專利名稱：開放網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是現(xiàn)場總線到網(wǎng)際網(wǎng)的開放互連模型現(xiàn)場總線是現(xiàn)場級設(shè)備，如傳感器、施動器、傳動裝置、PLC等互連的最有效手段，它以其低成本、高可靠、使用簡便等特點(diǎn)，日漸顯示出在過程/制造領(lǐng)域底層集成中的重要地位。但傳統(tǒng)模式的現(xiàn)場總線管理和應(yīng)用，在很大程度上受到地域和時(shí)間上的限制，人們只能在一定的范圍內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備的管理和應(yīng)用，這種模式已阻礙了現(xiàn)場總線在更廣泛范圍內(nèi)的應(yīng)用。目前，現(xiàn)場總線在工業(yè)控制領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，基本上實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的工廠級互連。然而，在對現(xiàn)場總線的管理與維護(hù)上，一些更新、更迫切的需求與問題隨之而出。對管理者來說，希望能建立一條從辦公室到現(xiàn)場設(shè)備(如傳感器、施動器等)的通道，實(shí)現(xiàn)對控制網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)的監(jiān)控。對技術(shù)人員來說，希望能通過現(xiàn)有的公共通信網(wǎng)絡(luò)，不受地域的限制，對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行存取收集數(shù)據(jù)、下載驅(qū)動、實(shí)施維護(hù)。對廣大廠商和用戶來說，更希望通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)地診斷與修復(fù)。這些需求集中體現(xiàn)在現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)與其它類型網(wǎng)絡(luò)互連的問題上。世界范圍的信息技術(shù)的革命推動計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的新紀(jì)元，Internet的廣泛應(yīng)用和迅速普及是這個(gè)時(shí)代的最突出的表現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的發(fā)展為眾多的不同類型的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入Internet提供了現(xiàn)實(shí)的可能和技上的支持。
隨著Internet的不斷發(fā)展，Internet上的豐富的網(wǎng)絡(luò)資源和不受地域、時(shí)間限制的簡便的存取手段為人們工作和生活方式的改變提供了應(yīng)有的條件，同時(shí)也把傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線的管理和應(yīng)用帶入了一種新的境界。本模型針對這一問題，采用開放的協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)造了開放網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連模型，用以解決從現(xiàn)場總線到Internet上互連的方法。
本模型的主要優(yōu)點(diǎn)1.提供一種新的管理、操作模式本模型(本模型(ONDC)，Open Network-Devices Connectivity)是一種用來解決現(xiàn)場總線與其它類型網(wǎng)絡(luò)互連的模型。它是一種基于TCP/IP協(xié)議和HTTP協(xié)議，采用多元客戶/服務(wù)器模式，從不同子網(wǎng)、不同的物理區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控、診斷、管理、維護(hù)及下載驅(qū)動程序等，從而形成過程/控制領(lǐng)域的一種新的管理、操作模式。
2.本模型具有完全的開放性，能夠滿足現(xiàn)場總線的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)和不受地域、時(shí)間、上網(wǎng)方式的限制的要求。
3.本模型中包括本模型(ONDC)并發(fā)服務(wù)器的模型及面向?qū)ο蟮奶摂M客戶的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，在對并發(fā)服務(wù)器研究的基礎(chǔ)上，還提出了基于多線程的本模型(ONDC)服務(wù)器模型。
4.本模型提供了對LAN/WAN/Internet上的客戶的透明地服務(wù)方式，并通過對現(xiàn)場總線接口驅(qū)動的動態(tài)鏈接以保證其往下的開放性。
5.本模型采用多元客戶/服務(wù)器模式的體系結(jié)構(gòu)(1)三元客戶/服務(wù)器模式主要是針對LAN上的本模型(ONDC)客戶和通過拔號入網(wǎng)的WAN上的本模型(ONDC)客戶。其中第一級為本模型(ONDC)Client與本模型(ONDC)Server，它們之間通過TCP/IP協(xié)議交互；第二級為本模型(ONDC)Server和現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備，通過網(wǎng)關(guān)接口交互。
(2)四元客戶/服務(wù)器模式四元客戶/服務(wù)器模式，也就是三級客戶/服務(wù)器模式。這種模式是為Internet上利用WWW瀏覽器的本模型(ONDC)客戶設(shè)計(jì)的第一級為Web Browser與Web Server，它們之間通過HTTP協(xié)議交互，第二級為Web Server與本模型(ONDC)Server，它們之間通過TCP/IP協(xié)議交互，第三級為本模型(ONDC)Server和現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備，通過網(wǎng)關(guān)接口交互。
盡管這兩種模式的復(fù)雜度不同，但根本上它們都是基于面向連接的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，滿足客戶/服務(wù)器的通信要求，并提供了完整的通信服務(wù)過程。
6.本模型提供了在LAN/WAN/Internet上對現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備的透明存取控制方法。
7.本模型實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場總線到Internet互連的網(wǎng)關(guān)技術(shù)本模型技術(shù)方案本模型(ONDC)包括服務(wù)器、局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)客戶機(jī)和Internet客戶機(jī)三部分。本模型服務(wù)器直接運(yùn)行于操作系統(tǒng)(Window95)之上，完成網(wǎng)關(guān)功能、客戶機(jī)通信、設(shè)備監(jiān)控及管理功能；本模型局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)客戶機(jī)直接運(yùn)行于操作系統(tǒng)(Windows)之上，完成服務(wù)器通信、設(shè)備監(jiān)控功能；本模型Internet客戶機(jī)運(yùn)行于Java虛擬機(jī)之上，完成服務(wù)器通信、設(shè)備監(jiān)控功能。
本模型的實(shí)施例程(1)環(huán)境的建立本模型(ONDC)模型的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，旨在完成現(xiàn)場總線與LAN、WAN和Internet的互連。
建立網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的過程1)建立底層網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線環(huán)境。本文采用我們自行設(shè)計(jì)的F200l智能接口板為現(xiàn)場總線的主結(jié)點(diǎn)。F2002板作為現(xiàn)場總線的從結(jié)點(diǎn)，建立一個(gè)主從式總線網(wǎng)絡(luò)，其中在每塊F2002板上有16個(gè)讀I/O口和8個(gè)寫I/O口，共可接24臺現(xiàn)場設(shè)備。
2)建立LAN/WAN/Internet環(huán)境。本文LAN環(huán)境包括3臺PC機(jī)和一臺終端服務(wù)器。其中，一臺PC預(yù)裝WINDOWS NT 4.0操作系統(tǒng)，安裝設(shè)置了WWW服務(wù)器。其余二臺PC預(yù)裝WINDOWS 95操作系統(tǒng)，一臺作為本模型(ONDC)服務(wù)器，一臺作為本模型(ONDC)LAN客戶機(jī)。終端服務(wù)器采用3COM公司的CS/3100，提供客戶拔號入網(wǎng)服務(wù)。
對于本模型(ONDC)模型的應(yīng)用環(huán)境，本模型(ONDC)服務(wù)器是運(yùn)行在WINDOW 95環(huán)境下，采用Visual C++V5.0編程環(huán)境；本模型(ONDC)LAN/WAN客戶機(jī)采用同樣環(huán)境；而本模型(ONDC)Internet客戶機(jī)運(yùn)行在JVM(Java Virtual Machine)下，采用Symantec公司的CafeV1.5編程環(huán)境。
(2)本模型(ONDC)服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本模型(ONDC)服務(wù)器作為本模型(ONDC)模型的核心部分，它的設(shè)計(jì)的好壞，直接影響整個(gè)互連模型的性能。在本模型對本模型(ONDC)服務(wù)器設(shè)計(jì)當(dāng)中，考慮到本模型(ONDC)服務(wù)器的特殊性，一方面要滿足工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性與靈活性，另一方面還要滿足各種不同客戶的隨機(jī)訪問，而且還要保證互連的開放性，所以在設(shè)計(jì)中采用了許多新技術(shù)，如多線程并發(fā)與同步、動態(tài)設(shè)備驅(qū)動技術(shù)、網(wǎng)關(guān)技術(shù)、Socket通信技術(shù)等，用以更好地實(shí)現(xiàn)本模型(ONDC)服務(wù)器功能，提高其性能。
本模型(ONDC)服務(wù)器主要功能如下
·提供不同客戶的Socket連接。
·實(shí)現(xiàn)與客戶的雙向通信，對客戶的請求經(jīng)過處理返回應(yīng)答。
·周期性監(jiān)視現(xiàn)場總線各結(jié)點(diǎn)及設(shè)備，并把狀態(tài)按廣播式發(fā)送給所有連接的客戶。
·實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場總線結(jié)點(diǎn)及I/O端口上的操作，包括復(fù)位結(jié)點(diǎn)、任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)刪除、驅(qū)動程序下載、查看結(jié)點(diǎn)信息以及I/O端口的讀、寫、修改、與、或、異或等。
·實(shí)現(xiàn)不同客戶之間對共享資源的同步操作。
·服務(wù)器的管理及安全性保證。
(3)本模型(ONDC)LAN/WAN客戶機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本模型(ONDC)LAN/WAN客戶機(jī)的設(shè)計(jì)采用多線程GUI技術(shù)、事件驅(qū)動技術(shù)和多線程技術(shù)。主線程實(shí)現(xiàn)各種事件操作以及消息傳遞等，子線程實(shí)現(xiàn)與本模型(ONDC)服務(wù)器通信，其主要功能如下·提供用戶登錄到本模型(ONDC)服務(wù)器的界面。
·實(shí)現(xiàn)與本模型(ONDC)服務(wù)器的Socket連接·完成對現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備的控制，包括RESET-NODE復(fù)位結(jié)點(diǎn)CREAE-TASK在指定的結(jié)點(diǎn)上創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)任務(wù)DELETE-TASK刪除指定結(jié)點(diǎn)的一個(gè)任務(wù)NODE-INFO查看指定結(jié)點(diǎn)的任務(wù)情況EXT-DNLOAD實(shí)現(xiàn)對HEX文件的下載EXT-IO-READ讀取指定I/O端口的數(shù)據(jù)EXT-IO-WRITE向指定I/O端口寫數(shù)據(jù)EXT-IO-UPDATE修改指定I/O端口的數(shù)據(jù)EXT-IO-OR對指定I/O端口進(jìn)行<或>操作
EXT-IO-AND對指定I/O端口進(jìn)行<與>操作EXT-IO-XOR對指定I/O端口進(jìn)行<并或>操作·實(shí)現(xiàn)F現(xiàn)場設(shè)備的虛擬映射對其狀態(tài)給予動態(tài)實(shí)時(shí)顯示。
這些功能的具體實(shí)現(xiàn)由二個(gè)模塊程序和一個(gè)動態(tài)鏈接庫(DLL)來完成。
(4)本模型(ONDC)Internet客戶機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Internet客戶機(jī)的設(shè)計(jì)有一定的特殊性，因?yàn)镮nternet客戶程序是運(yùn)行在Java的虛擬機(jī)器上，且不能直接建立與本模型(ONDC)服務(wù)器的連接，必須通過Web服務(wù)器才能建立與本模型(ONDC)服務(wù)器的連接。除此之外，其功能和基于本模型(ONDC)LAN/WAN客戶機(jī)提供的差不多，只是實(shí)現(xiàn)方式有些不同。
Internet客戶是一種真正的虛擬的客戶。它能夠運(yùn)行在裝有WWW瀏覽器的任何硬件平臺上，且不依賴于任何操作系統(tǒng)，如當(dāng)前主要流行的UNIX、WINDOWS NT、OS/2以及WINDOWS 95等操作系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用結(jié)構(gòu)的中立性和可移植性。
(5)本模型(ONDC)模型的體系結(jié)構(gòu)異種網(wǎng)絡(luò)互連最主要的就是解決其通信問題，也就是處理所謂異質(zhì)性(Heterogeneity)，目的在于隱藏網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，向用戶提供一致的通信服務(wù)。采用本模型(ONDC)模型的從現(xiàn)場總線到LAN、WAN和Internet的互連正是如此。它對無論是LAN或WAN上的用戶，還是一個(gè)Internet用戶，都提供了對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的透明訪問，包括對設(shè)備地監(jiān)控、診斷、下載驅(qū)動以及管理、維護(hù)等操作。本模型(ONDC)模型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，按其管理層次可分為三層
第一層是現(xiàn)場總線層?，F(xiàn)場總線在過程/控制領(lǐng)域中是底層的現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)，它直接和現(xiàn)場設(shè)備相連，如傳感器、施動器、PLC等，從某種角度，可以說是世界上最小的網(wǎng)絡(luò)。
通常，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場環(huán)境里叫做一個(gè)網(wǎng)段，現(xiàn)場環(huán)境里可以有許多網(wǎng)段，每一網(wǎng)段都有一個(gè)主結(jié)點(diǎn)(Master Node)和最多32-64個(gè)從結(jié)點(diǎn)(Slave Node)組成。主結(jié)點(diǎn)被放置在本模型(ONDC)服務(wù)器內(nèi)，起到網(wǎng)關(guān)及通信作用，從結(jié)點(diǎn)直接與現(xiàn)場設(shè)備相連。主從結(jié)點(diǎn)之間通過一個(gè)短信息結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信。
前面已經(jīng)講過，現(xiàn)場總線在體系結(jié)構(gòu)上分為三層物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。其中在應(yīng)用層，現(xiàn)場總線提供一種界面外部調(diào)用接口，如RAC(Remote Access and Control)接口，這種外部調(diào)用接口其實(shí)是一個(gè)預(yù)置的任務(wù)，這個(gè)任務(wù)能提供一系列對內(nèi)存和I/O端口的操作，正是由于有了這層接口界面，才使現(xiàn)場總線與其它網(wǎng)絡(luò)的互連成為可能。
第二層是局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)層。它連接著現(xiàn)場本模型(本模型(ONDC))服務(wù)器以及生產(chǎn)管理過程中的客戶機(jī)，還連接著一個(gè)配有DNS(Domain Name Services)的WWW服務(wù)器。貫穿整個(gè)局網(wǎng)的協(xié)議采用的是開放的TCP/IP協(xié)議。LAN上的客戶機(jī)首先通過TCP/IP協(xié)議提供的Socket界面，建立與本模型(ONDC)服務(wù)器的連接，然后通過本模型(ONDC)服務(wù)器提供的網(wǎng)關(guān)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場總線的雙向通信。
第三層是廣域網(wǎng)絡(luò)(WAN)層和Internet層。
WAN是多個(gè)LAN之間通過公共通信網(wǎng)(X.25、PSTN等)或?qū)＞€(DDN等)相連而成的網(wǎng)絡(luò)。其連接一般采用調(diào)制解調(diào)器(Modem)拔號方式，協(xié)議采用對TCP/IP協(xié)議有很好支持的SLIP/PPP協(xié)議。SLIP/PPP協(xié)議是一種低速的、可靠的、適用串口通信的協(xié)議，也是一種面向連接的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。WAN上的客戶機(jī)對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的存取過程如下首先，采用SLIP/PPP提供的拔號服務(wù)程序，通過公共通信網(wǎng)或?qū)＞€，建立起與LAN上的拔號服務(wù)器的連接。當(dāng)連接建立之后，WAN上的客戶機(jī)就可象LAN上的客戶機(jī)一樣透明，通過與本模型(ONDC)服務(wù)器建立TCP/IP的Socket連接，通過本模型(ONDC)服務(wù)器提供的網(wǎng)關(guān)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場總線的雙向通信。
Internet層是最復(fù)雜的一層。當(dāng)在工業(yè)局域網(wǎng)環(huán)境里建立起Web服務(wù)器，并申請一固定域名后，通過最近的路由器式網(wǎng)關(guān)，就把工業(yè)通信網(wǎng)并入了Internet這個(gè)龐大的互連網(wǎng)中。那么，分布在世界上任何一個(gè)角落的客戶機(jī)，如何建立與本模型(ONDC)服務(wù)器的連接以實(shí)現(xiàn)對工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場總線的存取呢？Internet上的客戶機(jī)只要安裝了Web Browser(瀏覽器)，如目前流行的Netscape Navigator，Internet Explorer和Hot Java等，通過HTTP協(xié)議，就可建立與Web服務(wù)器的連接，并可存取到Web服務(wù)器上的信息。而后，只要打開Web服務(wù)器上Internet Java Applet即運(yùn)行本模型(ONDC)InternetClient應(yīng)用程序，Web服務(wù)器就會自動地建立起與本模型(ONDC)服務(wù)器的連接。一條從Internet客戶機(jī)到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的通信信道就透明地建立起來。至此，Internet客戶就可象在本地一樣透明地監(jiān)控、管理、維護(hù)現(xiàn)場總線的現(xiàn)場設(shè)備。
本模型的實(shí)踐結(jié)果研究和實(shí)踐結(jié)果表明，采用基于本模型(ONDC)模型的互連方法，無論是在理論上還是在實(shí)踐中，均可很好地解決從現(xiàn)場總線到Internet上的互連。它對現(xiàn)場總線乃至過程/控制領(lǐng)域，帶來的是一場管理和應(yīng)用模式的革命，其影響和意義是相當(dāng)深遠(yuǎn)的。
權(quán)利要求
1.開放網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連模型包括服務(wù)器、局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)客戶機(jī)和Internef客戶機(jī)三部份，本發(fā)明模型服務(wù)器直接運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上，完成網(wǎng)關(guān)功能、客戶機(jī)通信、設(shè)備監(jiān)控及管理功能；本發(fā)明模型局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)客戶機(jī)直接運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上，完成服務(wù)器通信、設(shè)備監(jiān)控功能；本發(fā)明模型Internef客戶機(jī)運(yùn)行于JaVa虛擬機(jī)上，完成服務(wù)器通信、設(shè)備監(jiān)控功能。
全文摘要
本發(fā)明是現(xiàn)場總線到網(wǎng)際網(wǎng)的開放互連模型。本發(fā)明的模型包括服務(wù)器、局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)客戶機(jī)和Internef客戶機(jī)三部分,本模型服務(wù)器直接運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上,完成網(wǎng)關(guān)功能、客戶機(jī)通信、設(shè)備監(jiān)控及管理功能;本模型局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)客戶機(jī)直接運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上,完成服務(wù)器通信、設(shè)備監(jiān)控功能;本模型Internef客戶機(jī)運(yùn)行于JaVa虛擬機(jī)之上,完成服務(wù)器通信、設(shè)備監(jiān)控功能。采用本模型的互連方法,可很好解決從現(xiàn)場總線到Internef的互連。
文檔編號H04L12/66GK1229315SQ9811383
公開日1999年9月22日 申請日期1998年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月12日
發(fā)明者趙海, 陳飛鳴, 滕永林, 楊樹子, 阮冠春, 李鐵強(qiáng) 申請人:趙海