专利名称：矿用智能传输网关的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿山安全生产技术领域，尤其涉及一种矿用智能传输网关。
背景技术：
“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去 的思路一直是将物理基础设施和信息基础设施分开。对煤矿安全生产而言，在“物联网”时代，瓦斯、CO等各类传感器、电缆、电气机械设备等等，所有这些将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，物联网可以对煤矿复杂环境下生产系统内的人员、机器、设备、基础设施、环境安全实施更加实时有效的协同管理和控制。物联网概念为建立煤矿安全生产与预警救援新体系提出了新的思路和方法。矿山物联网的重点，就是解决矿井“人、机、物、环”安全高效运转问题，创造本质安全型作业环境，保障人身安全，提高设备的使用效率。通过两化融合，科技创新，改变现有管控模式，提高经济效益。如何利用物联网技术解决煤矿生产中人员安全环境、机电设备的感知问题，解决矿山灾害状况的预测预报、减少或避免重大灾害事故的发生，解决安全生产的智能化监控，这些都是矿山物联网重点关注的问题。当前矿山的情况很复杂，存在传感器多样性，协议多样性，管理方式多样性，这对物联网相关技术应用到矿山提出了很大的挑战。因此，矿山物联网应用不是简单的矿山综合自动化，而是在此基础上，利用物联网技术进一步完善矿山综合自动化，需要建立能够适应传感器多样性和协议多样性的智能网关设备。参考文件I (专利申请号CN200810201578)提供了一种基于ffiEE802. 15. 4a的工业无线网络接入M0DBUS/TCP工业以太网和PR0FIBUS-DP现场总线的多协议网关。本多协议网关包括微处理器、M0DBUS/TCP主站、IEEE802. 15. 4a无线主站、PR0FIBUS-DP从站、外扩SDRAM存储器和FLASH存储器、RJ45网口、485物理层接口、USB接口 ；电路的连接方式是以微处理器为中心，通过MDIO接口外扩DM9161EP以太网物理层接口芯片，通过内部总线连接PR0FIBUS-DP协议芯片SPC3，通过SPI总线连接NA1TR8无线协议芯片，外扩USB接口。上述技术方案实现了很多接口的协议转换，但在物联网的应用中，还有很多功能不能得到满足。比如协议的数据表示、接收机的再编程、动态多接口处理机制、传感设备地址编码与智能数据包分析等等。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种矿用智能传输网关，以实现协议的数据表示。(二)技术方案本发明提供了一种矿用智能传输网关，包括数据表示模块，用于利用每一路传感器信号生成数据表；数据包分析模块，用于读取数据表中的内容，利用智能协议分析引擎将数据表内容和库模板中已有的协议状态转换模板进行匹配，将数据表内容按照匹配的协议状态转换模板转化为报文体；传感设备地址编码模块，用于从报文体中提取设备类型、接口编号、总线类型和传感器值，利用设备类型、接口编号和总线类型，检索该设备对应的IP地址，将IP地址、设备所属位置与传感器数据整合为可在光纤环网传输的数据包。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明矿用智能传输网关具有以下有益效果(I)通过协议数字表示实现采用状态转换模板表示协议，可用于协议的匹配解析；(2)智能传感设备动态接口配置及地址编码，能够实现接口的动态配置。
图I为本发明实施例矿用智能传输网关的拓扑关系意图；图2为本发明实施例矿用智能传输网关的结构示意图；图3为本发明实施例矿用智能传输网关物理层接口电路模块电气信号转换模块进行电气信号转换的示意图；图4为本发明实施例矿用智能传输网关中数据表示模块进行数据表示的说明图；图5为本发明实施例矿用智能传输网关中数据包分析模块进行匹配过程说明图；图6为本发明实施例矿用智能传输网关中数据包分析模块进行匹配过程的流程图；图7为本发明实施例矿用智能传输网关中传感设备地址编码模块进行编码的示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种矿用智能传输网关。图I为本发明实施例矿用智能传输网关的拓扑关系示意图。如图I所示，其下端与传感器通过物理层接口相连接，上端通过矿用光纤环网接口与矿用光纤环网相连接。该矿用智能传输网关主要用于接收传感器的数据包信息，进行多种协议的智能标准化处理，识别，进行统一地址编码，并将统一编码后的传感信息传输至上位机。图2为本发明实施例矿用智能传输网关的结构示意图。如图2所示，本实施例矿用智能传输网关包括物理层接口电路模块、数据表示模块、数据包分析模块和传感设备地址编码模块。其中,数据表示模块、数据包分析模块和传感设备地址编码模块集成于FPGA芯片。以下分别对各个模块进行详细说明
物理层接口电路模块兼容 CAN，WIFI，802. 15. 4，RS485，RS232，光纤接口，RJ45 接口，TD-SCDMA/GPRS/GSM接口，串口等接口，用于将上述不同的接口电气特性信号转换成适合FPGA处理的信号，供FPGA上的数据处理模块处理，或者反方向将数据处理模块的标准信号转化成适合上述接口传输的信号。图3为本发明实施例矿用智能传输网关物理层接口电路模块电气信号转换模块进行电气信号转换的示意图。该电气信号转换过程可以采用现有技术中的各种方法，此处不再详细说明。数据表示模块，用于将电气转换的每一路传感器信号，生成数据表，包括物理层参数配置单元、物理层接收单元、字节内容缓冲单元、时隙信息缓冲单元和数据表生成单
J Li ο其中，所述物理层收发单元包括多个物理层收发器，所述数据表示模块还包括物理层参数配置单元，用于利用多路选择开关参数来选择该多个物理层收发器其中之一的前端输入传感器信号，后端连接至字节内容缓冲单元和时隙信息缓冲单元；并且在当利用目 前的物理层收发器进行解析后，数据表生成失败时，向上位机发出多路选择开关参数更新 请求，并在接收到上位机的反馈后，通过修改多路选择开关参数来选择合适的物理层收发器。例如，该接口原有程序是CAN总线程序，需要切换为RS485。物理层参数配置单元，向上位机发出修改多路选择开关参数更新请求，并在接收到上位机的反馈后，通过修改多路选择开关参数来选择RS485物理层信号收发器。图4为本发明实施例矿用智能传输网关中数据表示模块进行数据表示的说明图。以下结合图4对数据表示模块进行详细说明。物理层收发单元，用于利用物理层收发器实现每一路传感器信号总线协议，将适合 FPGA 处理的各种协议，如CAN, WIFI,802. 15.4，RS485, RS232，光纤接口，RJ45 接口，TD-SCDMA/GPRS/GSM等的信号进行解析，输出字节内容和字节间时间信息。字节内容缓冲单元用于存储当前物理层收发单元解析输出的字节内容。时隙信息缓冲单元，用于存储当前物理层收发单元输出的字节间时间信息。数据表生成单元，用于利用字节内容缓冲单元的字节内容和时隙信息缓冲单元的字节时间信息，生成二维的数据表，如表I所示。表I数据表
权利要求
1.一种矿用智能传输网关，其特征在于，包括 数据表示模块，用于利用每一路传感器信号生成数据表； 数据包分析模块，用于读取所述数据表中的内容，利用智能协议分析引擎将数据表内容和库模板中已有的协议状态转换模板进行匹配，将数据表内容按照匹配的协议状态转换模板转化为报文体； 传感设备地址编码模块，用于从所述报文体中提取设备类型、接口编号、总线类型和传感器值，利用设备类型、接口编号和总线类型，检索该设备对应的IP地址，将IP地址、设备所属位置与传感器数据整合为可在光纤环网传输的数据包。
2.根据权利要求I所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述数据表示模块包括 物理层收发单元，用于将每一路传感器信号进行解析，输出字节内容和字节间时间信 息； 字节内容缓冲单元，用于存储当前物理层收发单元解析输出的字节内容； 时隙信息缓冲单元，用于存储当前物理层收发单元输出的字节间时间信息； 数据表生成单元，用于利用字节内容缓冲单元的字节内容和时隙信息缓冲单元的字节时间信息，生成二维的数据表。
3.根据权利要求2所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述物理层收发单元包括多个物理层收发器， 所述数据表示模块还包括物理层参数配置单元，用于利用多路选择开关参数来选择该多个物理层收发器其中之一的前端输入传感器信号，后端连接至字节内容缓冲单元和时隙信息缓冲单元；并且在当利用目前的物理层收发器进行解析后，数据表生成失败时，向上位机发出多路选择开关参数更新请求，并在接收到上位机的反馈后，通过修改多路选择开关参数来选择合适的物理层收发器。
4.根据权利要求I所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述数据包分析模块读取数据表中的内容，将数据表内容按照匹配的协议状态转换模板转化为报文体包括 查找网关接口协议存储表中是否存在该数据表对应接口协议的状态转换模板； 如果有，则将数据表内容按照已有的协议状态转换模板生成报文体； 如果没有，则利用智能协议分析引擎将数据表内容和库模板中已有的协议状态转换模板进行匹配，如果匹配成功，将数据表内容按照匹配的协议状态转换模板生成报文体，并将该数据表所属的接口协议与相应的协议状态转换模板建立关联后存储至网关接口协议存储表。
5.根据权利要求4所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述数据包分析模块中，状态转移模板包括以下元素字节内容、时间信息和状态关系，其中 字节内容为当前字节内容； 时间信息用于辅助识别完整数据包。当时间空隙大于平均时间空隙时，一个完整的数据包可能开始或者已经结束； 状态关系包括正向期待状态和跳转环，正向期待状态表示当前字节所期望的下一个字节的内容；跳转环用跳转指向的字节偏移位置表示，正数偏移为向高字节方向偏移，负数偏移为向低字节方向偏移，O代表该位置没有跳转环。
6.根据权利要求4所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述数据包分析模块中，如果数据表内容和库模板中已有的协议状态转换模板匹配失败，则 对匹配失败的数据表中的数据表数据进行统计分析寻找规律； 如果未寻找到规律，将数据表发送至上位机； 如果寻找到规律，则将存在规律的数据表数据及相应的数据表发送至上位机。
7.根据权利要求6所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述数据包分析模块中，采用模糊聚类分析方法对匹配失败的数据表进行统计分析寻找规律。
8.根据权利要求6所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述数据包分析模块中，针对以下数据表数据对匹配失败的数据表进行统计分析寻找规律数据包头，数据包尾，数据长度，递增数据，递减数据或平滑数据。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述数据表示模块、数据包分析模块和传感设备地址编码模块集成于FPGA芯片上；· 该矿用智能传输网关还包括物理层接口电路模块，用于将不同接口的传感器电气特性信号转换成适合FPGA处理的信号，并将该信号传输至数据处理模块。
10.根据权利要求9所述的矿用智能传输网关，其特征在于，所述接口为以下接口中的一种CAN，WIFI，802. 15. 4，RS485，RS232，光纤接口，RJ45 接口，TD-SCDMA/GPRS/GSM 接口或串口。
全文摘要
本发明提供了一种矿用智能传输网关。该矿用智能传输网关包括数据表示模块，用于利用每一路传感器信号生成数据表；数据包分析模块，用于读取数据表中的内容，利用智能协议分析引擎将数据表内容和库模板中已有的协议状态转换模板进行匹配，将数据表内容按照匹配的协议状态转换模板转化为报文体；传感设备地址编码模块，用于从报文体中提取设备类型、接口编号、总线类型和传感器值，利用设备类型、接口编号和总线类型，检索该设备对应的IP地址，将IP地址、设备所属位置与传感器数据整合为可在光纤环网传输的数据包。本发明通过协议数字表示方法实现状态转换模板表示协议，可用于协议的匹配解析。
文档编号H04L12/66GK102891796SQ20121043374
公开日2013年1月23日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者李学恩 申请人:中国科学院自动化研究所