[发明专利]一种基于CAN总线的低时延端对端通讯方法

说明书

本发明涉及一种基于CAN总线的低时延端对端通讯方法，包括如下步骤：将多个间隔层设备与CAN通讯网关通过CAN总线连接；所述的CAN通讯网关与外部设备通过低延时PHY以太网口或5G模组连接；所述的低延时是微秒级别延时的连接；所述间隔层设备与CAN通讯网关之间进行通讯时，采用优先级自动转换或智能调整CAN负载率的方法，使得通讯延时低于5ms。本发明适用标准CAN总线硬件底层协议，针对应用层制定标准协议，通过嵌入CPU软硬件优化，实现“低时延”和“端对端”通讯特性，又能解决“最后一公里通讯”数据高速通讯问题。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种适用通过CAN总线实现5G核心技术之一的“低时延、端对端”方法。

背景技术

随着工业互联网、物联网技术、5G技术、人工智能等新技术发展，对电力能源领域智能设备数据传输要求越来越高，目前中国5G供应商华为和中兴公司，均解决公共网络建设，低时延和端对端通讯是5G技术指标重要指标之一，5G提出了毫秒级的端到端时延要求，理想情况下端到端时延为1ms，典型端到端时延为5-10ms左右。“低时延和端对端”技术指标是实现电气工业控制、工业互联互通重要指标之一。针对电力二次设备实现“最后一公里通讯”新技术应用，特别针对电气设备终端的互联互通，实现“低时延、端对端”技术特性应用未提供解决方案。“4G改变生活，5G改变世界”，5G真正要改变是工业应用，真正落实到工业，才能真正改变世界。目前工业控制仍然以DCS为主，其主要原因，现场工业控制，需要低时延采集信号，快速决策执行，目前部分总线不满足“低时延”特性，即使5G基础设施通道达到“低时延”特性，但是“最后一公里通讯”通讯解决不了“低时延”，可能成为一个技术瓶颈。

“低时延”和“端对端”特性通过“最后一公里通讯”传达到数字仪表、低压测量保护装置、电动机保护器、高压微机保护等，每个电力装备加一个5G模块实现“低时延”和“端对端”特性，这种方案存在经济成本代价太高和技术难题。每个终端加入5G模块，从经济成本分析，目前华为5G工业模组MH5000售价999元，大部分工业互联网厂家方案均购买5G模组件嵌入到相关产品中，对于市场价仅仅几百元～几千元电力数字仪表或者微机保护装置加入5G工业模组模块，实现5G“低时延、端对端”特性，经济成本太高，极难推广。每个终端设备加入5G模块，从技术层面分析，难度也很大、并且有不可靠因素在里面。根据我们现场经验看，许多配电设备安装地下室或者偏远工厂，有时候打电话就没有信号，5G比4G信号频率高，波长更短，穿透性更差，覆盖能力相对更差，5G信号更难覆盖。

解决“最后一公里通讯”通讯现场总线方案有好多种，目前行业厂商有现成解决方案：RS485通讯、工业以太网技术、无线NB-IOT和LoRa、PROFIBUS-DP、华为PLC-IoT(电力载波)、DeviceNet等现场总线。这些现场总线均能解决通讯问题，但是针对5G特性：低时延、端对端通讯，均没有提及，也未有解决方案。工业以太网虽然数据量传输可以保证，但是现场不能把设备并联一根通信线连接，对节点较多情况，并且数据量不大设备，布线成本高、二次设备成本也高。PROFIBUS-DP和DeviceNet使用成本高，并且是德国西门子和美国Rockwell公司建立生态通讯平台，无自主知识产权。无线NB-IOT和LoRa通讯，针对工业现场复杂电磁环境和电信服务商信号弱问题，针对工业控制，不可靠，适用于类似电力抄表场合。华为PLC-IoT(电力载波)华为推出解决最后一公里通讯解决方案，但是未见世面产品供应信息。

发明内容

本发明目的重点为了解决“最后一公里通讯”的“低时延、端对端”通讯的问题，本发明通过CAN总线实现“低时延”和“端对端通讯”功能，解决5G物联网设备“低时延”传输到电力设备执行层，此协议CAN总线“低时延”特性，CAN总线协议层数据传输延迟要低于5ms。同时，本发明中电力二次设备具备“端对端通讯”能力，可以实现装置之间互联互通，快速打造分布式人工智能系统，去中心化的，快速的，低成本的控制集群思想。

本发明提出一种基于CAN总线的低时延端对端通讯方法，包括如下步骤：