一种基于工业物联通讯的多数据集成服务平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于于工业物联通讯技术领域，特别是提供了一种基于工业物联通讯的多数据集成服务平台，该平台可以实现多种现场总线、多种自组网无线网络和远程无线网络通讯的数据集成与融合，并具有图像采集显示功能，开放的软硬件架构支持多种总线业务板卡扩展，支持基于ModbuS-TCP、0PC等多种协议的软件插件；同时该集成网关具有网络安全隔离作用，属于物联网应用技术和工业控制网络安全技术相结合的工业自动化领域。
【背景技术】
[0002]在湖南大学的硕士论文《一种通用的云存储及物联网数据服务平台设计》(作者夏崧洋)中重点阐述了物联网相关的射频硬件接口技术和数据存储的云平台技术及其应用；在《供用电》2014年12期《基于物联网_云计算和大数据的工业能源管理系统》(作者刘勇、闫鲁杰)一文中也是重点说明了云平台结构下的数据采集和存储技术；以上的两篇文献中提到的技术只是在各自局部的子系统内结合目前最新技术进行了提升，适用面比较窄，面对工业现场纷繁复杂的产品和接口以及各自需要实现的功能无能为力;两篇文献中的相关技术产品不能将工业控制系统网络涉及的工业控制层和信息层的采集、控制、视频监控、通讯、安全子系统相关技术通过高速总线交互技术有机的集成结合，并通过平台软件和大容量压缩的嵌入式数据库提供可视化服务。
[0003]所以，为了适应当前网络集成、集约、多业务一体化需求而研制的一款高集约性、高可靠性、具备数据交换、存储、处理、总线、安全、无线、视频解码等功能的信息一体化集成服务的需要。并能够实现二层数据转发、三层业务交换，数据无线加密传输、数据存储与处理、总线传输、视频解码等;能够根据业务流特征设置数据交换，自身完成数据存储与对外数据传输加密，确保网络的安全使用。开发一套基于工业物联通讯的多数据集成服务平台将现场需要的现场总线转换网关、无线转换网关、图像采集卡和显示卡、交换机以及工业控制网络安全隔离等设备有机集成，实现多类型、大数据、多设备的高速互联互通，满足物联应用和工业控制网络安全管理功能。该平台对于实现自动化系统的物联集成、云终端采集、安全管理和后期设备维护起到了重要作用。适用于安全级别高、现场设备通讯方式复杂、数据量大、要求数据交换速度高的应用环境。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于工业物联通讯的多数据集成服务平台，解决了各类作业自控、安全监管和装备信息化系统，存在着设备型号繁杂、技术体制不一、数据接口各异等问题，信息资源不能汇联融合，无法形成整体有效的信息化保障能力。通过平台的总体规划和标准控制，从软硬件和数据接口三个层面对自控系统建设进行规范和引导，打破目前各个系统技术制式不一，集成度不高，综合效益低的局面，充分发挥信息的联动作用与整体展示功能。使得系统很简单实现网络冗余、设备冗余、数据冗余等设计，同时设计了一整套的安全控制机制，采用物理隔离与逻辑隔离手段，支持数据加密、防病毒、网络防火墙、用户认证、入侵防护等功能，并对关键节点、关键数据提供冗余保护，确保工业控制系统的稳定运行。
[0005]本发明平台包括带有风扇的7U机箱、I块总线背板和16个可插拔板卡构成;7U机箱共有2个电源板卡槽位和14个槽位，其中电源板卡槽位宽度是板卡槽位宽度的2倍，14个槽位为2个主控板卡槽位和12个业务板卡槽位。16个可插拔板卡为2个互为冗余的电源板、2个主控板卡(下文称为主控板卡A和主控板卡B)、2个交换板卡、2个刀片式服务器板卡、I块串口卡、I块1采集板卡、2块总线板卡、I块远程无线加密通讯板卡、I块视频解码卡、I组(2块)安全隔离板卡；除电源板卡和主控板卡之外的所有12个板卡称为业务板卡。7U机箱的风扇在机箱最低部，可实现插拔，根据热力学原理，放在底部使得热向上容易散出；互为冗余的2个电源板卡放于平台机箱的最右侧。其中主控板卡A与主控板卡B互为备份，正常情况下主控板卡A工作，当主控板卡A故障后主控板卡B主动接替主控板卡A，进行数据传输转发，主控板卡A与主控板卡B之间通过心跳报文实现主控间的监控;互为冗余的2个主控板卡放在平台的最靠近电源位置。2个交换板卡主要为接入数据用户提供路由通信，实现不同业务不同网段之间的相互访问，2个刀片式服务器主要用于数据采集监控、存储、处理等；I块串口卡主要用于串行总线通信支持RS232、RS485等；I块1采集板卡用于数字量和模拟量信号输入输出；2块总线板卡用于总线协议间通信，如CAN、M-BUS,Profi BUS与以太网间转换；I块视频解码卡主要用于HDMI视频解码、大屏上墙等;还有I块远程无线加密通信板卡，用于数据信息的远程无线通讯，所有数据通过远程无线加密通信板卡内的加密芯片实现数据加密后进行传输。这些业务板卡依次插在2个主控板卡的左侧，他们相互可任意更换卡槽位置。安全隔离板卡主要用户无线加密，数据隔离安全等，由2块组成分别为内部网络和外部网络安全隔离板卡，外部网络隔离板卡置于7U机箱的最左侧，在总线背板上与内部网络不连通。除安全隔离板卡的外部网络安全隔离板卡外，所有板卡都通过总线背板上的总线与主控板卡通信实现数据交互，嵌入式数据库和可视化服务界面安装在刀片式服务器上。见图1多数据集成服务平台的板卡组成框图。
[0006]该平台支持高速数据网络交换、多类型业务数据和流媒体数据集成、工业网络信息安全等功能。
[0007]该平台高速网络数据交换部分具备的板卡可实现网络管理、本地数据交换，三层核心数据数据汇聚交换，同时配有强大的路由表可实现远程路由；数据集成部分是平台的核心功能，可实现对各种总线计量仪表数据采集、音视频流媒体数据集成，实时和历史数据存储、数据无线远程发布以及于ModbuS-TCP、0PC等多种协议的软件插件、基于工况监控、设备诊断等相关的业务信息管理服务软件;信息安全是整个平台的稳定可靠性保障，通过物理隔离硬件和加密数据传送的方式实现，同时将工业各种协议基于白名单的方式实现协议过滤。
[0008]该平台由7U机箱、冗余电源板卡、冗余主控板卡、通讯业务板卡、网络安全管理板卡、加密无线通讯板卡以及总线背板组成，其中通讯业务板卡可实现业务槽位功能互换;可根据现场环境的应用进行任意裁剪和灵活配置。
[0009]该平台具有基于PICMG包交换的双冗余主控背板和桥接芯片数据交换的通讯设
i+o
[0010]采用PCIE总线、双星型背板通讯方式，通过PICMG包交换方式实现包报文数据快速交换达到240Gbps板卡之间通过背板240G带宽的数据包交换方式实现。冗余主控板卡之间通过心跳报文相互监测实现热备冗余主控板卡的无缝隙自由切换。通过桥接芯片实现数据转发的实时性。
[0011]该平台具有热备冗余电源和冗余主控板卡的低延迟设计。
[0012](I)冗余电源配置2个电源板卡。电源板卡设计采用热插拔及过、欠压保护的冗余电源设计，通过防护电源热插拔浪涌电流的单路冗余电源芯片LTC435实现。
[0013](2)主控板卡选用交换芯片MV98DX4122的交换容量能够保证所有端口均能够线速转发，确保设备存储转发延迟时间小于5yS。同时采用数据类型分类抑制的方式，能够将组播报文和广播报文进行区分对待，并设置不同的抑制阈值，能够实现组播报文的正常传输和无效数据的有效抑制，从而实现带宽的合理分配，减小报文的传输时延。
[0014](3)主控板卡软件设计时提供8个优先级，四个队列，能够识别不同报文的优先级，同时配合权重(相对优先级)或抢占(绝对优先级)模式，能够实现重要数据的实时传输，减小传输延迟。
[0015](4)通过QOS优先级实现重要数据的优先传输，确保重要数据传输的实时性，减小传输延迟。
[0016]该平台具有基于存储介质物理通道的信息安全隔离板卡设计和自定义数据摆渡设计。
[0017]信息安全隔离网闸内部由两个独立主机系统组成，每个主机系统分别具有独立的运算单元和