[发明专利]一种用于信息物理系统的实时通讯方法

说明书

本发明公开了一种用于信息物理系统的实时通讯方法，所述通讯方法包括RCP报文协议、RCP数据交换机制、RCP数据交换算法；其中RCP报文协议定义了控制帧、模拟量控制帧、开关量控制帧、发送信息帧、发送状态帧、状态读取帧、状态应答帧、模拟量读取帧、模拟量应答帧、开关量读取帧、开关量应答帧和确认帧12种数据帧传输格式、节点数据应答机制和DOC校验规则；所述RCP数据交换机制为信息物理系统中的节点基于RCP交换机实现数据通讯，节点与RCP交换机的通讯接口采用RS422方式、若干个RCP交换机采用级联方式实现多节点的数据交换，RCP交换机拥有波特率自动识别功能；该通讯方法使用便捷，实现了运行可靠的数据传输机制。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种用于信息物理系统的实时通讯方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着处理器运算速度和工业仪表智能化水平的不断提高，在网络带宽不断延伸的情况下，控制多个物理对象的控制和检测仪表可通过多种通信方式组成一个网络化的信息物理系统(CPS)。为了满足复杂闭环系统控制算法的运算需求，作为CPS中智能节点的各个仪表在完成已有功能的同时，需实时获取系统中其它节点的控制和检测信息，并将自身运行状态信息发送到需要的节点。在必要情况下，CPS中的节点需直接控制其他节点的执行机构进行远端控制。在CPS中所有节点都有实时通讯需求的情况下，为了实现各个节点通过底层网络相互作用并相互影响，有必要设计一种满足CPS中各个节点实时控制需求的通讯机制，为实现CPS的网络化协同控制提供支持。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于信息物理系统的实时通讯方法，该通讯方法使用便捷，运行可靠的数据传输机制。

该机制包括两部分内容，即报文的定义及数据交换算法。报文的定义描述了节点之间传输数据的格式，即数据帧格式的定义。本发明CPS中节点间数据的发送与接收方式采用请求、应答机制。数据发送方发出的数据帧分为控制帧、请求帧、应答帧和确认帧4种形式。数据交换算法是一种在数据交换装置上运行的数据转发程序，通过该程序各个节点可实现系统中任意节点之间的数据传输。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种数据传输协议和数据交换算法，所述的通讯机制包括RCP报文协议、RCP数据交换机制和RCP数据交换算法；其中RCP报文协议定义了控制帧、模拟量控制帧、开关量控制帧、发送信息帧、发送状态帧、状态读取帧、状态应答帧、模拟量读取帧、模拟量应答帧、开关量读取帧、开关量应答帧和确认帧12种数据帧传输格式、节点数据应答机制和DOC校验规则；所述RCP数据交换机制为信息物理系统中的节点基于RCP交换机实现数据通讯，节点与RCP交换机的通讯接口采用RS422方式、若干个RCP交换机采用级联方式实现多节点的数据交换，RCP交换机拥有波特率自动识别功能；RCP数据交换算法是基于RCP报文协议、RCP交换机制和端口映射表的数据转发程序，RCP交换机的端口映射表记录了RCP交换机通讯端口与节点物理地址的对应关系。

优选地，根据RCP数据交换机制制作的数据交换装置，数据交换装置按照RCP数据帧中的目的地址进行数据帧的转发，装置包括硬件和软件两部分；硬件部分由FPGA、一个高性能数字信号处理器和9个全双工的RS422通讯接口电路组成；其中8个RS422通讯接口电路用于与通讯节点的连接，1个RS422通讯接口电路用于两个交换设备的级联；高性能信号处理器实现数据帧的校验和转发过程。RS422通讯接口电路既可将通讯数据以差分的形式输出，也可将线路上的差分数据接收到内部缓存中；每个RS422通讯接口的4个接口信号(T+、T-、R+、R-)直接连接到交换装置的对应端口上。每个节点通讯端口的第1脚和第2脚分别定义为T+和T-，第3脚和第4脚分别定义为R+和R-；级联通讯端口的第1脚和第2脚分别定义为R+和R-，第3脚和第4脚分别定义为T+和T-。

优选地，FPGA用于存储接收到的数据和即将发送的数据、端口波特率识别及RS422接口选择电路，处理器实现数据的交换及转发机制；RS422接口电路实现TTL数据与差分数据的转换。