一种可用于实时传输的以太网通信方法与流程

本发明涉及一种以太网通信方法，具体涉及一种可用于实时传输的以太网通信方法。

背景技术：

以太网是目前应用最为广泛的一种局域网通信技术，经过40多年的发展，其传输介质不断改进，传输速率和效率均具有很大的提升。随着城域以太网论坛(MEF)不断将以太网技术作为交换技术和传输技术广泛应用于城域网建设，以太网已经不仅仅局限于局域网应用，而是能够更广泛地应用到城域网(MAN)和广域网(WAN)的领域。

现有技术的以太网数据传输多采用CSMA/CD介质访问控制机制，各个节点之间的传输冲突采用BEB算法进行处理，具有排队延迟的缺陷，使之无法在工业控制中得到有效的使用。因此，在工业控制中应用得较多的仍然是能够更好地实现实时、确定性通信的现场总线技术，或者是以太网与现场总线相结合的综合控制网络。

然而，与现场总线相比，以太网具有以下优点：(1)软硬件资源丰富，应用广泛，成本低廉；(2)通信速率高，比目前任何一种现场总线都快；(3)以太网支持多种传输介质、支持总线型和星型拓扑结构、易于与Internet连接，因此可扩展性强，能将工业控制网络的信息无缝集成，实现生产过程的远程监控、设备管理、软件维护和故障诊断。所以，改进以太网的通信方式，使以太网能够实现实时确定的通信，提升其实时性、确定性和通信可靠性已经成了目前以太网开发的迫切需求之一。

技术实现要素：

为解决上述问题，提供一种能够实现实时通信的以太网，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种可用于实时传输的以太网通信方法，该以太网包含多个平等并且具有相互通信连接的节点，每个节点具有用于进行数据传输的数据链路层，其传输的数据包括时间触发型数据和事件触发型数据，其特征在于：在数据链路层之上设置一个会话层，用于进行数据传输过程中节点之间的数据传输协调，会话层将通信时间分为持续时间相等并且循环重复的通信循环，每个通信循环均包括依次设置的一个静态段和一个动态段，静态段由多个时长相等并且具有不同编号的时隙构成，用于进行时间触发型数据的传输，动态段用于根据优先级进行事件触发型数据的传输，其中，每个时隙对应一个节点或一个时间触发型的数据传输任务，会话层至少用于记录时隙编号、起止时间及每个时隙所对应的节点或数据传输任务。

本发明提供的可用于实时传输的以太网通信方法，还可以具有如下技术特征：其中，动态段由多个时长相等并且具有不同编号的微时隙构成，每个节点具有互不相同的优先级，当节点需要进行事件触发型数据的传输时，优先级最高的节点占用一定数量的微时隙进行事件触发型数据的传输，会话层还用于记录和收发微时隙的编号和起止时间、节点的优先级以及需要进行事件触发型数据传输的节点队列。

本发明提供的可用于实时传输的以太网通信方法，还可以具有如下技术特征：其中，当一个节点完成一次事件触发型数据传输时，该节点通过会话层发送一个结束报文，让下一个优先级的节点进行事件触发型数据的传输。

本发明提供的可用于实时传输的以太网通信方法，还可以具有如下技术特征：其中，静态段内的数据传输采用预定的固定带宽，动态段内的数据传输采用可变带宽。

本发明提供的可用于实时传输的以太网通信方法，还可以具有如下技术特征：其中，通信循环还包括一个设置在动态段之后的空闲段，该空闲段内所有的节点均不进行数据传输。

发明作用与效果

根据本发明提供的可用于实时传输的以太网通信方法，由于在数据链路层上增设了一层会话层，该会话层将通信时间分为持续时间相等并且循环重复的通信循环，每个通信循环均具有一个静态段，该静态段包括多个编号不同且与节点或传输任务一一对应的时隙，因此能够各个节点之间的时间触发型通信并保证定时传输任务的完成，使以太网实现了时间确定性的通信，能够应用于具有实时通信要求的网络环境中。

附图说明

图1是本发明的以太网通信方法所采用的以太网通信系统结构示意图；

图2是本发明的通信循环的结构示意图；

图3是本发明的时隙与微时隙的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

本发明的以太网通信方法所采用的以太网通信系统包括多个平等并且具有相互通信连接的节点。

图1是本发明的以太网通信方法所采用的以太网通信系统结构示意图。

如图1所示，每个节点均具有自上而下设置的应用层、传输层、网络层、会话层、数据链路层以及物理层。其中，应用层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层的设置及结构与通常的以太网系统相同。其中，应用层是最高层，是用户与网络的交互界面，负责处理网络特定的细节信息，应用层可为用户提供多种应用协议，如HTTP、SMTP和FTP等提供终端用户服务；传输层主要用于进行互联网络终端间的通信，为多台主机上的应用程序提供端到端的通信。网络层又称互联网层，主要功能为：逻辑寻址、数据封装、处理及传输、路由等。

数据链路层主要包括逻辑链路控制子层(Logical Link Control，LLC)和媒体介入控制子层(Media Access Control，MAC)。其中，逻辑链路控制子层用于接收滤波、收发超载通知和进行恢复管理，媒体介入控制子层用于进行数据封装/拆装、帧编码、媒体访问管理等。会话层位于数据链路层之上，用于进行节点之间数据传输过程中的协调控制。另外，物理层作为传输媒体，用于进行位编码和解码、位定时和同步。

图2是本发明的通信循环的结构示意图。

如图2所示，本发明的会话层通过将通信时间分为持续时间相等并且循环重复的通信循环来完成通信过程中的协调工作。每个通信循环均包括依次设置的静态段、动态段和空闲段，静态段用于进行确定性实时通信，其数据传输采用预先设定的预定带宽；动态段用于进行事件触发型数据传输，其数据传输采用可变带宽。空闲段为通信循环的结束阶段，在该空闲段内网络处于空闲模式，各个节点均不进行数据传输。在系统组态时，各个节点之间的时间均事先进行同步，因而每个通信循环的开始时刻均源自于一个同步时基的触发信号。

图3是本发明的时隙与微时隙的结构示意图。

如图3所示，静态段分为n个持续时间相同的时隙(即slot)，这些时隙的编号各不相同，因而每个时隙的编号均是唯一的，即，这些时隙按照时间排序，编号分别为slot 1～slot n。并且，每个时隙的持续时间、开始时刻和结束时刻均在系统组态时就设定好；当使用双通道模式通信时，两个通道上的时隙格式(编号、持续时间、起止时刻)也完全相同。每个时隙均对应一个需要进行定时传输的节点或者数据传输任务，其对应关系由节点或任务的编号与时隙编号一一对应来实现。例如，当一个节点具有定时传输的需要时，在系统组态时就为其分配一个编号确定的时隙，该节点的会话层在该时隙的开始时刻让其通过开始进行定时数据的传输，并在该时隙的结束时刻让其停止传输。

其中，会话层记录有这些时隙的编号、起止时刻以及对应的节点或任务编号，让需要进行定时传输的节点以及定时传输任务所需的节点在其对应的时隙内进行数据传输。

如图3所示，动态段分为多个持续时间相同的微时隙，这些微时隙同样具有各不相同的编号。在本实施例中，微时隙的编号按照同一通讯循环的时隙编号来进行继续编号，即微时隙的编号为n+1，n+2，n+3，……，n+x。当一个节点需要进行事件触发型的数据传输时，该节点向网络上发送一个要求进行数据传输的报文，并且将其编号记入事件触发型数据传输的队列。不同的节点具有不同的优先级，该优先级同样在系统组态时分配给各个节点并记录在会话层中。

当事件触发型数据传输的队列中，某个节点的优先级最高时，该节点就占用一定数量的微时隙，并将这些微时隙作为动态时隙来进行事件触发型的数据传输，发送相应的动态段数据帧。每个动态段数据帧结尾包括一个帧尾标识符，让其他节点的会话层接收该节点发送结束的信息，从而使下一个优先级的节点继续占用该微时隙以后的一定数量微时隙来进行传输。

其中，会话层还记录有这些微时隙的编号、起止时刻、需要进行事件触发型数据传输的节点队列以及各个节点的优先级。让需要进行定时传输的节点以及定时传输任务所需的节点在其对应的时隙内进行数据传输。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的可用于实时传输的以太网通信方法，由于在数据链路层上增设了一层会话层，该会话层将通信时间分为持续时间相等并且循环重复的通信循环，每个通信循环均具有一个静态段，该静态段包括多个编号不同且与节点或传输任务一一对应的时隙，因此能够各个节点之间的时间触发型通信并保证定时传输任务的完成，使以太网实现了时间确定性的通信，能够应用于具有实时通信要求的网络环境中。

另外，由于通过会话层还能够将动态段分为多个持续时间相同的微时隙，让节点能够按照优先级占用一定数量的微时隙来进行事件触发型数据传输，并且节点的优先级及相应的事件触发型数据传输可通过会话层来进行收发和记录，因此本实施例的可用于实时传输的以太网通信方法还能够同时实现依优先级进行的事件触发型通信，让本实施例所涉及的以太网具有了确定性、可容错性以及强实时性。