本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸技術領域，尤其涉及一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線時鐘同步實現(xiàn)方法。

背景技術：

在自動化和制造技術中，越來越頻繁的使用串行總線系統(tǒng)，所有的使用者都通過串行總線連接成網(wǎng)絡，總線的數(shù)據(jù)交換通過主從原理來執(zhí)行。因為在工業(yè)自動化、分布式儀器控制和實時數(shù)據(jù)采集等領域，以較低成本、高兼容性的方式實現(xiàn)高精度時鐘同步是一個關鍵問題，例如：高速高精的多軸運動控制系統(tǒng)對時鐘同步的要求很嚴苛，時鐘同步對保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性起決定性作用。而目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構系統(tǒng)的時鐘同步方法是周期地從架構系統(tǒng)中選擇最優(yōu)主時鐘，而該最優(yōu)主時鐘的選擇算法使總線系統(tǒng)內的任何一個時鐘可以作為主時鐘，主時鐘可能周期性的調整，而主時鐘頻繁的調整，將容易導致系統(tǒng)時鐘的不穩(wěn)定性。

綜上，亟需一種穩(wěn)定可靠的時鐘同步方法，以解決現(xiàn)有的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構系統(tǒng)時鐘同步的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線時鐘同步實現(xiàn)方法，用以解決現(xiàn)有的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構系統(tǒng)時鐘同步方法導致系統(tǒng)時鐘的不穩(wěn)定性問題。

本發(fā)明方法包括一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線時鐘同步實現(xiàn)方法，適用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括總線控制器、至少一個總線終端，所述總線控制器和各總線終端通過兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡連接，該方法包括：從所述總線控制器和各總線終端中選舉出作為最佳主時鐘的設備；

確定所述最佳主時鐘的設備的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致；

若一致，則確定所述總線控制器作為時鐘同步的主設備，并利用所述總線控制器向所述各總線終端發(fā)送同步報文進行時鐘同步；

若不一致，則返回執(zhí)行從所述總線控制器和各總線終端中選舉出作為最佳主時鐘的設備這一步驟。

本發(fā)明實施例中所述總線控制器與各總線終端通過精密時鐘同步協(xié)議進行時鐘同步，即從所述總線控制器和各總線終端中選舉出作為最佳主時鐘的設備，比較最佳主時鐘的設備的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致；若一致，則確定所述總線控制器作為時鐘同步的主設備，并利用所述總線控制器向各總線終端發(fā)送同步報文進行時鐘同步；若不一致，則返回執(zhí)行第一個步驟，直到選舉出的最佳主時鐘是總線控制器，這樣的話，主時鐘雖然被多次地選舉，但是每次均被固定為總線控制器，不會被頻繁地調整，所以系統(tǒng)的時鐘相對比較穩(wěn)定，而且總線控制器與各總線終端保持時鐘同步也保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線時鐘同步實現(xiàn)方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供一種總線可用的傳輸時間的時間片的劃分方法；

圖5為本發(fā)明實施例提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線時鐘同步實現(xiàn)過程；

圖6為本發(fā)明實施例還提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線時鐘同步實現(xiàn)裝置。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部份實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參見圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線時鐘同步實現(xiàn)方法流程示意圖，具體地實現(xiàn)方法包括：

步驟S101，從所述總線控制器和各總線終端中選舉出作為最佳主時鐘的設備。

步驟S102，確定所述最佳主時鐘的設備的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致。

步驟S103，若一致，則確定所述總線控制器作為時鐘同步的主設備，并利用所述總線控制器向所述各總線終端發(fā)送同步報文進行時鐘同步。

步驟S104，若不一致，則返回執(zhí)行從所述總線控制器和各總線終端中選舉出作為最佳主時鐘的設備這一步驟。

如圖2所示，其為本發(fā)明實施例提供的所述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構系統(tǒng)的結構示意圖之一，該系統(tǒng)包括總線控制器201、至少一個總線終端202，所述總線控制器201和各總線終端202通過兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡連接，其中：

所述總線控制器201與各總線終端202通過精密時鐘同步協(xié)議進行時鐘同步；并且所述兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中的總線可用的傳輸時間被劃分為同步時間片和數(shù)據(jù)時間片，所述總線控制器為所述總線控制器和所述各終端分配數(shù)據(jù)時間片?？偩€控制器201與各總線終端202在自身的數(shù)據(jù)時間片內發(fā)送數(shù)據(jù)，能夠保證數(shù)據(jù)發(fā)送的及時性和時間確定性。

為便于進一步理解本發(fā)明實施例提供的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構系統(tǒng)，下面做進一步說明：

其中，在一個實施例中，實際應用中，寬帶總線的數(shù)據(jù)可以分為實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)，其中，實時數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間確定性和及時性要求較高，而非實時數(shù)據(jù)則相對要求較低，故此，本發(fā)明實施例中，可以預先將數(shù)據(jù)分為實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)，以便于根據(jù)不同數(shù)據(jù)實行不同的發(fā)送策略。具體的：

所述總線控制器201還用于，采集數(shù)據(jù)后確定該數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)還是非實時數(shù)據(jù)；若是實時數(shù)據(jù)則將該實時數(shù)據(jù)存儲至第一實時數(shù)據(jù)容器；若是非實時數(shù)據(jù)，則將該非實時數(shù)據(jù)存儲至第一非實時數(shù)據(jù)容器；

所述各總線終端202還用于，采集數(shù)據(jù)后確定該數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)還是非實時數(shù)據(jù)；若是實時數(shù)據(jù)則將該實時數(shù)據(jù)存儲至第二實時數(shù)據(jù)容器；若是非實時數(shù)據(jù)，則將該非實時數(shù)據(jù)存儲至第二非實時數(shù)據(jù)容器。

在步驟S101中，可以利用IEEE1588時鐘協(xié)議的最佳主時鐘算法從所述總線控制器和各總線終端中選舉出最佳主時鐘的設備。

進一步地，本發(fā)明實施例提供一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構示意圖，如圖3所示，該系統(tǒng)包括總線控制器201、至少一個總線終端202，所述總線控制器201和各總線終端202通過兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡連接，其中：

其中，還包括總線配置與監(jiān)控元件203與所述總線控制器201連接，用于將針對所述兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡上的至少一個設備的配置信息或監(jiān)控指令發(fā)送給總線控制器201，以使所述總線控制器201將配置信息發(fā)送給對應的設備；以及，接收總線控制器發(fā)送的所述兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡上的至少一個設備生成的運行狀態(tài)信息。還包括應用層監(jiān)控裝置204與總線控制器201連接，用于對所述總線控制器201、各總線終端202進行數(shù)據(jù)采集和實時控制。

考慮現(xiàn)有的時鐘同步的不穩(wěn)定性的弊端，本發(fā)明實施例在每次選舉作為最佳主時鐘的設備之后增加了校對IP地址的動作，具體地，將所述最佳主時鐘的設備的IP地址發(fā)送至所述總線控制器，并由所述總線控制器比較所述最佳主時鐘的設備的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致；

或者，所述最佳主時鐘的設備比較自身的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致。

也就是說，在當選舉出的最佳主時鐘的設備是總線終端202時，總線終端202可以將自身的IP地址發(fā)送給總線控制器，由總線控制器比較總線終端202的IP地址與總線控制器自身的IP地址是否一致，另外系統(tǒng)也可以預先將總線控制器的IP地址發(fā)送給各總線終端202，然后當選舉出的最佳主時鐘的設備是總線終端202時，總線終端202直接比較自身的IP地址與總線控制器的IP地址是否一致。

另外，考慮到總線控制器的時鐘源可能存在暫時不穩(wěn)定，這時就會出現(xiàn)多次選舉都不能選舉出總線控制器作為最佳主時鐘，因此當選舉最佳主時鐘的選舉次數(shù)超過設定閾值時，停止選舉最佳主時鐘，并且所述總線控制器發(fā)出用于校準時鐘源的報警信息。

比如說，總線控制器判斷自身是否最終被選舉為主時鐘，如果不是，總線控制器根據(jù)判斷主時鐘選舉次數(shù)設定的選舉次數(shù)閾值，該閾值可以根據(jù)經(jīng)驗人工設置，如果超過閾值，總線控制器發(fā)出主時鐘報警。該主時鐘報警將會提醒管理員總線控制器對外接的時鐘源需要進行校準或者更換，另外在發(fā)出主時鐘報警期間，將不會進行主時鐘的選舉動作。

進一步地，所述兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中的總線可用的傳輸時間被劃分為同步時間片和數(shù)據(jù)時間片；

所述利用所述總線控制器向所述各總線終端發(fā)送同步報文進行時鐘同步，包括：所述總線控制器在所述同步時間片上向各總線終端傳輸同步報文，所述同步報文中攜帶發(fā)送同步報文時的時間戳以使所述各總線終端根據(jù)所述時間戳進行時鐘同步，所述時間戳是根據(jù)所述總線控制器的時鐘獲得。

其中，總線可用的傳輸時間的時間片的劃分方法可以如圖4所示，即按照一個同步時間片和若干數(shù)據(jù)時間片的方式，將可用的傳輸時間周期性地劃分成類似的形式，然后同步時間片則專用于發(fā)送同步報文。即總線控制器201和個總線終端202可以基于時間觸發(fā)以太網(wǎng)技術實現(xiàn)根據(jù)時間片發(fā)送數(shù)據(jù)，具體地，如圖5所示，利用IEEE1588時鐘協(xié)議的計算方法等待同步時間片，在同步時間片發(fā)生時總線控制器發(fā)起同步報文，并記錄發(fā)送同步報文的時間戳信息，然后各總線終端則接收同步報文，依次類推，繼續(xù)等待下一個同步時間片，然后在下一周期在發(fā)起同步的動作。

其中，在上述實施例中，精密時鐘同步協(xié)議可以為IEEE1588協(xié)議，當然，具體實施時，也可以采用現(xiàn)有技術中的其他能夠實現(xiàn)精密時鐘同步的協(xié)議，本發(fā)明對此不做限定。

實際應用中，寬帶總線的數(shù)據(jù)可以分為實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)，其中，實時數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間確定性和及時性要求較高，而非實時數(shù)據(jù)則相對要求較低，故此，在本發(fā)明實施例中，可以預先將數(shù)據(jù)分為實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)，以便于根據(jù)不同數(shù)據(jù)實行不同的發(fā)送策略。因為同步報文對實時性的要求較高，所以將同步報文加入到總線控制器的實時數(shù)據(jù)容器中，所述總線控制器監(jiān)測是否處于同步時間片，若處于同步時間片，則在該時間片內從所述總線控制器的實時數(shù)據(jù)容器中獲取同步報文作為待傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送。

進一步地，所述總線控制器為所述總線控制器和所述各終端分配數(shù)據(jù)時間片。若所述數(shù)據(jù)時間片上待傳輸數(shù)據(jù)為所述總線控制器對各總線終端進行配置的配置信息，則所述待傳輸數(shù)據(jù)為以所述配置信息對應的總線終端的IP地址為目的地址的報文。

然后所述總線控制器確定所述配置信息是否為實時數(shù)據(jù)；若為實時數(shù)據(jù)，則在所述數(shù)據(jù)時間片上將所述配置信息通過時間觸發(fā)技術或時分多址技術傳輸；

若不是實時數(shù)據(jù)，則將所述配置信息通過CSMA/CD碰撞檢測技術傳輸。

具體地，判斷所述待傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)標識是否是實時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)標識，若是實時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)標識，則所述待傳輸數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)，若不是實時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)標識，則所述待傳輸數(shù)據(jù)是非實時數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)存儲至實時數(shù)據(jù)容器，將非實時數(shù)據(jù)存儲至非實時數(shù)據(jù)容器。

進一步地，所述總線控制器監(jiān)測是否處于自身的數(shù)據(jù)時間片，若處于自身的數(shù)據(jù)時間片，則在該時間片內從所述總線控制器的實時數(shù)據(jù)容器中獲取配置信息作為待傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送。

本發(fā)明實施例提供的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構系統(tǒng)中，通過精密時鐘同步協(xié)議進行時鐘同步，并由總線控制器201為自身和各總線終端202分配時間片，總線控制器201與各總線終端202在同步時間片內發(fā)送同步報文，能夠保證各設備的時鐘同步，從而保證數(shù)據(jù)發(fā)送的及時性和時間確定性。故此，本發(fā)明實施例實現(xiàn)了一種高性能、高可靠、高實時的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場層寬帶總線架構系統(tǒng)。此外，兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的傳輸介質可以為雙絞線或屏蔽雙絞線，使得該系統(tǒng)能夠適用使用總線的傳統(tǒng)工業(yè)控制設施，使得本發(fā)明實施例提供的方法具有很好的普遍適用性。

基于相同的技術構思，本發(fā)明實施例還提供一種工業(yè)過程控制中的時鐘同步的裝置，該裝置可執(zhí)行上述方法實施例。本發(fā)明實施例提供的裝置如圖6所示，包括選舉單元401、確定單元402、同步單元403，其中：

選舉單元401，用于從所述總線控制器和各總線終端中選舉出作為最佳主時鐘的設備；

確定單元402，用于確定所述最佳主時鐘的設備的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致；

同步單元403，用于若一致，則確定所述總線控制器作為時鐘同步的主設備，并利用所述總線控制器向所述各總線終端發(fā)送同步報文進行時鐘同步；若不一致，則返回執(zhí)行從所述總線控制器和各總線終端中選舉出作為最佳主時鐘的設備這一步驟。

進一步地，所述確定單元402具體用于：將所述最佳主時鐘的設備的IP地址發(fā)送至所述總線控制器，并由所述總線控制器比較所述最佳主時鐘的設備的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致；

或者，所述最佳主時鐘的設備比較自身的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致。

進一步地，所述選舉單元401具體用于：利用IEEE1588時鐘協(xié)議的最佳主時鐘算法從所述總線控制器和各總線終端中選舉出最佳主時鐘的設備。

其中，所述兩線制數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中的總線可用的傳輸時間被劃分為同步時間片和數(shù)據(jù)時間片；所述同步單元403具體用于：所述總線控制器在所述同步時間片上向各總線終端傳輸同步報文，所述同步報文中攜帶發(fā)送同步報文時的時間戳以使所述各總線終端根據(jù)所述時間戳進行時鐘同步，所述時間戳是根據(jù)所述總線控制器的時鐘獲得。

所述同步單元403具體用于：所述總線控制器監(jiān)測是否處于同步時間片，若處于同步時間片，則在該時間片內從所述總線控制器的實時數(shù)據(jù)容器中獲取同步報文作為待傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送。

進一步地，還包括報警單元404，用于當選舉最佳主時鐘的選舉次數(shù)超過設定閾值時，停止選舉最佳主時鐘，并且所述總線控制器發(fā)出用于校準時鐘源的報警信息。

其中，所述總線控制器為所述總線控制器和所述各終端分配數(shù)據(jù)時間片。

進一步地，若所述數(shù)據(jù)時間片上待傳輸數(shù)據(jù)為所述總線控制器對各總線終端進行配置的配置信息，則所述待傳輸數(shù)據(jù)為以所述配置信息對應的總線終端的IP地址為目的地址的報文。

進一步地，傳輸單元405用于確定所述配置信息是否為實時數(shù)據(jù)；

若為實時數(shù)據(jù)，則在所述數(shù)據(jù)時間片上將所述配置信息通過時間觸發(fā)技術或時分多址技術傳輸；

若不是實時數(shù)據(jù)，則將所述配置信息通過CSMA/CD碰撞檢測技術傳輸。

進一步地，傳輸單元405具體用于所述監(jiān)測是否處于自身的數(shù)據(jù)時間片，若處于自身的數(shù)據(jù)時間片，則在該時間片內從所述總線控制器的實時數(shù)據(jù)容器中獲取配置信息作為待傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送。

綜上，本發(fā)明實施例中所述總線控制器與各總線終端通過精密時鐘同步協(xié)議進行時鐘同步，即從所述總線控制器和各總線終端中選舉出作為最佳主時鐘的設備，比較最佳主時鐘的設備的IP地址與所述總線控制器的IP地址是否一致；若一致，則確定所述總線控制器作為時鐘同步的主設備，并利用所述總線控制器向各總線終端發(fā)送同步報文進行時鐘同步；若不一致，則返回執(zhí)行第一個步驟，直到選舉出的最佳主時鐘是總線控制器，這樣的話，主時鐘雖然被多次地選舉，但是每次均被固定為總線控制器，不會被頻繁地調整，所以系統(tǒng)的時鐘相對比較穩(wěn)定，而且總線控制器與各總線終端保持時鐘同步也保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。