【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及协议转换领域，尤其涉及一种面向ot和it融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法。
技术介绍
1、工业4.0的目标是实现制造设备配备传感器和网络，从而形成网络物理系统(cyber physical system，cps)，使整个生产流程可视化，实现智能决策。作为工业4.0发展的最重要方向之一的工业物联网(industrial internet of things，iiot)，旨在通过物联网技术的应用建立智能工厂，从而高效地生产制造商品。通信和网络技术作为iiot的关键使能技术，将制造业的所有事物连接在一起，并让它们共享其信息。然而，由于不同的制造场景和需求，iiot中的网络具有非常复杂的异构特征，各种类型的网络之间的连接是通过各种网络通信协议建立的。有线工业网络协议包括can、ethercat、profinet等。工业无线网络的国际标准包括wirelesshart、sp-100和wia-pa等。
2、各种iiot设备所使用的不同网络通信协议间并不能做到数据的交互。此外，为了增强ieee 802.1以太网的确定性和实时性，ieee 802.1tsn任务组开发了时间敏感网络(time sensitive networking，tsn)技术。现有的工业设备对tsn技术并没有相应的硬件上的支持。因此，为了实现不同设备组成的工业异构网络之间的数据互通，并且能够运用tsn技术增强通信的确定性和实时性，如何设计一种兼容tsn技术并支持工业有线或无线多协议转换的网关是一个亟待解决的关键问题。
3、经对现有
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术主要为了解决现有工业协议转换方法灵活性和确定性的不足。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向ot和it融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，包括ot设备，异构协议转换设备，网络设备，所述ot设备指异构协议设备；所述异构协议转换设备架构包括协议层、转换层、基于本体的模型管理引擎和tsn接口；所述网络设备包括网关、tsn交换机和客户端；所述协议层中的协议子模块利用统一的物理接口接入多种协议；所述转换层负责对协议进行解析和转换。
3、进一步地，所述网关和所述tsn交换机共同构成了边缘网络拓扑，用户通过所述客户端对所述异构协议转换设备进行查询和配置；所述客户端中设计了一种基于本体的模型交互上位机，在所述上位机中对所述异构协议转换设备进行数据查询和可视化配置。
4、进一步地，所述异构协议设备连接了it设备和所述ot设备，负责接入所述ot设备、接收所述it设备信息、转换工业协议数据。
5、进一步地，所述协议层将有线协议和无线协议分开设计，有线协议子模块设计为大小尺寸相同，接口统一的模组插件，根据现场的协议对模组进行选择，无线协议子模块设计为单独的一个模组插件与底板对接。
6、进一步地，所述转换层包括统一协议中间件、协议转换中间件和信息模型融合单元；所述统一协议中间件通过异构协议接入库(heterogeneous protocol access lib,hpalib)，对接入的协议数据进行分析和收发，并对其分配共享内存地址，然后交由协议信息模型模块生成每种协议的协议信息模型；所述协议转换中间件中的转换信息模型模块保存客户端的下发的协议转换参数，然后根据确定性协议转换库(deterministic protocolconversion lib,detpclib)对不同的协议数据进行转换，其中协议转换的顺序是由转换信息模型中的参数进行计算得到，最终由所述转换信息模型模块生成每种协议的转所述换信息模型；所述信息模型融合单元是将所述协议信息模型与所述转换信息模型进行融合，生成整个异构协议转换信息模型，其中包括了来自异构协议设备接入的信息模型、客户端下发的配置信息和转换过程中的信息模型。
7、进一步地，所述基于本体的模型管理引擎建立在tcp/ip服务之上，接收上层客户端的配置指令，通过解析后存储到设备中，反之客户端也可以查询设备中的三元组数据，得到设备的信息模型数据。
8、进一步地，所述tsn接口接收到上层客户端的vlan配置参数后，保存在vlan规则中；所述异构协议设备在回传数据时会根据所述vlan规则并结合处理时延等参数计算出异构协议数据在tsn网络中传输的优先级，然后对网络协议帧打上vlan标签后发送到网络中。
9、一种异构工业有线/无线协议转换方法，其特征在于，所述方法包括一种异构协议确定性转换的机制、一种基于tsn的动态优先级算法和一种基于本体的协议转换配置流程；所述异构协议确定性转换的机制包括以下步骤：
10、步骤s11：首先对异构协议转换设备进行初始化，包括初始化驱动、初本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向OT和IT融合的面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，包括OT设备，异构协议转换设备，网络设备，所述OT设备指异构协议设备；所述异构协议转换设备架构包括协议层、转换层、基于本体的模型管理引擎和TSN接口；所述网络设备包括网关、TSN交换机和客户端；所述协议层中的协议子模块利用统一的物理接口接入多种协议；所述转换层负责对协议进行解析和转换。
2.如权利要求1所述的一种面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述网关和所述TSN交换机共同构成了边缘网络拓扑，用户通过所述客户端对所述异构协议转换设备进行查询和配置；所述客户端中设计了一种基于本体的模型交互上位机，在所述上位机中对所述异构协议转换设备进行数据查询和可视化配置。
3.如权利要求2所述的一种面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述异构协议设备连接了IT设备和所述OT设备，负责接入所述OT设备、接收所述IT设备信息、转换工业协议数据。
4.如权利要求3所述的一种面向OT和IT融合的异构工
5.如权利要求4所述的一种面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述转换层包括统一协议中间件、协议转换中间件和信息模型融合单元；所述统一协议中间件通过异构协议接入库(Heterogeneous Protocol Access Lib,HPALib)，对接入的协议数据进行分析和收发，并对其分配共享内存地址，然后交由协议信息模型模块生成每种协议的协议信息模型；所述协议转换中间件中的转换信息模型模块保存客户端的下发的协议转换参数，然后根据确定性协议转换库(Deterministic ProtocolConversion Lib,DetPCLib)对不同的协议数据进行转换，其中协议转换的顺序是由转换信息模型中的参数进行计算得到，最终由所述转换信息模型模块生成每种协议的转所述换信息模型；所述信息模型融合单元是将所述协议信息模型与所述转换信息模型进行融合，生成整个异构协议转换信息模型，其中包括了来自异构协议设备接入的信息模型、客户端下发的配置信息和转换过程中的信息模型。
6.如权利要求5所述的一种面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述基于本体的模型管理引擎建立在TCP/IP服务之上，接收上层客户端的配置指令，通过解析后存储到设备中，反之客户端也可以查询设备中的三元组数据，得到设备的信息模型数据。
7.如权利要求6所述的一种面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述TSN接口接收到上层客户端的VLAN配置参数后，保存在VLAN规则中；所述异构协议设备在回传数据时会根据所述VLAN规则并结合处理时延等参数计算出异构协议数据在TSN网络中传输的优先级，然后对网络协议帧打上VLAN标签后发送到网络中。
8.一种面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换方法，其特征在于，所述方法包括一种异构协议确定性转换的机制、一种基于TSN的动态优先级算法和一种基于本体的协议转换配置流程；所述异构协议确定性转换的机制包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的一种面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换方法，其特征在于，所述一种基于TSN的动态优先级算法包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的一种面向OT和IT融合的异构工业有线/无线协议转换方法，其特征在于，所述一种基于本体的协议转换配置流程包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种面向ot和it融合的面向ot和it融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，包括ot设备，异构协议转换设备，网络设备，所述ot设备指异构协议设备；所述异构协议转换设备架构包括协议层、转换层、基于本体的模型管理引擎和tsn接口；所述网络设备包括网关、tsn交换机和客户端；所述协议层中的协议子模块利用统一的物理接口接入多种协议；所述转换层负责对协议进行解析和转换。
2.如权利要求1所述的一种面向ot和it融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述网关和所述tsn交换机共同构成了边缘网络拓扑，用户通过所述客户端对所述异构协议转换设备进行查询和配置；所述客户端中设计了一种基于本体的模型交互上位机，在所述上位机中对所述异构协议转换设备进行数据查询和可视化配置。
3.如权利要求2所述的一种面向ot和it融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述异构协议设备连接了it设备和所述ot设备，负责接入所述ot设备、接收所述it设备信息、转换工业协议数据。
4.如权利要求3所述的一种面向ot和it融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述协议层将有线协议和无线协议分开设计，有线协议子模块设计为大小尺寸相同，接口统一的模组插件，根据现场的协议对模组进行选择，无线协议子模块设计为单独的一个模组插件与底板对接。
5.如权利要求4所述的一种面向ot和it融合的异构工业有线/无线协议转换架构和方法，其特征在于，所述转换层包括统一协议中间件、协议转换中间件和信息模型融合单元；所述统一协议中间件通过异构协议接入库(heterogeneous protocol access lib,hpalib)，对接入的协议数据进行分析和收发，并对其分配共享内存地址，然后交由协议信息模型模块生成每种协议的协议信息模型；所述协议转换中间件中的转换信息模...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈彩莲，陈营修，许齐敏，王守亮，魏璇，关新平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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