用于工业通信协议中的数据聚合的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于工业通信协议中的数据聚合的方法和系统。公开了用于与通过连接至工业网络的模块传送的数据帧进行交互的方法和系统。每个模块包括位于物理层上方的网络接口上的聚合单元。为了传输数据，聚合单元从动态数据包中读取报头，以确定该模块是否为用于该包的参与者模块。如果是，则聚合单元将来自该模块的数据插入该数据包中，并且将包传输至另一模块。为了接收数据，聚合单元从数据包读取报头，以确定该数据包是否包括用于该模块的数据。如果该数据包包括用于该模块的数据，则聚合单元读取该数据，被将该数据包传送至另一模块。如果聚合单元确定该数据包不用于该模块，则在不进行进一步交互的情况下将该数据包传送至另一模块。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年3月30日提交的题为“Method and System for Data Aggregation in an Industrial Communication Protocol”的美国临时专利申请序列No.62/140,149的优先权，并且其公开内容被并入本文中。
本专利技术涉及一种对经由工业协议传输的数据进行聚合的方法。更具体地，公开了一种方法，用于生成通过多个附加模块从第一模块传输至接收模块的动态数据帧，并且该方法用于当动态数据帧通过附加模块时将数据添加至动态数据帧。
技术介绍
工业的控制器是用于控制工厂自动化等的专用计算机。工业控制器通常执行被高度定制到特定控制应用的控制程序。特定的控制语言(例如“继电器梯形逻辑”)通常被用于利于对装置进行编程。在所存储的程序的引导下，工业控制器的处理器定期检查输入装置的状态，并且更新输出装置的状态。为了保证对机器或处理的可预测的控制，控制程序必须是高度可靠的，并且在明确限定的时间段执行。随着工业处理的复杂性增加，越来越多的装置被连接至工业控制器。装置通常分布在机器周围或沿生产线分布。工业网络通常用于连接分布式装置，并且使得数据能够在装置之间传输。然而，越来越多的装置需要增加在这些装置之间的通信量。然而，控制程序仍然需要在明确限定的时间段中执行通信。因此，要么分配给通信的时间量必须增加，要么必须提高传输速率。因为工业控制器通常具有固定时间间隔(其中要执行程序的每个周期)，所以更理想的是提高传输速率。如本领域技术人员已知的那样，用于提高传输速率的最近的技术包括：在没有完全处理帧的情况下，将数据插入以太网帧，或者从以太网帧
中提取数据。主装置生成数据帧，并且使数据帧以环型拓扑的方式流通通过一系列从装置。数据帧包括具有为每个从装置保留的部分的数据块。由于在每个从装置处接收帧，所以该装置可能在没有处理整个帧的情况下将数据插入在为该装置保留的数据块中的点中，或者从为该装置保留的数据块中的点中提取数据。在访问数据块的一部分之后，从装置将数据帧重新传输至下一个从装置。最后的从装置将帧返回至主装置，以完成对帧的处理。然而，在不招致各种缺点的情况下，这样的系统并没有被完全满足。主装置是能够生成数据帧的唯一装置。然后，数据帧以环形拓扑的方式流通至若干连接至主装置的从装置。因此，希望与来自第一装置上游的另一从装置进行通信的一个从装置首先必须将数据插入一个数据帧中，并且随后主装置必须包括到下一数据帧中的数据，上游的从装置可以在随后的通信周期中从该下一数据帧中提取数据。因此，理想的是提供一种用于提高工业网络上的传输速率的改进的系统，该系统使得能够在装置之间进行双向通信。现有系统的另一个缺点是：只有一个主装置可以与连接至该主装置的从装置中的任何从装置进行交流。虽然具有可以相互通信的多个远程的主装置是很常见的，但是如果远程主装置需要来自连接至第二主装置的从装置的数据，或者需要将数据供应给连接至第二主装置的从装置，则远程主装置无法与该从装置进行直接通信。因此，理想的是提供一种用于提高工业网络上的传输速率的改进的系统，该系统提供用于远程装置之间的改进的通信。
技术实现思路
本文中公开的主题描述了一种用于提高工业网络上的传输速率的改进的系统，该系统使得在装置之间能够进行双向通信；以及一种用于提高工业网络上的传输速率的改进的系统，该系统提供用于远程装置之间的改进的通信。第一模块被配置成生成动态数据包，该动态数据包将提供多个模块与接收模块之间的数据传输。动态数据包可实时配置，以对要参与到该动态数据包中的模块的不同组进行标识，并且动态数据包包括报头，其对参与到该动态数据包中的模块进行标识。每个模块包括聚合单元，并且动态数据包在第一模块与接收模块之间通过每个模块的聚合单元来顺序
地传递。聚合单元首先检查报头，以确定该聚合单元所在的模块是否要参与到动态数据包中。如果该模块未参与到动态数据包中，则聚合单元将该动态数据包传送至第一模块与接收模块之间的链中的下一模块。如果该模块参与到动态数据包中，则该模块将其参与者数据插入动态数据包中，确定用于该数据包的新的校验和，并且将现有校验和替换为新的校验和。在将来自相应模块的参与者数据插入动态数据包之后，聚合单元将该动态数据包传送至第一模块与接收模块之间的链中的下一模块。因此，接收模块接收包含来自参与模块中的每个的数据的单个数据包而不是多个数据包，其中从每个模块发送单独的包。接收模块反过来可以发送具有每个参与模块的数据的单个包。接收模块生成数据包并且插入标识符以及该数据包意图传输数据至的每个模块的数据。该数据包从接收模块传输回第一模块。聚合单元在连接在接收模块与第一模块之间的每个模块处检查包，以确定在该包内是否识别到用于该聚合单元的相应的模块。如果该模块没有从该数据包接收到数据，则聚合单元将该数据包传送至接收模块与第一模块之间的链中的下一模块。如果该模块从该数据包接收到数据，则该模块从该包读取针对该模块的数据，然后将该数据包传送至接收模块与第一模块之间的链中的下一模块。因此，单个返回数据包可以将数据传输至多个模块，而不是接收模块生成至每个参与模块的单独的返回包。可以构想的是，动态数据包和返回数据包可以在工业网络内的任何两个装置之间传输，其中，第一模块限定目的地和位于第一模块与接收模块之间的任何参与模块。根据本专利技术的一个实施例，公开了一种用于从多个发送模块向单个接收模块传输数据的方法。该方法包括：在第一发送模块中生成包括专用报头的动态数据帧；以及在各发送模块中的每个发送模块中的聚合单元处从多个发送模块中的另一发送模块接收动态数据帧。每个发送模块根据专用报头确定该发送模块是否为动态数据帧中的参与者。当发送模块确定其是动态数据帧中的参与者时，聚合单元将参与者数据添加至该动态数据帧，并且将添加有参与者数据的动态数据帧传输至接收模块或另一发送模块。根据本专利技术的另一实施例，公开了一种用于在工业网络上传送动态数据帧的模块。该模块包括第一端口、第二端口和聚合单元。第一端口可操作地从工业网络接收动态数据帧，其中，该动态数据帧包括专用报头。第二端口可操作地在工业网络上传输动态数据帧，并且聚合单元与第一端口和第二端口进行通信。聚合单元可操作地用于：从第一端口接收动态数据
帧，根据专用报头确定该模块是否为用于动态数据帧的参与者模块，当该模块是参与者模块时，将参与者数据添加至动态数据帧，以及经由第二端口来传输添加有参与者数据的动态数据帧。根据本专利技术的又一实施例，公开了一种用于减少工业网络上的网络流量的系统。该系统包括多个发送模块和接收模块。每个发送模块包括第一端口、第二端口和聚合单元。第一端口可操作地从工业网络接收动态数据帧，其中，动态数据帧包括专用报头。第二端口可操作地在工业网络上传输动态数据帧，并且聚合单元与第一端口和第二端口进行通信。聚合单元可操作地用于：从第一端口接收动态数据帧；根据专用报头确定该模块是否为用于动态数据帧的参与者模块，当该模块是参与者模块时，将参与者数据添加至动态数据帧；以及经由第二端口来传输添加有参与者数据的动态数据帧。接收模块包括通信端口和处理器。该端口与工业网络进行通信以从多个发送模块中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从多个发送模块向单个接收模块传输数据的方法，所述方法包括下述步骤：在第一发送模块中生成包括专用报头的动态数据帧；在所述多个发送模块中的每个发送模块中的聚合单元处从所述多个发送模块中的另一发送模块接收所述动态数据帧；根据所述专用报头确定所述多个发送模块中的每个发送模块是否为所述动态数据帧中的参与者；当所述发送模块确定所述发送模块是所述动态数据帧中的参与者时，将参与者数据经由所述聚合单元添加至所述动态数据帧；以及将添加有所述参与者数据的动态数据帧从所述聚合单元传输至所述多个发送模块中的另一发送模块和所述接收模块中的一个。

【技术特征摘要】
2015.03.30 US 62/140,1491.一种用于从多个发送模块向单个接收模块传输数据的方法，所述方法包括下述步骤：在第一发送模块中生成包括专用报头的动态数据帧；在所述多个发送模块中的每个发送模块中的聚合单元处从所述多个发送模块中的另一发送模块接收所述动态数据帧；根据所述专用报头确定所述多个发送模块中的每个发送模块是否为所述动态数据帧中的参与者；当所述发送模块确定所述发送模块是所述动态数据帧中的参与者时，将参与者数据经由所述聚合单元添加至所述动态数据帧；以及将添加有所述参与者数据的动态数据帧从所述聚合单元传输至所述多个发送模块中的另一发送模块和所述接收模块中的一个。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参与者数据包括模块报头和模块数据。3.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：当所述发送模块确定所述发送模块不是所述动态数据帧中的参与者时，通过所述多个发送模块中的每个发送模块来传送所述动态数据帧而不改变所述动态数据帧。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在根据所述专用报头确定所述多个发送模块中的每个发送模块是否为所述动态数据帧中的参与者的步骤之后，所述方法还包括下述步骤：确定所述发送模块的缓冲器中是否存在所述参与者数据；以及确定所述发送模块是否已准备好将所述参与者数据添加至所述动态数据帧，其中当所述缓冲器中存在所述参与者数据并且所述发送模块已准备好添加所述参与者数据时，所述发送模块将所述参与者数据经由所述聚合单元添加至所述动态数据帧，以及当所述缓冲器中不存在所述参与者数据或者所述发送模块未准备时好添加所述参与者数据时，所述发送模块在不改变所述动态数据帧的情况下通过所述发送模块传送所述动态数据帧。5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一发送模块与所述 接收模块之间存在第一传输路径和第二传输路径，所述方法还包括下述步骤：检测沿所述第一传输路径的故障；分配选自所述多个发送模块中的两个新发送模块以开始生成所述动态数据帧；将所述动态数据帧从第一新发送模块沿位于所述故障与所述接收模块之间的所述第一传输路径的一部分传输至所述接收模块，其中，所述第一新发送模块位于靠近所述接收模块的故障的第一侧上；以及将所述动态数据帧从第二新发送模块沿位于所述故障与所述第一发送模块之间的所述第一传输路径的一部分然后沿所述第二传输路径传输至所述接收模块，其中，所述第二新发送模块位于远离所述接收模块的故障的第二侧上。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合单元被布置在每个发送模块的物理层与网络链路层之间。7.根据权利要求1所述的方法，其中：所述动态数据帧初始为包括所述专有报头和校验和的空数据帧，以及当每个发送模块将参与者数据添加至所述动态数据帧时，所述动态数据帧的长度增加。8.根据权利要求7所述的方法，还包括下述步骤：在添加所述参与者数据之后确定用于每个聚合单元中的动态数据帧的新的校验和；将所述动态数据帧的校验和替换为所述新的校验和。9.一种用于在工业网络上传送动态数据帧的模块，所述模块包括：第一端口，所述第一端口能够操作地从所述工业网络接收所述动态数据帧，其中，所述动态数据帧包括专用报头；第二端口，所述第二端口能够操作地在所述工业网络上传输所述动态数据帧；以及聚合单元，所述聚合单元与所述第一端口和所述第二端口进行通信，其中，所述聚合单元能够操作地用于：从所述第一端口接收所述动态数据帧，根据所述专用报头确定所述模块是否为用于所述动态数据帧的参与者模块，当所述模块是参与者模块时，将参与者数据添加至所述动态数据帧，以及经由所述第二端口来传输添加有所述参与者数据的动态数据帧。10.根据权利要求9所述的模块，还包括播种单元，所述播种单元与所述聚合单元进行通信，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：西瓦拉姆·巴拉苏布拉马尼安，乔纳森·D·布拉德福德，安东尼·G·吉巴尔蒂，肯伍德·H·霍尔，肯德尔·R·哈里斯，雷蒙德·R·赫斯特德，爱德华·C·科尔斯贝格，格雷戈里·A·迈赫尔，斯克特·A·皮尔斯，格雷格·M·西奇纳，帕特里克·D·特尔约翰，罗伯特·J·克雷奇曼，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US