本发明专利技术涉及一种5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法，属于工业网络技术领域。该方法通过控制平面单元为EtherCAT业务流分配专用5G QoS流；协议识别单元提取EtherCAT数据帧的网段地址及后续报文类型；业务流/5QI映射单元匹配EtherCAT业务流与5G服务质量流，并将其加载到优先级队列；协议封装单元将映射后的EtherCAT数据封装为5G数据报文，或者将携带EtherCAT业务流的5G数据报文封装为EtherCAT数据帧；时钟同步单元根据驻留时间进行EtherCAT跨域时钟误差补偿。本发明专利技术实现了EtherCAT网络与5G网络的高效适配，同时保证跨网络工业数据流的服务质量。网络工业数据流的服务质量。网络工业数据流的服务质量。
【技术实现步骤摘要】
一种5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法
[0001]本专利技术属于工业网络
，涉及一种5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法。
技术介绍
[0002]以太网控制自动化技术(Ethernet Control Automation Technology，EtherCAT)是当前主流的全双工实时工业以太网技术，其采用集总型数据帧，单个数据帧可以包含多个从站报文，具有高实时并极大地提高带宽利用率。此外，EtherCAT通过分布式时钟进行时钟同步，使得整个网络具有高精度的时钟基准，从而控制各个设备任务的同步执行。由于EtherCAT具有灵活的拓扑结构和高实时、高同步、传输快、带宽利用率高等优势，使其在机器人控制、数控等工控领域得到广泛应用。
[0003]5G无线通信技术具有高速率、低时延和大连接的特点，可以满足工业互联网领域不同类型业务对时延、可靠性、速率、带宽等的不同通信需求，是未来工业互联网领域高效的无线解决方案。因此，如何实现EtherCAT网络与5G网络的适配，使EtherCAT工业设备有效接入5G网络，成为工业互联网发展所面临的重要问题。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法，通过适配系统将EtherCAT数据帧与5G报文进行相互转换，保证跨网络工业数据流的服务质量，实现5G网络与EtherCAT网络的高效适配。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法，通过控制平面单元、协议识别单元、业务流/5QI映射单元、协议封装单元和时钟同步单元将EtherCAT数据帧与5G报文进行相互转换。该方法具体包括以下步骤：
[0007]S1：通过控制平面单元，接入5G网络，分配EtherCAT专用QoS流；
[0008]S2：通过协议识别单元，提取EtherCAT数据帧的网段地址及后续报文类型；
[0009]S3：利用业务流/5QI映射单元，匹配EtherCAT业务流与5G服务质量流，将其映射到5QI(5G服务质量标识)参数集，并加载到优先级队列；
[0010]S4：通过协议封装单元，将业务流/5QI映射后的EtherCAT数据加载到SDAP(5G服务数据应用)层，然后通过5G协议栈逐层构成5G数据报文，或者将携带EtherCAT业务流的5G数据报文封装为EtherCAT数据帧；
[0011]S5：通过时钟同步单元，记录EtherCAT时间同步帧在5G系统的入口和出口时延，根据驻留时间进行EtherCAT参考时钟误差补偿，实现EtherCAT系统与5G系统跨网时钟同步。
[0012]进一步，步骤S1中，控制平面单元的执行步骤如下：
[0013]S101：在gNB(5G基站)和核心网AMF(接入管理单元)间建立NG接口连接；
[0014]S102：用户通过鉴权、安全性检查和上下文建立接入到核心网，核心网分配用于承
载EtherCAT数据的QoS流；
[0015]S103：置接入标志，通知协议识别单元可进行数据接收和识别，至此，完成用户的接入和EtherCAT专用QoS流的分配。
[0016]进一步，步骤S2中，协议识别单元的执行步骤如下：
[0017]S201：对接收到的以太网报文进行解析，若目的MAC地址为FF FF FF FF FF FF，则连接方式为直连模式；若目的地址为网段MAC地址，则为开放模式；若以太类型Ether Type字段为0x88A4，则表示后续报文为EtherCAT数据帧；
[0018]S202：根据EtherCAT数据帧首部中的Length字段获取EtherCAT数据长度；Type字段获取后续报文类型，其中(0001)
B
表示DL(数据链路)PDU，(0100)
B
表示网络变量，(0101)
B
表示邮箱数据，其它值保留；
[0019]S203：解析EtherCAT子报文首部CMD索引字段，获取EtherCAT段内寻址方式，包括设备寻址和逻辑寻址；
[0020]S204：至此协议识别完成。
[0021]进一步，步骤S3中，业务流/5QI映射单元的执行步骤包括：
[0022]S301：根据EtherCAT数据帧首部中的Type字段，若为(0101)
B
，则执行步骤S306；若为(0001)
B
，则执行步骤S302；
[0023]S302：根据EtherCAT子报文头部CMD索引字段，若是逻辑读取LRD、逻辑写入LWR或逻辑读写LRW的业务流类型，执行步骤S303；否则执行步骤S304；
[0024]S303：此EtherCAT子报文数据为周期性过程数据，根据工业业务流映射关系，映射到5G中的5QI值为85，对应的QoS流标识为1；
[0025]S304：解析EtherCAT子报文头部的Address地址字段低16位即内存偏移地址，若其值为0x0000～0x0FFF，则执行步骤S305；
[0026]S305：此EtherCAT子报文数据为寄存器数据，根据工业业务流映射关系，映射到5G中的5QI值为3，对应的QoS流标识为2；
[0027]S306：此EtherCAT子报文数据为邮箱数据，根据工业业务流映射关系，映射到5G中的5QI值为6，对应的QoS流标识为3；
[0028]S307：至此业务流/5QI映射完成。
[0029]进一步，步骤S4中，协议封装单元的执行步骤包括：
[0030]S401：将映射后的不同优先级业务流加载到不同的优先级队列，通过对优先级队列管理，通知SDAP层发送数据，若为周期过程数据，则执行步骤S402；若为寄存器数据，则执行步骤S403；若为邮箱数据，则执行步骤S404；
[0031]S402：根据EtherCAT和5G业务流映射关系，设置周期过程数据的QoS流标识为1，填充SDAP头部的QFI字段为1，映射到数据无线承载为DRB4，并将过程数据加载到SDAP负载，执行步骤S405；
[0032]S403：设置寄存器数据的QoS流标识为2，填充SDAP头部的QFI字段为2，映射到数据无线承载为DRB5，并将寄存器数据加载到SDAP负载，执行步骤S405；
[0033]S404：设置邮箱数据的QoS流标识为3，填充SDAP头部的QFI字段为3，映射到数据无线承载为DRB6，并将邮箱数据加载到SDAP负载，执行步骤S405；
[0034]S405：SDAP层处理完毕后，依次通过PDCP(分组数据汇聚协议)层、RLC(无线链路控
制层协议)层和MAC(介质访问控制)层封装为5G报文进行发送，至此协议封装完成。
[0035]进一步，步骤S5中，时钟同步单元的执行步骤包括：
[0036]S501本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法，其特征在于，该方法通过控制平面单元、协议识别单元、业务流/5QI映射单元、协议封装单元和时钟同步单元将EtherCAT数据帧与5G报文进行相互转换，具体包括以下步骤：S1：通过控制平面单元，接入5G网络，分配EtherCAT专用QoS流；S2：通过协议识别单元，提取EtherCAT数据帧的网段地址及后续报文类型；S3：利用业务流/5QI映射单元，匹配EtherCAT业务流与5G服务质量流，将其映射到5QI参数集，并加载到优先级队列；其中，5QI表示5G服务质量标识；S4：通过协议封装单元，将业务流/5QI映射后的EtherCAT数据加载到SDAP层，然后通过5G协议栈逐层构成5G数据报文，或者将携带EtherCAT业务流的5G数据报文封装为EtherCAT数据帧；其中，SDAP层表示5G服务数据应用层；S5：通过时钟同步单元，记录EtherCAT时间同步帧在5G系统的入口和出口时延，根据驻留时间进行EtherCAT参考时钟误差补偿，实现EtherCAT系统与5G系统跨网时钟同步。2.根据权利要求1所述的5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法，其特征在于，步骤S1中，控制平面单元的执行步骤如下：S101：在gNB和核心网AMF间建立NG接口连接；S102：用户通过鉴权、安全性检查和上下文建立接入到核心网，核心网分配用于承载EtherCAT数据的QoS流；S103：置接入标志，通知协议识别单元能进行数据接收和识别，至此，完成用户的接入和EtherCAT专用QoS流的分配。3.根据权利要求1所述的5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法，其特征在于，步骤S2中，协议识别单元的执行步骤如下：S201：对接收到的以太网报文进行解析，若目的MAC地址为FF FF FF FF FF FF，则连接方式为直连模式；若目的地址为网段MAC地址，则为开放模式；若以太类型Ether Type字段为0x88A4，则表示后续报文为EtherCAT数据帧；S202：根据EtherCAT数据帧首部中的Length字段获取EtherCAT数据长度；Type字段获取后续报文类型，其中(0001)
B
表示DL PDU，(0100)
B
表示网络变量，(0101)
B
表示邮箱数据，其它值保留；其中，DL PDU表示数据链路PDU；S203：解析EtherCAT子报文首部CMD索引字段，获取EtherCAT段内寻址方式，包括设备寻址和逻辑寻址；S204：至此协议识别完成。4.根据权利要求3所述的5G网络与EtherCAT网络的协议适配方法，其特征在于，步骤S3中，业务流/5QI映射单元的执行步骤包括：S301：根据EtherCAT数据帧首部中的Type字段，若为(0101)
B
，则执行步骤S306；若为(0001)
B
，则执行步骤S302；S302：根据EtherCAT子报文头部CMD索引字段，若是逻辑读取LRD、逻辑写入LWR或逻辑读写LRW的业务流类型，执行步骤S303；否则执行步骤S304；S303：此EtherCAT子报文数据为周期性过程数据，根据工业业务流映射关系，映射到5G中的5QI值为85，对应的QoS流标识为1；S...
【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，蒋连鑫，王平，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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