基于STM32的多协议融合嵌入式控电网关设计
发布时间：2021-11-09 17:22
智能控电网络要求以以太网为主体融合多种协议设备来实现信息化,异构网关是实现网络融合功能的关键设备。目前国内外市场上的异构网关设备普遍存在着功能单一、价格昂贵、可靠性不高等缺点,制约了其在智能控电网络中的应用。文章深入研究了异构网关硬件可靠性、多协议融合、高效通信机制和数据一致性问题,设计出一种基于STM32嵌入式系统的工作于以太网协议族与RS-485/ModBus现场总线的多协议融合嵌入式网关。通过在小区智能控电网络系统中的应用,网关的功能、可靠性得到了验证。因其多协议融合特性,对于复杂控制网络的协议转换、数据汇聚类应用具有较强的适用性,相比同类产品,多协议融合嵌入式控电网关不仅功能更加丰富,且可靠性更高,具备较高的应用价值。
【文章来源】：电力信息与通信技术. 2020,18(10)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
网关任务框架
图3展示了本文设计的TCP发送调度机制,网关当前发送包的ACK值记为G＿ACKn,SEQ值记为G＿SEQn,载荷长度为G＿LENn,客户端当前应答包的ACK值记为C＿ACKn,下标n代表网关发送包和客户端应答包序次。通过上述机制有效提高了网关和客户端的通信效率。2.2.3 以太网接收任务
2.2.1 以太网协议设计异构网关要把从现场总线采集的应用数据封装成以太网数据包格式发送给Internet节点,网关作为局域网内的节点要求具有穿透子网访问能力。不同子网间节点依靠网际协议(IP)进行网间寻址。发送数据包进入目的子网后需要依靠数据包中的目的节点IP查找到介质访问控制(Media Access Control,MAC)地址,并更新源节点的目的IP-MAC映射表,完成地址解析协议(Address Resolution Protocol,ARP)。在完成ARP后,源节点就可以通过传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)或用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)将数据发送给目的节点。在整个通信过程中还需要通过互联网控制报文协议(Internet Control Message Protocol,ICMP),在网关、路由器之间传递控制消息[13]。此外,还需要在网关实现网页访问,对网关的参数进行配置。因此异构网关至少要实现IP、ARP、ICMP、TCP、UDP、HTTP等协议。为保证网络通信的可靠性,有以下保障机制:以太网发包间隔控制,减少冲突概率;包调度机制,检测丢包并重发丢失包;ARP定时更新。以太网客户端和异构网关通常要求保持持久连接,采用心跳包定时器,在链路空闲时段定时发送空包以进行连接保活(Keep Alive)[14],同时评估链路是否已经中断,如中断则启动重连机制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Z-Stack协议栈的ZigBee应用系统设计[J]. 韩新风,高智中. 长春师范大学学报. 2018(08)
[2]基于STM32与UC/OS-Ⅱ的信号转换器设计[J]. 李长录,刘高展. 自动化技术与应用. 2018(02)
[3]用于水冷监控装置的多串口以太网网关的设计与实现[J]. 刘永成,张锐,樊大帅,雍进玲,王艳双. 自动化技术与应用. 2017(09)
[4]一种视频监控系统中心跳机制的实现方法[J]. 傅晓茜,何加铭. 移动通信. 2015(06)
[5]一种低成本高速以太网-RS485网关设计[J]. 贺春艳,庹先国,刘勇,李怀良. 自动化与仪表. 2014(08)
[6]嵌入式LonWorks网络智能网关设计[J]. 曾梦秋,吴丹,陆锋,陈潇,凌路,叶永强. 电子设计工程. 2014(09)
[7]基于VxWorks的自治-遥控水下机器人半双工通信设计和实现[J]. 白桦,史进,朱大奇. 船海工程. 2013(03)
[8]智能电网用户端 讲座 第一讲 智能电网与用户端的国内外发展现状和特点[J]. 尹天文. 低压电器. 2012(05)
[9]嵌入式Web服务器的分析与实现[J]. 陈真. 九江学院学报(自然科学版). 2010(04)
[10]无线传感器网络LEACH协议的改进[J]. 刘玉华,赵永锋,许凯华,高景菊. 计算机工程与应用. 2010(17)
硕士论文
[1]IP测控网流量监控与分析系统的设计与实现[D]. 谢文杰.电子科技大学 2018
[2]嵌入式Modbus/TCP网关的设计与实现[D]. 徐凤亮.苏州大学 2007
本文编号：3485763
【文章来源】：电力信息与通信技术. 2020,18(10)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
网关任务框架
图3展示了本文设计的TCP发送调度机制,网关当前发送包的ACK值记为G＿ACKn,SEQ值记为G＿SEQn,载荷长度为G＿LENn,客户端当前应答包的ACK值记为C＿ACKn,下标n代表网关发送包和客户端应答包序次。通过上述机制有效提高了网关和客户端的通信效率。2.2.3 以太网接收任务
2.2.1 以太网协议设计异构网关要把从现场总线采集的应用数据封装成以太网数据包格式发送给Internet节点,网关作为局域网内的节点要求具有穿透子网访问能力。不同子网间节点依靠网际协议(IP)进行网间寻址。发送数据包进入目的子网后需要依靠数据包中的目的节点IP查找到介质访问控制(Media Access Control,MAC)地址,并更新源节点的目的IP-MAC映射表,完成地址解析协议(Address Resolution Protocol,ARP)。在完成ARP后,源节点就可以通过传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)或用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)将数据发送给目的节点。在整个通信过程中还需要通过互联网控制报文协议(Internet Control Message Protocol,ICMP),在网关、路由器之间传递控制消息[13]。此外,还需要在网关实现网页访问,对网关的参数进行配置。因此异构网关至少要实现IP、ARP、ICMP、TCP、UDP、HTTP等协议。为保证网络通信的可靠性,有以下保障机制:以太网发包间隔控制,减少冲突概率;包调度机制,检测丢包并重发丢失包;ARP定时更新。以太网客户端和异构网关通常要求保持持久连接,采用心跳包定时器,在链路空闲时段定时发送空包以进行连接保活(Keep Alive)[14],同时评估链路是否已经中断,如中断则启动重连机制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Z-Stack协议栈的ZigBee应用系统设计[J]. 韩新风,高智中. 长春师范大学学报. 2018(08)
[2]基于STM32与UC/OS-Ⅱ的信号转换器设计[J]. 李长录,刘高展. 自动化技术与应用. 2018(02)
[3]用于水冷监控装置的多串口以太网网关的设计与实现[J]. 刘永成,张锐,樊大帅,雍进玲,王艳双. 自动化技术与应用. 2017(09)
[4]一种视频监控系统中心跳机制的实现方法[J]. 傅晓茜,何加铭. 移动通信. 2015(06)
[5]一种低成本高速以太网-RS485网关设计[J]. 贺春艳,庹先国,刘勇,李怀良. 自动化与仪表. 2014(08)
[6]嵌入式LonWorks网络智能网关设计[J]. 曾梦秋,吴丹,陆锋,陈潇,凌路,叶永强. 电子设计工程. 2014(09)
[7]基于VxWorks的自治-遥控水下机器人半双工通信设计和实现[J]. 白桦,史进,朱大奇. 船海工程. 2013(03)
[8]智能电网用户端 讲座 第一讲 智能电网与用户端的国内外发展现状和特点[J]. 尹天文. 低压电器. 2012(05)
[9]嵌入式Web服务器的分析与实现[J]. 陈真. 九江学院学报(自然科学版). 2010(04)
[10]无线传感器网络LEACH协议的改进[J]. 刘玉华,赵永锋,许凯华,高景菊. 计算机工程与应用. 2010(17)
硕士论文
[1]IP测控网流量监控与分析系统的设计与实现[D]. 谢文杰.电子科技大学 2018
[2]嵌入式Modbus/TCP网关的设计与实现[D]. 徐凤亮.苏州大学 2007
本文编号：3485763
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