黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法技术

本发明专利技术公开一种黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，包括：A、采用环形控制网链路层结合标准通用的工业以太网物理层技术，将相邻控制器或智能体设备作为网络节点，并组成环形结构控制网络；B、每一个节点，通过向环网相邻节点自主平等的发送数据实现黑板写数据；C、每一个节点，通过向环网相邻节点，转发其它网络节点数据实现子黑板数据以及动态数据黑板集的维持；D、每一个节点，通过备份转发数据中自身需要的数据实现黑板数据的读和分享；E、实现生命周期结束的黑板数据擦除过程；F、实现双向转发、重合擦除的黑板数据擦除过程。采用本发明专利技术，能够控制数据交互的自主、平等、共享和传输时间的确定性，实现分布式网络带宽及收发缓存资源利用的高效性，实现更高的智能化控制。

BSR Link Control Method of Distributed Control Network Based on Blackboard Sharing

The invention discloses a BSR link control method for distributed control network with blackboard sharing mode, which includes: A. Using link layer of ring control network combined with standard general industrial Ethernet physical layer technology, neighboring controllers or agent devices are regarded as network nodes, and a ring structure control network is formed; B. Each node can independently and equally send numbers to neighboring nodes of ring network. According to the realization of blackboard data writing; C, each node, through the adjacent nodes to the ring network, forwarding data from other network nodes to achieve the maintenance of blackboard data and dynamic data blackboard set; D, each node, through backup and forwarding data needed by itself to achieve the reading and sharing of blackboard data; E, to achieve the end of the life cycle of the blackboard data erasing process; F, to achieve bidirectional; Blackboard data erasing process of forwarding and coincidence erasing. The invention can control the autonomy, equality, sharing of data and the determinacy of transmission time, realize the high efficiency of distributed network bandwidth and the utilization of sending and receiving buffer resources, and realize higher intelligent control.

【技术实现步骤摘要】
黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法
本专利技术涉及自动控制系统和网络传输技术，尤其涉及一种黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，也即BSR(BlackboardSharingRing)协议，适用于实现自动控制，尤其适用于大型分布式控制系统(DistributedControlSystem，DCS)中，实现先进的多智能体控制系统，多控制器或多智能体设备之间的控制数据自主性、平等性、共享性交互、传输时间确定性，以及分布式网络带宽及收发缓存资源高效性利用的环形控制网。
技术介绍
目前大型自动控制系统，如DCS控制系统，尤其高智能的控制系统，在电力、冶金、化工、新能源等各行各业正在被广泛的使用着。而其控制功能分散、监控操作集中、兼顾分而自治和综合协调的的技术特点，关键的依赖于实现控制数据传输的控制网。当今世界上实现多控制器之间控制数据传输的控制网技术多达百种，成为国际标准的有Profinet、MODBUSTCP/IP、EthernetIP、Ethercat等，我国的EAP标准也是其中之一。还有大量非国际标准的控制网技术。这些技术各有特点，基本能满足各自控制数据传输需求，并在各自控制系统中起着重要作用。但是综观目前的控制网技术还有不足，很多方面需要继续努力去完善。在大型DCS控制系统中，尤其是先进的多智能体智能控制系统中，要求控制数据具备发送的高度自主性和平等性、接收的高效共享性，传输时间确定性、分布式网络带宽及收发缓存资源利用的高效性。而目前控制网技术绝大多数依赖于IEC802.3协议的以太网技术实现。现有以太网技术并不是专门针对控制系统控制数据传输而设计的，其采用集中存储集中交换转发机制，以及采用载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)冲突退让机制解决发送冲突，本质上影响了了控制数据传输的自主性、平等性，和时间确定性性，网络物理拓扑的安全性，以及传输数据的分布式网络带宽及缓存资源的有效性利用。无法解决大负荷数据的确定性可靠性传输，无法解决网络风暴以及导致的网络拥塞以至瘫痪的问题，不能提高网络资源使用的高效性。另外集中式网络物理链路，其可靠性依赖于交换机而无法彻底解决。虽然一些控制网技术采用IEC802.5令牌环网来提高链路的可靠性，但是令牌的分时特征，导致网络节点无法高度自主性的使用环网来发送数据。而且复杂的令牌仲裁算法，分段网络上的传输带宽及收发缓存无法得到充分利用，也导致了低效数据传输，无法满足控制数据的高效传输。虽然环网结构的Ethercat能解决集中存储集中集中交换转发机制和CSMA/CD的不确定性，令牌环的低效性问题，但其一主多从的主从通讯方式，更加无法实现网络节点自主、平等的数据传输和共享，以及分布式网络带宽及收发缓存资源的高效利用。IEC802.17标准的环网结构弹性分组环机制最接近解决该问题，但是其数据链路收发方式、数据帧格式，以及传输的数据依旧面向传统的TCP/IP协议数据传输服务理念，加之缺乏市场产品的支持，依旧无法满足专门面向控制领域，为实现控制器或智能体设备协同工作，而对数据传输的自主性、平等性，传输时间确定性要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种支持黑板模式交互的智能控制网HardCnet链路传输方法，以实现控制数据交互的自主性、平等性、共享性，及传输时间的确定性性，分布式的网络带宽以及收发缓存资源利用的高效性，以支持各种先进复杂的协调控制策略的实施，实现系统更高的智能化控制。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，包括：A、采用HardCnet链路层技术结合标准工业以太网物理层技术，将相邻控制器或智能体设备作为网络节点，构建首尾相连组成环形结构控制网络；B、每一个节点，通过向环网相邻节点，自主平等的发送数据实现黑板写数据的自发过程；C、每一个节点，通过向环网相邻节点，转发其它网络节点数据实现子黑板数据以及动态数据黑板集维持的转发过程；D、每一个节点，通过读取转发数据中自身需要的数据实现黑板数据的读的共享过程；E、通过将转发数据帧中生命周期结束的属于某一环网节点的位流数据截除操作，实现的生命周期结束数据擦除的黑板数据擦除过程；F、采用自发数据同时双向转发，并在重合的环网节点上将该自发数据位流从转发帧中截除操作，实现的双向转发、重合擦除的黑板数据擦除过程。其中：所述HardCnet链路层，链路数据帧格式，即子数据黑板数据结构。所述HardCnet链路层，环网节点将发送缓存中的自主性发送的数据比特位流，通过采用“汇流转发，错期发新”的机制实现的，向环网相邻节点，自主、平等的发送数据写黑板过程。通过在环网节点转发数据时，本节点将自发数据按照比特位流的方式，无缝隙衔接到转发数据位流尾部，与转发帧同步尾字段之前，构成新的完整的转发数据帧，按照原转发方向连续转发的“汇流转发”过程。本地节点自发数据在等待子数据黑板做“汇流转发”时，即将导致“同步错期”时，被该节点作为新的转发数据即新分布式子数据黑板，直接向环网物理层发送的“错期发新”过程。其中：所述“错期发新”是指，网络节点在等待转发数据去做“汇流转发”操作时，等待时间超过了为保证控制周期准确而设定的最小设定的等待时间，必须直接将自发数据，当作新的转发数据向网络双向转发的操作。在HardCnet链路层，环网节点将接收到的环网上其他节点的自发数据，向比特位流传输原方向上做物理层转发，从而实现向环网相邻节点，转发其他网络节点数据的数据黑板传递维持的过程。在HardCnet链路层，网络节点通过将共享地址池中记录的其它网络节点地址，分别和被其接收到的转发数据中各节点自发数据段中所含地址信息进行匹配，再将接收到的转发数据中地址匹配成功的节点的自发数据比特位流，备份到本节点接收缓存中，实现从环网上自主备份所转发数据的读和分享黑板的过程。在HardCnet链路层，通过在网络节点自主发送的数据中设置最大转发次数，也即生命周期MTC字段，并使MTC每转发一次减1，且减为0时，转发节点将该数据位流从转发数据中截除，从而实现的生命周期结束数据擦除的黑板数据的擦除。在HardCnet链路层，环网节点将自发数据在环网拓扑相反两个方向上同时转发，并在转发重合的环网节点处，将其从转发数据中截除，从而实现的双向转发、重合擦除的黑板数据的擦除。在HardCnet链路层，环网节点通过在自发数据中设置发送次序编号，在内存区设立与共享地址池中地址对应的自发数据的发送次序存储表，并对双向转发数据中共享的自发数据的发送次序编号，与发送次序存储表中次序编号做匹配，不匹配则更新次序存储表，匹配则判别为转发重合的过程。本专利技术的黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，具有如下有益效果：本专利技术采用黑板模式进行信息传递的方式，是多智能体自动控制理论中，多智能体或控制器之间实现协作数据共享与同步的典型的方式。采用本专利技术实现的控制网链路层，辅以标准成熟的工业以太网物理层技术手段，将相邻控制器或多智能体设备手拉手的连接，使其形成一个环形结构的控制网。而作为环网节点的控制器或智能体设备所发送的自主数据，也即自发数据，被沿着环网节点上依次转发，而成为网络节点的共享数据，也即转发数据。转发数据被需要它本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，其特征在于，包括：A、采用HardCnet链路层技术结合标准通用的工业以太网物理层技术，将相邻控制器或智能体设备作为网络节点，构建首尾相连组成环形结构控制网络；B、每一个节点，通过向环网相邻节点，自主平等的发送数据实现黑板写数据的自发过程；C、每一个节点，通过向环网相邻节点，转发其它网络节点数据实现分布式子黑板数据以及动态数据黑板集维持的转发过程；D、每一个节点，通过读取转发数据中自身需要的数据实现黑板数据的读的共享过程；E、通过将转发数据帧中生命周期结束的属于某一环网节点的位流数据截除操作，实现的生命周期结束数据擦除的黑板数据擦除过程；F、采用自发数据同时双向转发，并在重合的环网节点上将该自发数据位流从转发帧中截除操作，实现的双向转发、重合擦除的黑板数据擦除过程。

【技术特征摘要】
2018.05.28 CN 20181052305821.一种黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，其特征在于，包括：A、采用HardCnet链路层技术结合标准通用的工业以太网物理层技术，将相邻控制器或智能体设备作为网络节点，构建首尾相连组成环形结构控制网络；B、每一个节点，通过向环网相邻节点，自主平等的发送数据实现黑板写数据的自发过程；C、每一个节点，通过向环网相邻节点，转发其它网络节点数据实现分布式子黑板数据以及动态数据黑板集维持的转发过程；D、每一个节点，通过读取转发数据中自身需要的数据实现黑板数据的读的共享过程；E、通过将转发数据帧中生命周期结束的属于某一环网节点的位流数据截除操作，实现的生命周期结束数据擦除的黑板数据擦除过程；F、采用自发数据同时双向转发，并在重合的环网节点上将该自发数据位流从转发帧中截除操作，实现的双向转发、重合擦除的黑板数据擦除过程。2.根据权利要求1所述黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，其特征在于，所述HardCnet链路层，链路数据帧格式，即分布式子数据黑板数据结构。3.根据权利要求1所述黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，其特征在于，所述HardCnet链路层，环网节点将发送缓存中的自主性发送的数据比特位流，通过采用“汇流转发，错期发新”的机制实现的，向环网相邻节点，自主、平等的发送数据写黑板过程。4.根据权利要求3所述黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，其特征在于，通过在环网节点转发数据时，本节点将自发数据按照比特位流的方式，无缝隙衔接到转发数据位流尾部，与转发帧同步尾字段之前，构成新的完整的转发数据帧，按照原转发方向连续转发的“汇流转发”过程。5.根据权利要求3所述黑板共享方式的分布式控制网BSR链路控制方法，其特征在于，本地节点自发数据在等待子数据黑板做“汇流转发”时...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱磊，
申请(专利权)人：朱磊，
类型：发明
国别省市：北京,11