节点设备、高速工业通信系统和通讯的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可连接到工业控制总线的节点设备，包括：数据发送转换模块，对待发送的数据符号流进行转换，数据发送转换模块包括：资源映射单元，可接收导频信号和待发送的数据符号流，并将待发送的数据符号流映射到相应的有效子载波；OFDM信号生成单元，按照资源映射单元得到的有效子载波，将导频信号和/或所述数据符号流生成OFDM符号。本发明专利技术还涉及一种包括该节点设备的高速工业通信系统。本发明专利技术所述高速工业通信系统主要用来解决工业现场传统总线低带宽、无法同时承载实时和非实时以及网络结构复杂的问题，高速工业通信系统可以支持IPV6地址通信，可以支持时间触发的工业控制通信，可以支持TSN，可以支持白名单、深度检测和数据加密等安全机制。

Node equipment, high-speed industrial communication system and communication methods

【技术实现步骤摘要】
节点设备、高速工业通信系统和通讯的方法
本专利技术大致涉及工业控制领域，尤其涉及一种采用OFDM调制方式进行通讯的节点设备、高速工业通信系统和通讯的方法。
技术介绍
现有的工业控制总线主要分为两类，一种为CAN总线为代表的现场工业控制总线，主要特点为采用总线型拓扑结构，即一对双绞线可以连接多个传感器、执行器，这种网络结构安装方便简单。但这种拓扑结构由于节点之间采用总线方式连接，节点的阻抗不容易做到完全匹配，会在通信中引入回波多径，多径反射会使得通信信道呈现为频率选择性衰落信道，对高速数据通信会有严重影响。现有以CAN总线为代表的现场工业控制总线，采用总线型拓扑结构，直接使用基带信号进行数据传输，消除回波多径影响需要复杂的均衡技术，实现较为困难，且系统中没有专门设计加扰，交织，FEC码技术提高系统传输的可靠性，通常数据传输速率低，当传输介质为双绞线时，CAN总线通信距离40米时，最高通信速率大约为1Mbps。另一种现场总线为实时工业以太网，该类总线系统在物理层采用了以太网传输技术，数据传输速率高，大约为10Mbps～100Mbps，通信机制大部分采用了CSMA/CD的方式，在单网节点多时会引起数据拥塞，使得在单网用户节点数受限。为了减少数据拥塞，需要引入交换机进行桥接，这样会造成网络拓扑结构复杂，且增加系统安装费用。实时工业以太网系统，同步机制主要使用IEEE1588同步技术，使用物理层打时间戳的方式进行同步，这种同步方式同步精度会受网络拓扑的影响，而且发送时间戳也增加了系统额外开销，该系统传输距离短，在100Mbps的速率下支持的传输距离约100米。背景技术部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
有鉴于现有技术的缺陷中的一个或多个，本专利技术提出一种可连接到工业控制总线的节点设备，包括：数据发送转换模块，所述数据发送转换模块配置成对待发送的数据符号流进行转换，所述数据发送转换模块包括：资源映射单元，所述资源映射单元配置成可接收导频信号和待发送的数据符号流，并将导频信号和/或所述待发送的数据符号流映射到相应的有效子载波；和OFDM信号生成单元，所述OFDM信号生成单元配置成按照资源映射单元得到的所述有效子载波，将导频信号和/或所述数据符号流，生成OFDM符号。根据本专利技术的一个方面，所述的节点设备还包括成帧模块，所述成帧模块与所述数据发送转换模块耦合，并配置成可接收所述OFDM符号并组装成帧。根据本专利技术的一个方面，所述数据发送转换模块还包括加扰单元、编码交织单元和QAM调制单元，其中所述加扰单元与所述编码交织单元耦合，并配置成接收待发送的数据比特流，并对所述待发送的数据比特流进行加扰处理；所述编码交织单元与所述QAM调制单元耦合，并配置成接收所述经加扰处理的数据比特流并进行编码交织处理；所述QAM调制单元与所述资源映射单元耦合，配置成接收所述经QAM调制处理的数据比特流，进行QAM调制以产生所述数据符号流，并发送给所述资源映射单元。根据本专利技术的一个方面，所述的节点设备还包括解帧模块，所述解帧模块配置成可对所述节点设备接收到的帧进行解帧操作，以获得OFDM符号。根据本专利技术的一个方面，所述的节点设备还包括数据接收转换模块，所述数据接收转换模块与所述解帧模块耦合，并配置成对所述OFDM符号进行转换。根据本专利技术的一个方面，所述数据接收转换模块包括：OFDM信号处理单元，配置成对所述数据帧中的OFDM符号进行FFT处理，得到频域信号；资源解映射单元，所述资源解映射单元配置成可对经过所述频域信号进行资源解映射处理，得到数据符号流。根据本专利技术的一个方面，所述数据接收转换模块还包括：与所述资源解映射单元顺序相连的QAM解调单元、解码和解交织单元、和解扰单元，分别对所述数据符号流进行QAM解调处理、解码和解交织处理和解扰处理。本专利技术还涉及一种高速工业通信系统，包括：多个如上所述的节点设备；和总线，其中所述多个节点设备连接在所述总线上，其中所述多个节点设备配置成可通过OFDM调制方式通过所述总线进行相互通讯。本专利技术还涉及一种利用工业总线进行通讯的方法，其中多个如上所述的节点设备连接在所述工业总线上，所述控制方法包括：当其中一个节点设备需要发送数据时，S501：将导频信号和/或待发送的数据符号流映射到相应的有效子载波；S502：按照资源映射单元得到的所述有效子载波，将所述导频信号和/或所述待发送的数据符号流，生成OFDM符号。根据本专利技术的一个方面，所述的方法还包括：对所述待发送的数据比特流进行加扰处理；对经加扰处理的数据比特流进行编码交织处理；对经所述编码交织处理的数据比特流，进行QAM调制，形成数据符号流，并发送给所述资源映射单元；将所述OFDM符号组装成帧；和将所述帧发送到所述总线上。根据本专利技术的一个方面，所述的方法还包括：当其中另一个节点设备接收到数据帧时：对所述数据帧进行解帧处理，得到OFDM符号；对所述OFDM符号进行FFT处理，得到频域信号；对所述频域信号进行解映射处理，得到数据符号流；对所述数据符号流分别进行QAM解调处理、解码和解交织处理、解扰处理，得到数据比特流。本专利技术采用基于OFDM调制技术，在高速率传输场景，能够有效地对抗频率选择性衰落，并且实现方式简单成熟；同时使用时分多址技术按时间片分配用户，提高系统的实时性；系统采用了灵活的帧结构设计，物理层采用了FEC编码和交织，加扰技术，实现工业现场总线高速，可靠，实时长距离的传输。本专利技术所述高速工业通信系统主要用来解决工业现场传统总线低带宽、无法同时承载实时和非实时以及网络结构复杂的问题，高速工业通信系统可以支持IPV6地址通信，可以支持时间触发的工业控制通信，可以支持TSN，可以支持白名单、深度检测和数据加密等安全机制。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术第一实施例的一种高速工业通信系统100的实例；图2示出了根据本专利技术一个实施例在工业控制总线的物理层使用OFDM调制的原理；图3使用1个OFDM符号为资源调度的最小粒度对用户进行资源分配的示意图；和图4示出了根据本专利技术一个实施例的帧格式；图5示出了根据本专利技术一个优选实施例的实现OFDM调制的方式；图6示出了OFDM符号的结构；图7示出了根据本专利技术的第二实施例的一种工业总线的控制方法；图8示出了根据本专利技术的第三实施例的一种可连接到工业控制总线的节点设备；图9示出了信号帧的结构及OFDM符号；图10示出了信号帧的框图；图11示出了根据本专利技术一个优选实施例的节点设备；图12示出了加扰序列；图13示出了卷积编码子单元的工作流程；图14示出了使用模式A和使用模式B；图15示出了用户资源分配的方式；图16示出了节点设备内的解帧模块和数据接收转换模块；图17示出了两个节点设备通过总线进行通讯的信号数据处理的示意图；图18示出了根据本专利技术一个实施例的一种利用工业总线进行通讯的方法。具体实施方式在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可连接到工业控制总线的节点设备，包括：数据发送转换模块，所述数据发送转换模块配置成对待发送的数据符号流进行转换，所述数据发送转换模块包括：资源映射单元，所述资源映射单元配置成可接收导频信号和待发送的数据符号流，并将导频信号和/或所述待发送的数据符号流映射到相应的有效子载波；和OFDM信号生成单元，所述OFDM信号生成单元配置成按照资源映射单元得到的所述有效子载波，将导频信号和/或所述数据符号流，生成OFDM符号。

【技术特征摘要】
1.一种可连接到工业控制总线的节点设备，包括：数据发送转换模块，所述数据发送转换模块配置成对待发送的数据符号流进行转换，所述数据发送转换模块包括：资源映射单元，所述资源映射单元配置成可接收导频信号和待发送的数据符号流，并将导频信号和/或所述待发送的数据符号流映射到相应的有效子载波；和OFDM信号生成单元，所述OFDM信号生成单元配置成按照资源映射单元得到的所述有效子载波，将导频信号和/或所述数据符号流，生成OFDM符号。2.如权利要求1所述的节点设备，还包括成帧模块，所述成帧模块与所述数据发送转换模块耦合，并配置成可接收所述OFDM符号并组装成帧。3.如权利要求1或2所述的节点设备，其中所述数据发送转换模块还包括加扰单元、编码交织单元和QAM调制单元，其中所述加扰单元与所述编码交织单元耦合，并配置成接收待发送的数据比特流，并对所述待发送的数据比特流进行加扰处理；所述编码交织单元与所述QAM调制单元耦合，并配置成接收所述经加扰处理的数据比特流并进行编码交织处理；所述QAM调制单元与所述资源映射单元耦合，配置成接收所述经QAM调制处理的数据比特流，进行QAM调制以产生所述数据符号流，并发送给所述资源映射单元。4.如权利要求1或2所述的节点设备，还包括解帧模块，所述解帧模块配置成可对所述节点设备接收到的帧进行解帧操作，以获得OFDM符号。5.如权利要求4所述的节点设备，还包括数据接收转换模块，所述数据接收转换模块与所述解帧模块耦合，并配置成对所述OFDM符号进行转换。6.如权利要求5所述的节点设备，其中所述数据接收转换模块包括：OFDM信号处理单元，配置成对所述数据帧中的OFDM符号进行FFT处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：史兢，康良川，邵枝晖，
申请(专利权)人：北京神经元网络技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11