，用于新节点将自身节点信息发送至首节点，首节点接收到新节点节点信息后，在数据包中分配数据空间，新节点建立数据链路通信。

本发明的通信网络IO采集扩展系统，与上述的扩展方法相对应，同样具有如上扩展方法所述的优点。

本发明实施例进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的通信网络IO采集扩展方法的步骤。本发明实施例还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的通信网络IO采集扩展方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。