[发明专利]一种基于TSN网络和OPC UA架构的确定性通信系统

权利要求书

1.一种基于TSN网络和OPC UA架构的确定性通信系统，其特征在于，包括：嵌入式OPCUA服务器、TSN时间敏感网络及OPC UA客户端，其中，

嵌入式OPC UA服务器用于负责连接工业现场的设备、机器、传感器；通过搭建嵌入式OPC UA服务器，对工业现场的设备、机器、传感器进行标准连接，实现系统中复杂工业现场的数据互通；

TSN时间敏感网络用于作为整个系统的通信载体；通过构建TSN时间敏感网络，将系统中传输的数据按照其特性分为时间敏感数据、非时间敏感数据，而传输的时间敏感数据按照其紧急程度又可划分其优先级，保证数据在网络中传输的确定性时延；

OPC UA客户端用于读取现场级数据、操作设备，为上层应用提供数据和操作功能；

获取数据：OPC UA客户端通过TSN网络交换设备连接嵌入式OPC UA服务器，而嵌入式OPC UA服务器中对应不同机器、设备、传感器，在其内部有多个对应的变量节点，变量节点与实际机器、设备、传感器之间存在映射关系，一旦有参数变化立即更新对应的变量节点的值，这样OPC UA客户端只需通过TSN网络发送读取请求或使用订阅机制周期性的获取数据，即可获取相应的数据，上层应用无需访问底层机器、设备、传感器，直接获取OPC UA客户端中存储的数据；

1)操作功能：上层应用操作底层设备，通过OPC UA客户端向嵌入式OPC UA服务器发送对应的操作，嵌入式OPC UA服务器初始化时对应不同机器、设备的操作，在其内部映射有对应的操作功能，操作对应的功能便能实现对实际机器、设备的操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于TSN网络和OPC UA架构的确定性通信系统，其特征在于，所述嵌入式OPC UA服务器的构建具体包括：将嵌入式OPC UA服务器的基本结构搭建在运行Linux系统的嵌入式设备之上，基本结构包括地址空间、服务器主体，根据工业现场实际的设备，首先在服务器中实例化建立与实际设备对应的模型，包含实际设备的各项功能、运行参数，接着将实际设备的操作API、运行参数对应映射到服务器中的构建的设备模型上，然后根据服务器中构建的对应设备、参数生成对应的节点集文件，最后利用节点集文件生成设备在服务器中对应的一个地址空间，OPC UA客户端连接服务器之后便可利用地址空间、节点对设备实现数据访问、功能操作；通过构建嵌入式OPC UA服务器，实现对数据的互通访问。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于TSN网络和OPC UA架构的确定性通信系统，其特征在于，所述时间敏感网络的工作过程为：首先将网络中的所有设备的本地时间同步；对所有进入时间敏感网络的传统以太网流量输入进行分类，标准以太网的帧数据结构中存在4B的VLAN标签，对此标签进行编写可将网络中的流量分为不同的优先级；进行分类之后的流量进入TAS时间感知整形器，根据不同的优先级进入相应的队列，整形器中的门控机制按照调度计划表和当前的时隙决定开启、关闭队列对应的门，实现不同队列的放行传输。

4.根据权利要求3所述的一种基于TSN网络和OPC UA架构的确定性通信系统，其特征在于，所述时间敏感网络仅覆盖ISO/OSI模型的第一层和第二层，其余的层，尤其是应用层协议，仍然特定于每个工业以太网协议，与OPCUA可以兼容，对传统以太网进行修改，基于传统以太网实现时间敏感数据传输；这些机制涉及时间同步、流量控制、路径控制、管理机制等多个方面。

5.根据权利要求3所述的一种基于TSN网络和OPC UA架构的确定性通信系统，其特征在于，所述OPCUA客户端构建对嵌入式OPCUA服务器数据的访问、订阅选项、功能实现，OPCUA客户端通过TSN时间敏感网络连接现场的嵌入式OPCUA服务器，实现上层、下层之间的互联互通；OPCUA客户端开放对应的API接口给上层应用，上层应用由此可实现实时、互通的访问工业现场的各项数据并实时、低延迟的实施对工业现场的各种操作。