用于工业互联网中底层设备进行通信的网关的制作方法

本发明涉及工业互联网技术领域，特别是涉及一种用于工业互联网中底层设备进行通信的网关。

背景技术：

目前在物联网快速发展的大背景下，这两年智能网关和工业网关及相关衍生产品不断涌现，相应的产品技术与系统开发取得了巨大的成就，应用也逐渐深入，但同时也暴漏出了其应用于复杂的工业现场而操作繁琐、难以真正互联互通互控的现象。针对于安全，稳定且随时可能出现信息数据变化的工业现场，工业互联网和起相关的工业网关应运而生，在工业4.0中工业网关正处于高速发展、创新与系统技术突破。

特别地，现有的智能网关技术中，在数据传输的上行速度和工业现场的及时反馈情况来看，其很难适应复杂和多变的工业现场环境，还存在进一步改进的空间。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于工业互联网中底层设备进行通信的网关，用于解决现有技术中网关在上行传输效率不高以及向下兼容性较弱的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于工业互联网中底层设备进行通信的网关，包括：第一通信接口模块，连接底层设备，适于按照所述底层设备的接口通信协议发送和接收数据；第二通信接口模块，连接适于对所述底层设备进行直接控制的主机，适于发送和接收数据；网关控制器，至少包括具有高低两级优先级的消息发送接收队列单元，通过所述第二通信接口模块接收主机发送的包括优先级的业务请求，按照优先级从高到低的顺序将所述业务请求通过所述第一接口模块发送至底层设备，以及通过所述第一接口模块接收所述底层设备的响应并将其通过第二接口模块上报至主机，其中，所述底层设备与主机之间为半双工数据通信。

优选地，所述网关控制器还包括：时钟同步单元，采用曼彻斯特编码对时钟和数据进行编码，适于由电压跳变的相位来生成曼彻斯特编码，其中，低电平的中间时刻跳变表示编码0，高电平中间时刻的跳变表示编码1。

优选地，所述网关控制器还包括：请求超时处理单元，适于在设定时间内没有收到对应业务请求的响应时，按照优先级从高到低的顺序发送一下业务请求。

优选地，所述网关控制器还包括：空闲处理单元，适于在消息发送接收队列单元空闲时向底层设备发送用于上报数据的空闲请求。

优选地，所述网关控制器还包括：链路超时处理单元，接收底层设备在处理所述业务请求超时时发送的临时响应，依据所述临时响应来保持链路连接并对所述临时响应作不上报处理。

如上所述，本发明具有以下有益效果：本发明本发应用于工业互联网的底层网关，用以在复杂，多变，安全隐患的工业现场收集工业数据、解析转换、管理接口、安全供电、高速安全上下行数据指令。相较于目前的智能网关，上行速率大幅提升，可及时反馈工业现场情况，根据具体的情况让上端做出正确有效的操作控制。

附图说明

图1显示为一种用于工业互联网中底层设备进行通信的网关的原理示意图。

图2显示为网关控制器的一实施原理图。

元件标号说明

1 网关

11 第一通信接口模块

12 第二通信接口模块

13 网关控制器

131 消息发送接收队列单元

132 时钟同步单元

133 请求超时处理单元

134 空闲处理单元

135 链路超时处理单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图 式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，为一种用于工业互联网中底层设备进行通信的网关的原理示意图，如图所示，该网关1可以包括：第一通信接口模块11，连接底层设备，适于按照所述底层设备的接口通信协议发送和接收数据；第二通信接口模块12，连接适于对所述底层设备进行直接控制的主机，适于发送和接收网络数据；网关控制器13，至少包括具有高低两级优先级的消息发送接收队列单元131，通过所述第二通信接口模块12接收主机发送的包括优先级的业务请求，按照优先级从高到低的顺序将所述业务请求通过所述第一接口模块发送至底层设备，以及通过所述第一接口模块接收所述底层设备的响应并将其通过第二接口模块上报至主机，其中，所述底层设备与主机之间为半双工数据通信。

上述方案可以用以实现工业现场底层设备到一级网关监控的分散式数字控制和现场通信网络，其中，底层设备可以是智能仪表。

在具体实施中，第二接口模块可以为以太网网络接口，用于接入以太网，实现与连接在以太网上的主机之间的通信。

在具体实施中，请再结合图2，为网关控制器的一实施原理图，如图所示，在网关控制器13中还可以包括时钟同步单元132，适于采用曼彻斯特编码对时钟和数据进行编码，且由电压跳变的相位来生成曼彻斯特编码，其中，低电平的中间时刻跳变表示编码0，高电平中间时刻的跳变表示编码1。通过这样方案可以防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误，使得网关对于底层工业现场仪表(裸表)系统有更好的同步能力和更好的抗干扰性能，从而增加了网关的兼容性。

在具体实施中，请再结合图2，所述网关控制器13还可以包括一请求超时处理单元133，适于在设定时间内没有收到对应业务请求的响应时，按照优先级从高到低的顺序发送一下业务请求。从而可以大幅提升数据通信的上行速率。

在具体实施中，请再结合图2，网关控制器13还可以包括一空闲处理单元134，适于在消息发送接收队列单元131空闲时向底层设备发送用于上报数据的空闲请求。这样可以在主机没有请求时，主动让底层设备进行数据上报，使得整个现场通信不至于处在一个被动的工作状态中，提高了网关将底层现场数据上行的速率。

在具体实施中，请再结合图2，网关控制器13还可以包括链路超时处理单元135，适于接收在底层设备响应超时时发送的临时响应，依据所述临时响应来保持链路连接并对所述临 时响应作不上报处理，从而避免链路超时，临时响应不上报主机也就不会对整个业务处理造成影响。

进一步地，本发明相对于目前主流基于物联网的智能网关的操作繁琐、功能单一及大多只支持单项操控或简单的信息反馈操控的技术来看，本发明可以大幅提升的底层数据的上行速率，能让上端主机及时接受到现场的情况变化而做出准确的判断和操作。

此外，本发明具有较好的向下兼容性，本专利阐述的网关结构中采用了曼彻斯特编码(manchester)的同步时钟编码技术。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和0，用负的电压跳变表示1，用正的电压跳变表示0。曼彻斯特编码电平跳变的规则是：低电平的中间时刻跳变表示‘0’，用高电平中间时刻的跳变表示‘1’。通过这样的方式防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。这使得网关对于底层工业现场仪表(裸表)系统有更好的同步能力和更好的抗干扰性能，从而增加了网关的兼容性。

综上所述，本发明本发应用于工业互联网的底层网关，用以在复杂，多变，安全隐患的工业现场收集工业数据、解析转换、管理接口、安全供电、高速安全上下行数据指令。相较于目前的智能网关，上行速率大幅提升，可及时反馈工业现场情况，根据具体的情况让上端做出正确有效的操作控制。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。