基于工业互联网协议架构的报文通信方法及装置与流程

本发明涉及全自动干细胞制备领域，更具体地说是基于工业互联网协议架构的报文通信方法及装置。

背景技术：

目前，现有的工业互联网协议需要定时查询底层所有数据，不能针对需要查询的信息的进行针对性的查询，而且在传输效率、单次传送的数据量等方面不理想，并且配置较复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于工业互联网协议架构的报文通信方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于工业互联网协议架构的报文通信方法，所述工业互联网协议架构包括服务端、客户端以及协助端；所述方法包括：

协助端下发查询信息数据的指令至客户端；

客户端对接收到的协助端下发的指令进行处理之后下发至服务端；

服务端根据接收的客户端下发的指令执行对应的业务操作，并将业务操作的结果返回至协助端。

其进一步技术方案为：所述客户端包括消息适配层、消息平台层、应用层以及web服务层；所述客户端对接收到的协助端下发的指令进行处理之后下发至服务端的步骤，具体包括以下步骤：

web服务层通过第一协议消息接收协助端发送的指令信息；

应用层接收解析web服务层的第一协议消息，并在第一协议消息的基础上构造第二协议消息将指令信息发送给消息平台层；

消息平台层根据第二协议消息的请求指令将报文转发给消息适配层；

消息适配层接收报文数据并将第二协议消息转换为第三协议消息。

其进一步技术方案为：所述第一协议消息为json消息。

其进一步技术方案为：所述第二协议消息为统一协议消息。

其进一步技术方案为：所述第三协议消息为modbus消息。

基于工业互联网协议架构的报文通信装置，所述工业互联网协议架构包括服务端、客户端以及协助端；所述装置包括第一发送单元、处理单元以及反馈单元；

所述第一发送单元，用于协助端下发查询信息数据的指令至客户端；

所述处理单元，用于客户端对接收到的协助端下发的指令进行处理之后下发至服务端；

所述反馈单元，用于服务端根据接收的客户端下发的指令执行对应的业务操作，并将业务操作的结果返回至协助端。

其进一步技术方案为：所述客户端包括消息适配层、消息平台层、应用层以及web服务层；所述处理单元包括接收模块、构造模块、转发模块以及转换模块；

所述接收模块，用于web服务层通过第一协议消息接收协助端发送的指令信息；

所述构造模块，用于应用层接收解析web服务层的第一协议消息，并在第一协议消息的基础上构造第二协议消息将指令信息发送给消息平台层；

所述转发模块，用于消息平台层根据第二协议消息的请求指令将报文转发给消息适配层；

所述转换模块，消息适配层接收报文数据并将第二协议消息转换为第三协议消息。

其进一步技术方案为：所述第一协议消息为json消息。

其进一步技术方案为：所述第二协议消息为统一协议消息。

其进一步技术方案为：所述第三协议消息为modbus消息。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提供的基于工业互联网协议架构的报文通信方法，协议架构中可根据需求从服务端(plc、设备)中查询相应的信息，且此协议层级少，提高消息传递的效率；单次获取的数据量根据需求可自行设定，可传递较大数据量的信息。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明基于工业互联网协议架构的架构图；

图2为本发明基于工业互联网协议架构中控制报文的结构图；

图3为本发明基于工业互联网协议架构中控制报文的固定报头的格式图表；

图4为本发明基于工业互联网协议架构中控制报文的固定报头的功能类型图表；

图5为本发明基于工业互联网协议架构中控制报文的固定报头的对象仓id图表；

图6为本发明基于工业互联网协议架构中控制报文包含有效载荷的情况的图表；

图7为本发明基于工业互联网协议架构中控制报文“仓1种瓶”报文格式图表；

图8为本发明基于工业互联网协议架构中控制报文“仓1种瓶”报文返回格式图表。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明提供了基于工业互联网协议架构的报文通信方法，请参考图1，工业互联网协议架构包括服务端、客户端以及协助端；该报文通讯方法包括：

s10、协助端下发查询信息数据的指令至客户端；

s20、客户端对接收到的协助端下发的指令进行处理之后下发至服务端；

s30、服务端根据接收的客户端下发的指令执行对应的业务操作，并将业务操作的结果返回至协助端。

plc与设备为服务端，camp平台(上位机)为客户端，网页或云平台为协助端。

本发明主要应用于全自动干细胞制备系统中，通过该工业协议架构，能够根据需求从plc、设备查询相应的信息，且此协议层级少，提高消息传递的效率；单次获取的数据量根据需求可自行设定，可传递较大数据量的信息。

请参考图1，客户端包括消息适配层、消息平台层、应用层以及web服务层；步骤s20具体包括以下步骤：

s201、web服务层通过第一协议消息接收协助端发送的指令信息；

s202、应用层接收解析web服务层的第一协议消息，并在第一协议消息的基础上构造第二协议消息将指令信息发送给消息平台层；

s203、消息平台层根据第二协议消息的请求指令将报文转发给消息适配层；

s204、消息适配层接收报文数据并将第二协议消息转换为第三协议消息。

其中，第一协议消息为json消息((图1中命名为jsonmsg))；第二协议消息为统一协议消息(图1中命名为campmsg)；第三协议消息为modbus消息(图1中命名为modbusmsg)。

消息适配层：消息适配层负责不同协议消息之间的转换。由于不是所有设备都支持modbus协议，因此camp通过适配层来处理不同类型的底层协议消息，统一转化为camp协议消息，或将camp协议消息转化为不同的底层消息。消息适配层需要根据配置文件的配置，将camp消息转化为modbus消息。

消息平台层：消息平台层负责camp消息的构造、接收和发送。接收应用层的发送请求消息，并把报文转发给相应的消息适配器；接收消息适配层的响应消息，转发到对应的应用模块进行处理。

应用层：应用层负责解析处理消息，接收解析web服务层的json消息，构造camp消息发送给消息平台层；接收解析消息平台层的camp消息，构造json消息传递给web服务层。

web服务层：web服务层负责camp平台与前端网页或云平台的交互，通过json消息接收或发送指令。

camp协议通过交换camp控制报文来通信。camp控制报文由两部分组成，以图2所述的顺序排列。每个camp控制报文都包含一个固定报头。图3描述了固定报头的格式，包括了报文的功能类型、序列号、所操作的对象id、命令id和操作结果。固定报头的第一个字节是功能类型属性，其取值和对应的功能如图4所示。固定报头的byte2-byte3是序列号，它唯一标识一条命令，每条命令序列号递增，范围在1-65535之间，超过65535后从1开始继续递增。返回消息时需带上与下发消息相同的序列号，用以匹配下发的指令。请参考图5，固定报头的byte4-byte5是对象仓id属性，表示是在某个id的仓内进行的操作，比如function_device_oper类型的命令，对象仓id表示是对该id的仓内的设备进行操作。部分camp控制报文在报文的最后部分包含一个有效载荷。有效载荷描述了控制报文实现具体功能时所需的参数。图5列出了需要有效载荷的控制报文。

报文发送过程如下：

以function_chamber_oper(业务操作)类型的报文为例，该类型报文一般在自动化制备业务执行过程中使用。业务操作报文通过camp的内部应用层模块下发消息，消息平台层接收到报文后，调用消息适配层的接口，将报文转化为modbus报文格式，最后通过接口发给下位机plc。

以对配液仓a1的业务操作为例，该仓有模式设置(chamber_a1_action_mode＝1)，初始化(chamber_a1_action_init＝2)，种瓶(chamber_a1_action_sow＝3)，收获(chamber_a1_action_harvest)，共4种业务操作。图7中的命令表示对配液仓进行种瓶操作。

报文接收过程如下：

设备收到命令后开始执行，并将执行情况返回给上位机，camp平台将设备返回的消息封装为camp控制报文格式。报文中的功能类型，序列号，对象仓id，命令id的值与下发命令保持一致，操作结果有4种，0：保留，1：执行中，2：执行成功，3：执行失败。图8表示控制报文“仓1种瓶”返回报文的格式。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上述的基于工业互联网协议架构的报文通信方法，本实施例还提供了基于工业互联网协议架构的报文通信装置。工业互联网协议架构包括服务端、客户端以及协助端；装置包括第一发送单元、处理单元以及反馈单元；

第一发送单元，用于协助端下发查询信息数据的指令至客户端；

处理单元，用于客户端对接收到的协助端下发的指令进行处理之后下发至服务端；

反馈单元，用于服务端根据接收的客户端下发的指令执行对应的业务操作，并将业务操作的结果返回至协助端。

客户端包括消息适配层、消息平台层、应用层以及web服务层；处理单元包括接收模块、构造模块、转发模块以及转换模块；

接收模块，用于web服务层通过第一协议消息接收协助端发送的指令信息；

构造模块，用于应用层接收解析web服务层的第一协议消息，并在第一协议消息的基础上构造第二协议消息将指令信息发送给消息平台层；

转发模块，用于消息平台层根据第二协议消息的请求指令将报文转发给消息适配层；

转换模块，消息适配层接收报文数据并将第二协议消息转换为第三协议消息。

第一协议消息为json消息。

第二协议消息为统一协议消息。

第三协议消息为modbus消息。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明中各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。