高速工业通信系统和控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高速工业通信系统，包括：多个节点设备；和总线，多个节点设备连接在所述总线上，其中多个节点设备配置成可通过OFDM调制方式进行相互通讯。本发明专利技术采用OFDM为物理层调制技术和时分的多址方法，实现工业现场总线高速，可靠，实时长距离的传输。本技术属于高速工业总线通信领域，用于工业互联网OFDM体制的高速总线之间的通信。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。

High speed industrial communication system and control method

【技术实现步骤摘要】
高速工业通信系统和控制方法
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高速工业通信系统和控制方法。
技术介绍
现有的工业控制总线，通常采用总线型或环形总线型拓扑结构，主要特点为，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，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。因此现有这类型总线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。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。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；实现工业总线长距离，高速，可靠，实时的数据传输。
技术介绍
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高速工业通信系统，包括：多个节点设备；和总线，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调制方式进行相互通讯。根据本专利技术的一个方面，所述多个节点设备包括控制节点和终端节点；所述多个节点设备通过时分复用的方式占用所述总线进行通讯。根据本专利技术的一个方面，所述多个节点设备按照分配的时隙发送同步信号和控制信号，或者按照分配的时隙发送数据信号，或者按照分配的时隙接收其他节点设备发送的数据信号。根据本专利技术的一个方面，所述控制节点配置成将资源调度信息发送给所述至少一个终端节点，所述资源调度信息用于指定各所述终端节点和控制节点所使用的固定时隙。根据本专利技术的一个方面，在所述资源调度信息中，一个固定时隙对应一个OFDM符号资源；一个所述OFDM符号资源为资源调度的最小粒度。根据本专利技术的一个方面，其中所述节点设备包括顺序连接的映射器、串并变换单元、IFFT单元以及并串变换单元；其中，所述映射器配置成可对所述节点设备的待传输比特流进行映射，得到调制信号；所述串并变换单元配置成可将所述调制信号拆分为预设数量的并行的调制子信号；所述IFFT单元配置成可分别对各所述调制子信号进行IFFT变换，得到对应的时域子信号；所述并串变换单元配置成可将所述预设数量的时域子信号合并成一个OFDM符号。根据本专利技术的一个方面，所述节点设备还包括：导频插入单元，配置成可在所述调制子信号中插入导频信号，以使接收方根据所述导频信号实现信道估计和时间同步。根据本专利技术的一个方面，所述节点设备还包括：保护间隔添加单元，配置成可在所述OFDM符号中加入保护间隔，以消除码间干扰。根据本专利技术的一个方面，所述节点设备还包括：加窗单元，配置成可对所述OFDM符号进行加窗处理，以降低所述OFDM符号频谱的带外辐射。本专利技术还涉及一种工业总线的控制方法，其中多个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，S101：采用OFDM调制方式，调制待发送的数据；和S102：将调制后的数据，发送到所述工业总线上。根据本专利技术的一个方面，所述多个节点设备包括控制节点和终端节点；所述方法还包括：所述多个节点设备通过时分复用的方式占用所述总线进行通讯，所述多个节点设备按照分配的时隙发送同步信号和控制信号，或者按照分配的时隙发送数据信号，或者按照分配的时隙接收其他节点设备发送的数据信号。根据本专利技术的一个方面，所述的控制方法还包括：所述控制节点生成资源调度信息并发送给所述至少一个终端节点，所述资源调度信息用于指定各所述终端节点和控制节点所使用的固定时隙。根据本专利技术的一个方面，在所述资源调度信息中，一个固定时隙对应一个OFDM符号资源；一个所述OFDM符号资源为资源调度的最小粒度。根据本专利技术的一个方面，所述步骤S201包括：可对所述待发送的数据进行映射，得到调制信号；将所述调制信号拆分为预设数量的并行的调制子信号；分别对各所述调制子信号进行IFFT变换，得到对应的时域子信号；将所述预设数量的时域子信号合并成一个OFDM符号。根据本专利技术的一个方面，所述步骤S201还包括：在所述调制子信号中插入导频信号，以使接收方根据所述导频信号实现信道估计和时间同步。根据本专利技术的一个方面，所述步骤S201还包括：在所述OFDM符号中加入保护间隔，以消除码间干扰。根据本专利技术的一个方面，所述步骤S201还包括：对所述OFDM符号进行加窗处理，以降低所述OFDM符号频谱的带外辐射。本专利技术的实施例提出了一种基于OFDM调制的时分复用工业总线通讯方法。本专利技术的实施例采用OFDM为物理层调制技术和时分的多址方法，实现工业现场总线高速，可靠，实时长距离的传输。本技术属于两线高速工业总线通信领域，用于两线工业互联网OFDM体制的高速总线之间的通信。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高速工业通信系统的物理层使用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；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。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，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速工业通信系统，包括：多个节点设备；和总线，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调制方式进行相互通讯。

【技术特征摘要】
1.一种高速工业通信系统，包括：多个节点设备；和总线，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调制方式进行相互通讯。2.如权利要求1所述的高速工业通信系统，其中所述多个节点设备包括控制节点和终端节点；所述多个节点设备通过时分复用的方式占用所述总线进行通讯。3.如权利要求2所述的高速工业通信系统，其中，所述多个节点设备按照分配的时隙发送同步信号和控制信号，或者按照分配的时隙发送数据信号，或者按照分配的时隙接收其他节点设备发送的数据信号。4.如权利要求2或3所述的高速工业通信系统，其中，所述控制节点配置成将资源调度信息发送给所述至少一个终端节点，所述资源调度信息用于指定各所述终端节点和控制节点所使用的固定时隙。5.根据权利要求4所述的高速工业通信系统，其中，在所述资源调度信息中，一个固定时隙对应一个OFDM符号资源；一个所述OFDM符号资源为资源调度的最小粒度。6.根据权利要求1-3中任一项所述的高速工业通信系统，其中所述节点设备包括顺序连接的映射器、串并变换单元、IFFT单元以及并串变换单元；其中，所述映射器配置成可对所述节点设备的待传输比特流进行映射，得到调制信号；所述串并变换单元配置成可将所述调制信号拆分为预设数量的并行的调制子信号；所述IFFT单元配置成可分别对各所述调制子信号进行IFFT变换，得到对应的时域子信号；所述并串变换单元配置成可将所述预设数量的时域子信号合并成一个OFDM符号。7.根据权利要求6所述的高速工业通信系统，其中，所述节点设备还包括：导频插入单元，配置成可在所述调制子信号中插入导频信号，以使接收方根据所述导频信号实现信道估计和时间同步。8.根据权利要求6或7所述的高速工业通信系统，其中，所述节点设备还包括：保护间隔添加单元，配置成可在所述OFDM符号中加入保护间隔，以消除码间干扰。9.根据权利要求8所述的高速工业通信系统，其特征在于，所述节...

【专利技术属性】
技术研发人员：康良川，史兢，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