一种基于物联网架构的增强型Modbus协议栈的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网通信技术领域，尤其涉及一种基于物联网架构的增强型Modbus协议栈。
【背景技术】
[0002]Modbus协议是由施耐德公司于1979年开发的一种串行通信协议。采用客户机/服务器方式进行通讯，由客户机向服务器发出服务请求，服务器通过功能码对客户机的请求做出响应。由于Modbus协议具有开放、免费以及简单易学的特点，已广泛应用于工业自动化控制领域。
[0003]随着计算机和网络技术的发展，通过Internet或者Intranet对现场设备进行远程控制越来越受到人们的关注，施耐德公司于1999年公布了基于TCP/IP的Modbus/TCP协议。该协议是Modbus系列协议的派生产品,通过简单的将Modbus巾贞嵌入到TCP巾贞中，实现客户机与服务器之间基于TCP/IP的应答式Modbus报文传递。Modbus/TCP的特点决定了其最通用的用途是为诸如PLC、1/0模块以及连接其他简单域总线的网关服务。
[0004]物联网应用平台往往是采用基于多层框架结构的平台化策略构建，一般由感知层、传输层以及平台应用层三部分组成，感知层主要由感知边缘网关、边缘采控器以及各类传感器、控制器组成；传输层主要包括3G、4G、WIFI等多种通讯网络；平台应用层主要由应用平台、数据中心以及感知适配网关组成。其中，感知适配网关位于平台应用层与感知层之间，实现的功能是数据的协议解析和中继转发；感知边缘网关是边缘采控器的数据通道，负责各类传感信息与控制指令信息的转发服务，并具有本地设备配置管理的功能。感知边缘网关与感知适配网关之间通过广域网连接；感知边缘网关与边缘采控器之间一般通过局域网或者VPN专网连接；边缘采控器与各类传感器、控制器之间一般通过串行链路(如RS485等)连接。
[0005]基于上述描述可知，Modbus/TCP可完美实现感知边缘网关与边缘采控器之间的通讯，但是无法完成感知边缘网关与上一级感知适配网关之间的通信。因此，本文提出一种基于物联网架构的增强型Modbus协议栈来解决这一问题，满足物联网架构的应用场景。
【发明内容】
[0006]本发明的目的:
为了克服Modbus/TCP协议在物联网应用中的局限性，本发明提出了一种基于物联网架构的增强型Modbus协议栈，以实现物联网应用场景中的业务应用平台与前端设备的数据交换。
[0007]本发明的技术方案如下:
一种基于物联网架构的增强型Modbus协议栈，包括:边缘采控器与传感器设备之间的Modbus协议,感知边缘网关与边缘采控器之间的Modbus/TCP协议,感知适配网关与感知边缘网关之间的增强型Modbus转换协议；其中所述增强型Modbus转换协议，其特征在于:基于TCP/IP协议，在传统Modbus/TCP MBAP报文头的基础上增加一个功能区分字节，作为客户应用层的业务区分代码，由客户机根据业务区分代码来进行Modbus协议的转换，并解析出Modbus协议对应的功能代码，客户应用层不需要考虑Modbus的底层协议。
[0008]本发明的有益效果是:
本发明中提供的一种基于物联网架构的增强型Modbus协议栈，扩展了 Modbus协议在广域网上的应用范围，增强了物联网业务平台应用层与客户机的网络跨域分布式应用，而且易于客户应用层的二次开发。
【附图说明】
[0009]图1是本发明中基于物联网架构的增强型Modbus协议栈的结构示意图。
[0010]图2是本发明中基于物联网架构的增强型Modbus协议栈在物联网应用场景中的网络拓朴图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例是本发明一部分实施例，不是全部的实施例。
[0012]如图1所示，本发明中基于物联网架构的增强型Modbus协议栈，由三部分组成，包括:边缘采控器与传感器设备之间的Modbus协议，感知边缘网关与边缘采控器之间的Modbus /TCP协议,感知适配网关与感知边缘网关之间的增强型Modbus转换协议。
[0013]所述增强型Modbus转换协议是基于TCP/IP协议，在传统Modbus/TCP MBAP报文头的基础上增加一个功能区分字节，作为客户应用层的业务区分代码，由客户机根据业务区分代码来进行Modbus协议的转换，并解析出Modbus协议对应的功能代码。实施步骤包括MBAP报文头格式定义和PDU格式定义。
[0014]所述增强型Modbus转换协议MBAP报文头格式定义:
在传统Modbus/TCP MBAP报文头的基础上增加一个功能区分字节，作为客户应用层的业务区分代码，客户应用层启动请求，客户机从接收的请求中重新复制。
[0015]所述增强型Modbus转换协议PDU格式定义:
为了便于物联网平台应用层获知底层设备的物理地址，在转换协议的rou中定义了边缘网关ID、主设备ID、设备类型的概念，对应关系如下:
边缘网关ID:Modbus客户机IP
主设备ID: Modbus服务器IP
子设备ID: Modbus串彳丁子网上的设备地址
本发明的实施例如图2所示，感知边缘网关，通过局域网与边缘采控器相连，边缘采控器附带了一个串行连接的Modbus子网；感知边缘网关通过增强型Modbus转换协议在广域网上与感知适配网关连接，从而实现物联网业务应用平台与前端设备的数据交换。
[0016]【具体实施方式】包括感知适配网关与感知边缘网关之间的网络通信和感知边缘网关与边缘采控器之间的网络通信。
[0017]感知适配网关与感知边缘网关之间的网络通信方式如下:
1)感知适配网关监听一个指定端口，接收感知边缘网关的连接,多个感知边缘网关连接到感知适配网关后，准备发送下行命令和接收上行Modus设备数据；
2)感知适配网关登录成功后，根据平台应用层预先设置的定时上传时间，发送定时上传的命令给感知边缘网关，感知边缘网关接收到定时上传命令后，采用ScheduledExecutorService 类的 scheduleWithFixedDelay 方法执行定时器的任务，在指定的时间间隔到达的时候，感知边缘网关定时上传Modbus设备信息的内容；
3)感知适配网关通过Web控制页面，向感知边缘网关发送查询指定传感器的历史数据命令。查找指定传感器的方法为:感知边缘网关ID —边缘采控器ID —传感器ID。感知适配网关通过感知边缘网关ID在保存的Socket池中取出对应感知边缘网关ID的Socket连接，并发送查询命令的消息到感知边缘网关，感知边缘网关获取指定传感器的数据并上传给感知适配网关；
4)感知适配网关通过Web控制页面，向感知边缘网关发送控制指令到指定控制器的命令。查找指定控制器的方法为:感知边缘网关ID —边缘采控器ID —控制器ID。感知适配网关通过感知边缘网关ID在保存的Socket池中取出对应感知边缘网关ID的Socket连接，并发送查询命令的消息到感知边缘网关，感知边缘网关获取指定控制器的地址，发送控制命令的数据并上传给感知适配网关。
[0018]感知边缘网关与边缘采控器之间的网络通信方式如下:
1)感知边缘网关监听一个指定端口，接收边缘采控器的连接，多个边缘采控器连接到感知边缘网关，接收上行Modbus设备数据，并保存到数据库中；
2)感知边缘网关接收到查询传感器历史数据命令时，根据查询命令，获知要查询的传感器ID和查询的时间段，根据获取的时间段从数据库中查询指定传感器的历史数据，把获取的历史数据以增强型Modbus转换协议的方式进行分装，并上传到感知适配网关；
3)感知边缘网关接收到控制命令时，根据控制命令，获知边缘采控器ID和控制器的ID，并进一步获取边缘采控器和控制器的连接地址，采用Modbus/TCP协议向边缘采控器发送控制命令，边缘采控器接收到控制命令后采用Modbus协议发送控制命令给指定的控制器。
【主权项】
1.一种基于物联网架构的增强型Modbus协议栈，包括:边缘采控器与传感器设备之间的Modbus协议，感知边缘网关与边缘采控器之间的Modbus/TCP协议，感知适配网关与感知边缘网关之间的增强型Modbus转换协议；其中所述增强型Modbus转换协议，其特征在于:基于TCP/IP协议，在传统Modbus/TCP MBAP报文头的基础上增加一个功能区分字节，作为客户应用层的业务区分代码，由客户机根据业务区分代码来进行Modbus协议的转换，并解析出Modbus协议对应的功能代码。
【专利摘要】本发明涉及物联网通信技术领域，尤其涉及一种基于物联网架构的增强型Modbus协议栈，包括：边缘采控器与传感器设备之间的Modbus协议，感知边缘网关与边缘采控器之间的Modbus/TCP协议，感知适配网关与感知边缘网关之间的增强型Modbus转换协议；其中所述增强型Modbus转换协议，其特征在于：基于TCP/IP协议，在传统Modbus/TCPMBAP报文头的基础上增加一个功能区分字节，作为客户应用层的业务区分代码，由客户机根据业务区分代码来进行Modbus协议的转换，并解析出Modbus协议对应的功能代码。本发明扩展了Modbus协议在广域网上的应用范围，增强了物联网业务平台应用层与客户机的网络跨域分布式应用，而且易于客户应用层的二次开发。
【IPC分类】H04L29/08
【公开号】CN105306516
【申请号】CN201410373623
【发明人】傅骞
【申请人】傅骞
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年8月1日