本发明属于工业嵌入式控制技术领域，尤其涉及一种基于canopen总线的工业嵌入式控制系统。
背景技术：
canopen是一种架构在控制局域网路(controllerareanetwork,can)上的高层通信协协议，包括通信子协议及设备子协议，常在嵌入式系统中使用，也是工业控制常用到的一种现场总线。canopen实现了osi模型中的网络层以上(包括网络层)的协定。canopen标准包括寻址方案、数个小的通讯子协定及由设备子协定所定义的应用层。canopen支援网络管理、设备监控及节点间的通讯，其中包括一个简易的传输层，可处理资料的分段传送及其组合。一般而言数据链结层及物理层会用can来实作。除了canopen外，也有其他的通讯协定(如ethercat)实作canopen的设备子协定。然而，现有基于canopen总线的工业嵌入式控制系统可靠性低；同时canopen网络管理灵活性差，数据传输能力弱。
波长交换光网络(wavelengthswitchedopticalnetworks，wsons)是随着光器件和光节点技术的飞速发展提出的，它由wdm光互连透明节点(例如光交叉互联，oxcs；光分叉复用器，oadm)组成。由于wsons架构可以避免使用昂贵的光电收发器做中间节点，它被认为是目前最有前途的下一代核心和城域网络技术。
基于通用多协议标签交换(gmpls)的分布式控制的wsons，可以在光网络发生故障后尽快地将受故障影响的业务恢复。gmpls协议提供路由，信令和链路管理职能，因此基于gmpls的wsons端到端光路可以动态建立，维持和释放。给出了gmpls支持保护类型和故障恢复技术。然而所有迄今提出的恢复方案集中在如何恢复受链接失败影响的光路，而没有考虑损耗或突发故障的几个光路(如光纤被切断或设备损耗)可能会影响光路的问题。事实上由于在波分复用链路中广泛使用饱和光放大器，光功率的突然起伏可能会剧烈降低与损坏光路共享光纤的其他光路的光学性能。
在物理层提出的参铒光纤放大器控制技术以及链路控制层的使用等解决方案可以用来减轻功率平坦度对光网络的影响，这需要调整发射机的输出功率或者光路中的放大器，而这种解决方案大大增加了光放大器的成本和复杂性，并引起噪声性能的恶化和光功率的减少。试图在路由层上解决同样的问题，通过引入一个统一线性规划(ilp)来尽量减少在单链路故障情况下功率平坦度所影响的光路数量。但该方案不能应用于大型网络，因此不适用于采用分布式控制的实时动态情景。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有基于canopen总线的工业嵌入式控制系统可靠性低；同时canopen网络管理灵活性差，数据传输能力弱。
现在常用的层次分析法只考虑上层元素对下层元素的支配作用，假定同一层中的指标是相互独立的，而在许多实际决策问题中，某一层内部各指标元素之间时常存在相依或回馈关系，且下层元素对上层元素也存在支配作用，若仅仅使用独立性假设，将使得结果产生偏差。
波长交换光网络存在的功率平坦度的问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于canopen总线的工业嵌入式控制系统。
本发明是这样实现的，一种基于canopen总线的工业嵌入式控制系统，包括：
供电模块，与主控模块连接，用于对嵌入式控制系统进行供电；
参数配置模块，与主控模块连接，用于配置嵌入式控制系统参数；
主控模块，与供电模块、参数配置模块、程序加载模块、冗余控制模块、canopen管理模块连接，用于调度各个模块正常工作；
主控模块的控制方法包括：在每个网络节点处引入本地矩阵，该矩阵包括控制系统中所有现有光路的功率平坦度信息，并通过rsvp-te和ospf-te协议存储和动态更新矩阵，利用该矩阵得出功率平坦度最小的路径，使单个波分复用链路在突发故障时功率平坦度对整个网络的影响达到最小；
基于流量工程资源预留协议用来在基于gmpls的动态wsons上建立光路；该协议用于网络节点间分发更新的网络状况信息，信息接着被储存在每一个网络节点的流量工程数据库中；一旦有请求，源节点在本地ted信息的基础上计算路由；计算完路由后，源节点沿该路径触发一个rsvp-te信令；最后目的节点利用所收集的信令消息分配波长；
程序加载模块，与主控模块连接，用于加载控制驱动程序；
冗余控制模块，与主控模块连接，用于对canopen设备工作任务进行合理分配；
冗余控制模块的分配管理方法包括：
canopen管理模块，与主控模块连接，用于对canopen配置、总线、节点、运行进行管理；
a，设目标与决策层中有决策指标p1,p2,…,pm，目标与决策层下的网络架构层有c1,c2,…,cn个指标集，其中ci中有元素
b，以目标与决策层决策指标ps(s＝1,2,…,m)为准则，以cj中元素ejk(k＝1,2,…,nj)为次准则，将指标集ci中指标按其对ejk的影响力大小进行间接优势度比较，即在准则ps下构造判断矩阵：
并由特征根法得权重向量wi1(jk),wi2(jk),…,wini(jk)；
c，对于k＝1,2..,ni重复上述步骤，得到下式所示矩阵wij；
其中，wij的列向量为ci中的元素
d，对于i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,n重复b，可获得决策准则ps下的超矩阵w:
e，在所述超矩阵w中，元素wij反映元素i对元素j的一步优势度；还可以计算w2，其元素wij2表示元素i对元素j的二步优势度，w2仍然列为归一化矩阵，以此类推，可以计算w3，w4，…，当w∞存在时，w∞的第j列就是准则ps下网络架构层中各元素对于j的极限相对权重向量，则
其中每一行的数值，即为相应元素的局部权重向量；当某一行全部为0时，则相应的局部权重为1；将局部权重按元素顺序排列即得到局部权重向量；
进一步，所述冗余控制模块控制方法如下：
首先，canopen设备上电启动，读取配置文件；
然后，所述canopen设备依据所述配置文件获取所述canopen设备的设备模式；
最后，若所述设备模式为canopen主模式，所述canopen设备成为canopen网络的主设备，进入到canopennmt网络管理主状态，对整个canopen网络进行管理；若所述设备模式为canopen备用主模式，所述canopen设备成为canopen网络的主备用设备，进入到一个监听状态，接收整个canopen网络的数据；若所述设备模式为canopen从模式，所述canopen设备成为canopen网络的从设备，进入到canopennmt网络管理从状态，启动pdo通信机制进行数据通信。
进一步，所述canopen管理模块包括配置管理模块、总线管理模块、节点管理模块、运行管理模块；
配置管理模块，用于接收由外部软件配置好的canopen网络配置数据，配置的过程中，根据需要调节canopen网络中的节点数量及节点通信数据量，在不同的节点数量及节点通信数据量的情况下分配所需要的cob-id；
总线管理模块，用于监控canopen总线运行情况并报告错误及错误处理；
节点管理模块，用于根据配置过后的canopen网络管理各个节点运行状态，维护各个节点的运行；
运行管理模块，用于在canopen协议的运行状态下完成canopen协议中的数据交换。
进一步，本地矩阵为a包括路由中所有现有光路的功率平坦度信息；是m×m阶矩阵，其中m是网络链路的总数量；元素ai，j∈a表示链路i上受链路j故障影响的光路数量，即同时通过链路i，j的光路数量；沿对角线的元素ai，i是代表了沿链路i建立的光路数量；
当有源节点s到目的节点d的新的光路请求到达时，源节点使用存储矩阵a来评估每个候选光路(r∈rs，d)的功率平坦度状况；每个节点对(s，d)间的候选路径的rs，d是由每个网络节点预先计算的，并且它包括了比最短路径的链路数多n跳的所有路径；特别的对于每个r∈rs，d源节点计算ar矩阵；其中ar是a矩阵经变换适应特别的路径r之后的矩阵(例如arij＝aij+1，i∈r且j∈r；否则arij＝aij)；应用公式(1)来选择路径r，使所有可能的矩阵ar中计算的所有可能的功率平坦度f(ar)最小；
进一步，功率平坦度f(ar)的计算对于每一个可能故障，对链路i的光路数量与活动光路数量之比求和；没有路由光路沿链路i(aii＝0)或者所有沿链路i的光路因链路j的故障而直接中断(即ai，i＝ai，j)就不能使用；
主控模块的控制方法具体包括：
步骤一，节点处矩阵a的生成，矩阵a包括路由中所有现有光路的功率平坦度信息；是m×m阶矩阵，其中m是网络链路的总数量；元素ai，j∈a表示链路i上受链路j故障影响的光路数量，即同时通过链路i，j的光路数量；沿对角线的元素ai，i是代表了沿链路i建立的光路数量；
步骤二，每个候选光路r∈rs，d的功率平坦度状况的评估，使用存储矩阵a来评估每个候选光路r∈rs，d的功率平坦度状况；每个节点对(s，d)间的候选路径的rs，d是由每个网络节点预先计算的，包括比最短路径的链路数多n跳的所有路径；对于每个r∈rs，d源节点计算ar矩阵；其中ar是a矩阵经变换适应特别的路径r之后的矩阵；选择路径r，使所有的矩阵ar中计算的所有的功率平坦度f(ar)最小；
步骤三，节点处矩阵a的更新，路由选定后rsvp-te信令被触发并通过传输信令消息来动态更新在所有的中间节点的矩阵a；显式路由对象是包括在rsvp-te信令消息中的，以便中间节点都知道全部的路线并修改a矩阵；当链路i和j均属于路径r时元素ai，j的值要增加1；此外，每个节点定期通过基于流量工程开放最短路径优先协议的链路状态广播向相连的节点广播有关本地列的信息，这样每个节点的a矩阵都有当前网络状态的最新信息。
本发明的另一目的在于提供一种搭载有所述基于canopen总线的工业嵌入式控制系统的信息数据处理终端。
本发明的优点及积极效果为：
本发明通过冗余控制模块实现提高canopen网络的可靠性；同时通过canopen管理模块用于canopen网络的控制系统，通过canopen配置管理模块、canopen总线管理模块和canopen节点管理实现canopen网络中的节点数量及节点通信数据量的定制，能够灵活配置canopen网络中的节点数量及每个节点的通信能力，在有限的cob-id资源下大大提高了canopen网络管理的灵活性，优化了单个的节点的数据传输能力。
canopen管理模块，用于对canopen配置、总线、节点、运行进行管理；设目标与决策层中有决策指标p1,p2,…,pm，目标与决策层下的网络架构层有c1,c2,…,cn个指标集，其中ci中有元素
本发明主控模块的控制方法每个网络节点处引入本地矩阵，该矩阵包括路由中所有现有光路的功率平坦度信息，并通过rsvp-te和ospf-te协议存储和动态更新矩阵；利用该矩阵得出功率平坦度最小的路径，使单个波分复用链路在突发故障时功率平坦度对整个网络的影响达到最小。本发明减轻了功率平坦度引起的问题，在基于gmpls的波长交换光网络(wsons)里当波分复用链接失败时功率平坦度可能会影响到生存光路，在每个网络节点里有一个m×m的储存矩阵，该矩阵通过rsvp-te和ospf-te进行动态更新，仿真结果表明，posr方案有效地减少了网络中平均关键链路数，特别是posr-0在不增加拥塞率的同时减少了关键链路。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于canopen总线的工业嵌入式控制系统结构框图。
图中：1、供电模块；2、参数配置模块；3、主控模块；4、程序加载模块；5、冗余控制模块；6、canopen管理模块。
图2是本发明实施例提供的网络拓扑示意图；
图3是本发明实施例提供的平均关键链路数示意图；
图4是本发明实施例提供的网络拥塞率示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
如图1所示，本发明提供的基于canopen总线的工业嵌入式控制系统包括：供电模块1、参数配置模块2、主控模块3、程序加载模块4、冗余控制模块5、canopen管理模块6。
供电模块1，与主控模块3连接，用于对嵌入式控制系统进行供电；
参数配置模块2，与主控模块3连接，用于配置嵌入式控制系统参数；
主控模块3，与供电模块1、参数配置模块2、程序加载模块4、冗余控制模块5、canopen管理模块6连接，用于调度各个模块正常工作；
程序加载模块4，与主控模块3连接，用于加载控制驱动程序；
冗余控制模块5，与主控模块3连接，用于对canopen设备工作任务进行合理分配；
canopen管理模块6，与主控模块3连接，用于对canopen配置、总线、节点、运行进行管理。
冗余控制模块的分配管理方法包括：
canopen管理模块，与主控模块连接，用于对canopen配置、总线、节点、运行进行管理；包括：
a，设目标与决策层中有决策指标p1,p2,…,pm，目标与决策层下的网络架构层有c1,c2,…,cn个指标集，其中ci中有元素
b，以目标与决策层决策指标ps(s＝1,2,…,m)为准则，以cj中元素ejk(k＝1,2,…,nj)为次准则，将指标集ci中指标按其对ejk的影响力大小进行间接优势度比较，即在准则ps下构造判断矩阵：
并由特征根法得权重向量wi1(jk),wi2(jk),…,wini(jk)；
c，对于k＝1,2..,ni重复上述步骤，得到下式所示矩阵wij；
其中，wij的列向量为ci中的元素
d，对于i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,n重复b，可获得决策准则ps下的超矩阵w:
e，在所述超矩阵w中，元素wij反映元素i对元素j的一步优势度；还可以计算w2，其元素wij2表示元素i对元素j的二步优势度，w2仍然列为归一化矩阵，以此类推，可以计算w3，w4，…，当w∞存在时，w∞的第j列就是准则ps下网络架构层中各元素对于j的极限相对权重向量，则
其中每一行的数值，即为相应元素的局部权重向量；当某一行全部为0时，则相应的局部权重为1；将局部权重按元素顺序排列即得到局部权重向量；
本发明提供的冗余控制模块5控制方法如下：
首先，canopen设备上电启动，读取配置文件；
然后，所述canopen设备依据所述配置文件获取所述canopen设备的设备模式；
最后，若所述设备模式为canopen主模式，所述canopen设备成为canopen网络的主设备，进入到canopennmt网络管理主状态，对整个canopen网络进行管理；若所述设备模式为canopen备用主模式，所述canopen设备成为canopen网络的主备用设备，进入到一个监听状态，接收整个canopen网络的数据；若所述设备模式为canopen从模式，所述canopen设备成为canopen网络的从设备，进入到canopennmt网络管理从状态，启动pdo通信机制进行数据通信。
本发明提供的canopen管理模块6包括配置管理模块、总线管理模块、节点管理模块、运行管理模块；
配置管理模块，用于接收由外部软件配置好的canopen网络配置数据，配置的过程中，根据需要调节canopen网络中的节点数量及节点通信数据量，在不同的节点数量及节点通信数据量的情况下分配所需要的cob-id；
总线管理模块，用于监控canopen总线运行情况并报告错误及错误处理；
节点管理模块，用于根据配置过后的canopen网络管理各个节点运行状态，维护各个节点的运行；
运行管理模块，用于在canopen协议的运行状态下完成canopen协议中的数据交换。
本发明工作时，通过供电模块1对嵌入式控制系统进行供电；通过参数配置模块2配置嵌入式控制系统参数；主控模块3调度程序加载模块4加载控制驱动程序；通过冗余控制模块5对canopen设备工作任务进行合理分配；通过canopen管理模块6对canopen配置、总线、节点、运行进行管理。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
主控模块的控制方法包括：在每个网络节点处引入本地矩阵，该矩阵包括控制系统中所有现有光路的功率平坦度信息，并通过rsvp-te和ospf-te协议存储和动态更新矩阵，利用该矩阵得出功率平坦度最小的路径，使单个波分复用链路在突发故障时功率平坦度对整个网络的影响达到最小；
基于流量工程资源预留协议用来在基于gmpls的动态wsons上建立光路；该协议用于网络节点间分发更新的网络状况信息，信息接着被储存在每一个网络节点的流量工程数据库中；一旦有请求，源节点在本地ted信息的基础上计算路由；计算完路由后，源节点沿该路径触发一个rsvp-te信令；最后目的节点利用所收集的信令消息分配波长；
本地矩阵为a包括路由中所有现有光路的功率平坦度信息；是m×m阶矩阵，其中m是网络链路的总数量；元素ai，j∈a表示链路i上受链路j故障影响的光路数量，即同时通过链路i，j的光路数量；沿对角线的元素ai，i是代表了沿链路i建立的光路数量；
当有源节点s到目的节点d的新的光路请求到达时，源节点使用存储矩阵a来评估每个候选光路(r∈rs，d)的功率平坦度状况；每个节点对(s，d)间的候选路径的rs，d是由每个网络节点预先计算的，并且它包括了比最短路径的链路数多n跳的所有路径；特别的对于每个r∈rs，d源节点计算ar矩阵；其中ar是a矩阵经变换适应特别的路径r之后的矩阵(例如arij＝aij+1，i∈r且j∈r；否则arij＝aij)；应用公式(1)来选择路径r，使所有可能的矩阵ar中计算的所有可能的功率平坦度f(ar)最小；
功率平坦度f(ar)的计算对于每一个可能故障，对链路i的光路数量与活动光路数量之比求和；没有路由光路沿链路i(aii＝0)或者所有沿链路i的光路因链路j的故障而直接中断(即ai，i＝ai，j)就不能使用；
主控模块的控制方法具体包括：
步骤一，节点处矩阵a的生成，矩阵a包括路由中所有现有光路的功率平坦度信息；是m×m阶矩阵，其中m是网络链路的总数量；元素ai，j∈a表示链路i上受链路j故障影响的光路数量，即同时通过链路i，j的光路数量；沿对角线的元素ai，i是代表了沿链路i建立的光路数量；
步骤二，每个候选光路r∈rs，d的功率平坦度状况的评估，使用存储矩阵a来评估每个候选光路r∈rs，d的功率平坦度状况；每个节点对(s，d)间的候选路径的rs，d是由每个网络节点预先计算的，包括比最短路径的链路数多n跳的所有路径；对于每个r∈rs，d源节点计算ar矩阵；其中ar是a矩阵经变换适应特别的路径r之后的矩阵；选择路径r，使所有的矩阵ar中计算的所有的功率平坦度f(ar)最小；
步骤三，节点处矩阵a的更新，路由选定后rsvp-te信令被触发并通过传输信令消息来动态更新在所有的中间节点的矩阵a；显式路由对象是包括在rsvp-te信令消息中的，以便中间节点都知道全部的路线并修改a矩阵；当链路i和j均属于路径r时元素ai，j的值要增加1；此外，每个节点定期通过基于流量工程开放最短路径优先协议的链路状态广播向相连的节点广播有关本地列的信息，这样每个节点的a矩阵都有当前网络状态的最新信息。
下面结合仿真实验对本发明作进一步描述。
仿真结果
用opnet仿真软件进行仿真；用图2所示拓扑图进行方针，它包括12个透明的节点和25波分复用双向链路，每个链路载有16波长信道；在网络节点处波长变换无法执行，因此所有已建立的光路必须满足波长连续性限制；光路请求由统一流量矩阵产生，其中统一流量矩阵服从包到达时间间隔(平均1/α)和保持时间(平均1/β)的指数分布；网络流量负荷表示为(α/β)，单位是erlang；由于典型的(ospf-te)的收敛时间是一些以秒表示的序列，并且在骨干网中光路请求时间间隔是一些以分钟或小时表示的序列，在所有网络节点上矩阵a认为是不断更新的；
因此，当平均保持时间固定在3600s时，网络流量负荷可以通过改变100s到1500s的平均包到达时间间隔而改变；三个不同版本的posr评估方案n＝0，1，2(分别为posr-0，posr-1，和posr-2)与熟知的最短路径路由(spr)进行比较，其中n表示比最短路径路由的链路数多的跳数；用10种不同的种子进行了测试仿真，并对结果依99％的置信区间进行绘图；
图3表示平均关键链路数对比网络流量负荷；如前所述，由于在一条链路上小于一半的所有信道的扰乱是可以容忍的；假设有这样一条链路，当它发生故障时，超过一半以上的波长信道直接受到影响，那么记这条链路为关键链路；即便在n＝0的时候posr方案也能够减少一些关键链路的数目，因此没有增加计算路由路径的平均长度；此外，如果可以容忍较长的路径，那么关键链路的数目可以进一步减少；然而，虽然posr-1显著优于posr-0，posr-2也有类似于posr-1的性能的，但是把候选路径延长到超过最短路径是不利的；最后由于网络流量负荷的作用，当所有的评估方案达到最大平均关键链路数后，就随着网络流量负荷的提高而降低；这主要是归因于当大量波长信道同时工作在每个波分复用链路里的时候，一条链路故障影响到一半以上从其它链路路由来的光路是不太常见的；此外网络流量负荷较高情况下建立光路的平均长度较短(长光路有较高的拥塞率)，在故障情况下，更短的光路意味着功率平坦度将影响更少的链路，因此在网络流量负荷较高的情况时关键链路的平均数减少了；
图4是网络拥塞率对比网络流量负荷的图例；图示表明与spr相比利用posr-0能在不提高网络拥塞率的同时完成spr；如果使用更有效的功率平坦度感知路由(即posr-1和posr-2)那么拥塞率会因利用更长的路径而增加；
本发明提出了一个启发式的路由方案(posr方案)，减轻了功率平坦度引起的问题：在基于gmpls的波长交换光网络(wsons)里当波分复用链接失败时功率平坦度可能会影响到生存光路；本发明还提出了它的可行分布式方案；这要求在每个网络节点里有一个m×m的储存矩阵，该矩阵通过rsvp-te和ospf-te进行动态更新；仿真结果表明，posr方案有效地减少了网络中平均关键链路数；特别是posr-0在不增加拥塞率的同时减少了关键链路。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。