[发明专利]一种兼容性网络高实时数据传输装置及方法

说明书

一种兼容性网络高实时数据传输装置及方法，包括OSI系统的数据链路层和物理层，所述数据链路层包括MAC客户端支持抢占功能模块、MAC控制模块和MAC合并模块，所述物理层包括协调子层模块和PHY模块，所述方法包括低优先级数据的切片、低优先级帧封包、切片组合以及组合验证，本发明能够通过认证设备的帧抢占功能，提高不同厂商的设备以及不同优先级数据处理的兼容性，有效的减小高优先级数据帧在传输的过程中产生帧抢占的开销时间，有效的提高网络中的大带宽数据流量传输需求，满足离散型数据的高实时性传输，提高设备的生产效率。

技术领域

本发明涉及数据的确定性低延时传输技术领域，具体涉及一种兼容性网络高实时数据传输装置及方法，是一种大带宽流量传输的工业互联网领域兼容传统的低延时传输网络。

背景技术

随着工业4.0的发展，智能制造作为引领下一代工业技术发展的目标，工业互联网的规模越来越大，网络物理系统主要是由计算机控制的，网络中集成的传感器和执行器越来越多，在这些物理控制系统中，比如协作机器人的运动控制是有高度时间敏感的，为了保证物理系统在控制下的确定性行为，需要有一个确定性的有界网络延迟和延时变化的实时通信网络来满足设备的控制需求，提高设备的生产效率，随着以太网技术的发展，profinet、cc-link等实时性技术造成设备之间的解耦，数据的传输延时基本维持在us级别，通过对抢占技术的优化，能够实现数据传输延时进入到ns级别。

为了在整个网络中实时调度，必须防止对较低优先级流量的干扰，否则会增加总线的延迟，而且还会增加传送变化。时间感知整形器能够阻止非调度的流量，但对与网络中的巨帧，采用传统的抢占技术仍然会导致较高的延时，不能满足高优先级流量的确定性传输需求。

发明内容

针对大流量的网络，本发明采用新的数据整合方式，降低高优先级的数据等待时间，同时采用传统以太网数据帧与高实时以太网数据帧兼容的数据传输装置，保障传输装置的统一性和设备之间的互联互通性。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种兼容性网络高实时数据传输装置，包括OSI（开放式系统互联）系统的数据链路层和物理层，所述数据链路层包括MAC（媒体访问控制）客户端支持抢占功能模块和MAC合并模块，所述物理层包括协调子层和物理端口PHY，所述的MAC客户端支持抢占功能模块与MAC控制模块连接，MAC合并模块与协调子层连接，物理端口PHY为物理传输介质，其与协调子层连接。

在数据进行发送时，数据链路层识别媒体访问控制客户端MAC的抢占功能，MAC控制模块将高实时和非实时性需求数据分配到两个通道通过物理层数据传输；在数据进行接收时，物理层将数据传送到数据链路层，数据链路层的MAC合并模块识别抢占后的数据进行合并处理，通过MAC控制模块将高实时和非实时性需求数据分配到更高层的OSI（开放式系统互联）。

作为优选，所述的MAC客户端支持抢占功能模块用于识别本端口的数据切片功能是否打开，若为1，则表示支持高优先级数据打断低优先级数据传输，低优先级数据暂停传输，被切片后等待高优先级传输完毕后继续传输；若为0，则表示不支持数据切片传输，按照传统的QoS（服务质量）机制进行数据传输。

作为优选，所述的MAC合并模块用于在支持抢占功能下的接收到的切片数据的重组模块，将被打断传输的低优先级数据在接收端口进行数据恢复。

作为优选，本装置还包括MAC控制模块，该MAC控制模块与MAC合并模块连接，所述的MAC控制模块包括pMAC（可抢占式媒体访问控制通道）和eMAC（快速媒体访问控制通道）两个通道，高优先级的数据将从eMAC通道进行传输，可被抢占的低优先级数据从pMAC通道进行传输；无优先级顺序需求的数据将不区分通道类型进行传输。

本发明还提供了一种兼容性网络高实时数据传输方法，包括低优先级数据的切片、低优先级帧封包、切片组合以及组合验证；

所述低优先级数据的切片中，将低优先级数据分为首帧、多个中间帧和尾帧；