CN114629811A - 一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法 - Google Patents

一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，用于解决现有技术无法对工业以太网进行运行监测，存在网络节点具有排队延迟不确定的缺陷，导致不能满足工业过程控制在实时性上的要求以及信息无法发送的问题；本发明是通过数据分析模块将运行信息分为若干个监测数据包，并将若干个监测数据包发送至对应的监测分析端进行分析以得到监测分析端反馈的运行结果，通过运行结果分析网络节点的运行状态，以便于网络节点在发生故障时，可以及时通知对应工作人员对网络节点进行维护，同时当网络节点的信道处于忙碌状态时，可以通过对应传输人员的智能终端进行无线传输，从而提高信息传输的及时性。

Description

一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法
技术领域
本发明涉及工业以太网通讯运行监测，具体为一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法。
背景技术
工业以太网是基于IEEE802.3的强大的区域和单元网络，并提供一个无缝集成到新的多媒体世界的途径，企业内部互联网、外部互联网以及国际互联网提供的广泛应用，不但已经进入办公室领域，还可以应用于生产和过程自动化上；
然后传统的工业以太网采用了CSMA/CD的介质访问控制机制，各个节点采用BEB算法处理冲突，具有排队延迟不确定的缺陷，每个网络节点要通过竞争来取得信息包的发送权，通信时节点监听信道，只有发现信道空闲时，才能发送信息，如果信道忙碌则需要等待，因此不能满足工业过程控制在实时性上的要求，甚至在通信繁忙时信息无法发送的问题；
针对以上的技术缺陷，现提出一种解决方案。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决现有技术无法对工业以太网进行运行监测，存在网络节点具有排队延迟不确定的缺陷，导致不能满足工业过程控制在实时性上的要求以及信息无法发送的问题，而提出一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，该方法包括：
通过数据采集模块采集工业以太网通讯***内所有网络节点的运行信息；其中运行信息包括网络节点的运行时的温度、电流、信道空闲状态以及与网络节点对应连接的工业设备名称；
通过数据分析模块将运行信息分为若干个监测数据包，同时向数据库发送分析请求信令以获取数据库反馈的终端参数，对终端参数进行处理，并将若干个监测数据包发送至对应的监测分析端进行分析以得到监测分析端反馈的运行结果；其中终端参数包括监控分析端的位置、运分值和端基值；
对运行结果进行处理，当运行结果为第一结果时，反馈至第一处理单元进行处理操作；当运行结果为第二结果时，反馈至第二处理单元进行处理操作；当运行结果为第三结果时，不进行任何操作；其中，第一处理单元接收到第一结果时，将第一结果发送至对应工作人员的智能终端上；第二处理单元接收到第二结果时，将第二结果和校验码发送至传输人员的智能终端上，同时发送加密信令至对应的网络节点；其中加密信令包括加密指令以及传输人员的校验码；
作为本发明的一种优选实施方式，所述数据分析模块将运行信息分为若干个监测数据包的具体过程为：将同一网络节点的运行信息进行压缩得到信息压缩包，统计信息压缩包的数量；将信息压缩包的数量依据预设分配数量等分为若干份，将每份信息压缩包进行再次压缩得到监测数据包；
作为本发明的一种优选实施方式，所述数据分析模块对终端参数进行处理的过程 为：将监控分析端的位置与数据分析模块的位置进行距离计算以得到信息传输间距，再将 传输间距和运分值及端基值进行归一化处理并取三者归一化处理后的数值并标记为DF1、 DF2和DF3；利用公式
Figure 4620DEST_PATH_IMAGE001
得到监控分析端的分总值 FZ；其中，qb1、qb2和qb3均为预设权重因子；将监控分析端依据分总值由大到小进行排序， 将由前至后依次选取与监测数据包数量相等的监控分析端，并将监测数据包依次发送至选 取的监控分析端；
作为本发明的一种优选实施方式，所述监控分析端接收到监测数据包对其进行解压以得到对应的运行信息，并对运行信息进行分析以得到运行结果，具体为：
对温度、电流和信道空闲状态进行分析，将温度和电流分别与对应的预设温度范围和预设电流范围进行比对；当温度不在预设温度范围或电流不在预设电流范围内时，生成第一结果；其中，第一结果包括网络节点名称、编号、位置和查看处理指令；当温度、电流均在对应预设温度范围和预设电流范围内时，获取信道空闲状态，当信道处于忙碌状态时，则生成第二结果，第二结果包括网络节点名称、编号、位置和数据转发指令；当温度、电流均在对应预设温度范围和预设电流范围内，且信道处于空闲状态时，生成第三结果，第三结果为正常指令；
作为本发明的一种优选实施方式，所述数据分析模块内还包括时刻采集单元；所述时刻采集单元用于采集监测分析端接收到监测数据包的时刻一以及反馈运行结果的时刻二和监测分析端分析监测数据包的分析总次数并发送至数据库；
所述数据库还包括运分处理单元；运分处理单元用于分析监测分析端的运分值，具体分析过程为：
获取监测分析端所有的时刻一、时刻二和分析总次数，将时刻一与时刻二进行时 刻差计算以得到监测分析端的单次分析时长；将所有的单次分析时长进行求和并取均值得 到分析均值时长；将所有的单次分析时长标记为DTi，i=1,2，……，n；n为单次分析时长的总 数，取值为正整数；设定分析均值时长为JT，分析总次数为ZT；提取单次分析时长、分析均值 时长和分析总次数的数值，代入公式
Figure 984077DEST_PATH_IMAGE002
得 到监测分析端的运分值DF2，其中，ds1、ds2和ds3均为预设权重各占比；
作为本发明的一种优选实施方式，所述数据库内还包括注册处理单元，注册处理单元用于工作人员通过电脑终端提交终端数据进行注册并对注册成功的终端数据进行存储和分析，同时将注册成功的电脑终端标记为监测分析端，并与其建立通信连接，其中，终端数据包括电脑终端的型号、位置以及通信地址；对终端数据进行分析的具体过程为：向监测分析端发送信息获取信令以获取监测分析端的CPU利用率以及活动进程的占用的物理内存，提前CPU利用率以及活动进程的占用的物理内存的数值并标记为WY1和WY2；设定所有电脑终端型号均对应一个预设型号值，将终端数据中的电脑终端的型号与所有电脑终端型号进行匹配以得到对应的预设型号数值并标记为WY3；利用公式DF3=WY3×1.3/（WY1×0.74+WY2+0.86）得到监控分析端的端基值DF3；
作为本发明的一种优选实施方式，所述第二处理单元发送第二结果至传输人员智能终端的具体过程为：发送人员获取信令至数据库以获取网络节点对应预设范围内所有的注册人员，向该注册人员发送数据传输信令以获取注册人员的数据传输结果；当数据传输结果为确认结果时，将该注册人员标记为初选人员，将初选人员的位置与网络节点的位置进行距离差计算得到人员节点间距，将人员节点间距最小的初选人员标记为传输人员，并生成传输人员的校验码；传输人员通过智能终端接收到第二结果和校验码后，到达对应网络节点的位置并与该网络节点进行校验码验证，验证成功后，网络节点将采集的工业设备信息进行加密得到信息压缩包并通过无线发送至传输人员的智能终端，传输人员通过智能终端将信息压缩包发送至对应远程管理端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明是通过数据采集模块采集工业以太网通讯***内所有网络节点的运行信息，再通过数据分析模块将运行信息分为若干个监测数据包，并将若干个监测数据包发送至对应的监测分析端进行分析以得到监测分析端反馈的运行结果，通过运行结果分析网络节点的运行状态，以便于网络节点在发生故障时，可以及时通知对应工作人员对网络节点进行维护，同时当网络节点的信道处于忙碌状态时，可以通过对应传输人员的智能终端进行无线传输，从而提高信息传输的及时性。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的数据库内部原理框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，包括以下步骤：
S1：数据采集模块采集工业以太网通讯***内所有网络节点的运行信息并发送至数据分析模块；其中运行信息包括网络节点的运行时的温度、电流、信道空闲状态以及与网络节点对应连接的工业设备名称；网络节点包括工业以太网电气交换机、工业以太网电气交换机、工业以太网光纤交换机等；通过信道状态采集包括能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式；
S2：数据分析模块接收到所有网络节点的运行信息后进行处理，具体为：
S21：将同一网络节点的运行信息进行压缩得到信息压缩包，统计信息压缩包的数量；将信息压缩包的数量依据预设分配数量等分为若干份，将每份信息压缩包进行再次压缩得到监测数据包；
S22：同时向数据库发送分析请求信令以获取数据库反馈的终端参数，终端参数包括监控分析端的位置、运分值和端基值；对终端参数进行处理，具体为：
S221：将监控分析端的位置与数据分析模块的位置进行距离计算以得到信息传输间距；
S222：将传输间距和运分值及端基值进行归一化处理并取三者归一化处理后的数值并标记为DF1、DF2和DF3；
S223：利用公式
Figure 75399DEST_PATH_IMAGE003
得到监控分析端的分总值 FZ；其中，qb1、qb2和qb3均为预设权重因子，qb1、qb2和qb3的取值为1.12、1.54、1.3；分总值 用于评定监控分析端分析监测数据包几率的数值；传输间距越小、运分值和端基值越大，分 总值越大，表示该监控分析端处理监测数据包的几率越大；
S23：将监控分析端依据分总值由大到小进行排序，将由前至后依次选取与监测数据包数量相等的监控分析端，并将监测数据包依次发送至选取的监控分析端；监控分析端接收到监测数据包对其进行解压以得到对应的运行信息，并对运行信息进行分析以得到运行结果，具体为：对温度、电流和信道空闲状态进行分析，将温度和电流分别与对应的预设温度范围和预设电流范围进行比对；当温度不在预设温度范围或电流不在预设电流范围内时，生成第一结果；其中，第一结果包括网络节点名称、编号、位置和查看处理指令；当温度、电流均在对应预设温度范围和预设电流范围内时，获取信道空闲状态，当信道处于忙碌状态时，则生成第二结果，第二结果包括网络节点名称、编号、位置和数据转发指令；当温度、电流均在对应预设温度范围和预设电流范围内，且信道处于空闲状态时，生成第三结果，第三结果为正常指令；
S3：数据分析模块对运行结果进行处理，具体为：
当运行结果为第一结果时，第一处理单元将第一结果发送至对应工作人员的智能终端上；该工作人员为网络节点对应维护的注册人员；
当运行结果为第二结果时，反馈至第二处理单元进行处理操作；第二处理单元接收到第二结果时，将第二结果和校验码发送至传输人员的智能终端上，同时发送加密信令至对应的网络节点；其中加密信令包括加密指令以及传输人员的校验码；其中，第二处理单元发送第二结果至传输人员智能终端的具体过程为：发送人员获取信令至数据库以获取网络节点对应预设范围内所有的注册人员，向该注册人员发送数据传输信令以获取注册人员的数据传输结果；当数据传输结果为确认结果时，将该注册人员标记为初选人员，将初选人员的位置与网络节点的位置进行距离差计算得到人员节点间距，将人员节点间距最小的初选人员标记为传输人员，并生成传输人员的校验码；传输人员通过智能终端接收到第二结果和校验码后，到达对应网络节点的位置并与该网络节点进行校验码验证，验证成功后，网络节点将采集的工业设备信息进行加密得到信息压缩包并通过无线发送至传输人员的智能终端，传输人员通过智能终端将信息压缩包发送至对应远程管理端；
当运行结果为第三结果时，不进行任何操作；
其中，数据分析模块内还包括时刻采集单元，时刻采集单元用于采集监测分析端接收到监测数据包的时刻一以及反馈运行结果的时刻二和监测分析端分析监测数据包的分析总次数并发送至数据库；
请参阅图2所示，数据库内还包括运分处理单元、注册处理单元、人员注册单元和定位单元；
运分处理单元用于分析监测分析端的运分值，具体分析过程为：
获取监测分析端所有的时刻一、时刻二和分析总次数，将时刻一与时刻二进行时 刻差计算以得到监测分析端的单次分析时长；将所有的单次分析时长进行求和并取均值得 到分析均值时长；将所有的单次分析时长标记为DTi，i=1,2，……，n；n为单次分析时长的总 数，取值为正整数；设定分析均值时长为JT，分析总次数为ZT；提取单次分析时长、分析均值 时长和分析总次数的数值，代入公式
Figure 1766DEST_PATH_IMAGE004
得 到监测分析端的运分值DF2，其中，ds1、ds2和ds3均为预设权重各占比，其中ds1、ds2和ds3 的取值分别为1.71、2.35和3.16；
注册处理单元用于工作人员通过电脑终端提交终端数据进行注册并对注册成功的终端数据进行存储和分析，同时将注册成功的电脑终端标记为监测分析端，并与其建立通信连接，其中，终端数据包括电脑终端的型号、位置以及通信地址；对终端数据进行分析的具体过程为：向监测分析端发送信息获取信令以获取监测分析端的CPU利用率以及活动进程的占用的物理内存，提前CPU利用率以及活动进程的占用的物理内存的数值并标记为WY1和WY2；设定所有电脑终端型号均对应一个预设型号值，将终端数据中的电脑终端的型号与所有电脑终端型号进行匹配以得到对应的预设型号数值并标记为WY3；利用公式DF3=WY3×1.3/（WY1×0.74+WY2+0.86）得到监控分析端的端基值DF3；
人员注册单元用于工作人员通过智能终端提交人员信息进行注册，将注册成功的工作人员标记为注册人员；其中注册信息包括智能终端的通信号码以及人员名称以及负责维护网络节点的名称；
定位单元用于在允许时间范围内实时获取注册人员的实时智能终端位置；其中，智能终端为手机终端；
本发明在使用时，数据采集模块采集工业以太网通讯***内所有网络节点的运行信息并发送至数据分析模块；通过数据分析模块将运行信息分为若干个监测数据包，同时向数据库发送分析请求信令以获取数据库反馈的终端参数，对终端参数进行处理，并将若干个监测数据包发送至对应的监测分析端进行分析以得到监测分析端反馈的运行结果，通过运行结果分析网络节点的运行状态，以便于网络节点在发生故障时，可以及时通知对应工作人员对网络节点进行维护，同时当网络节点的信道处于忙碌状态时，可以通过对应传输人员的智能终端进行无线传输，从而提高信息传输的及时性。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，其特征在于，该方法包括：
通过数据采集模块采集工业以太网通讯***内所有网络节点的运行信息并发送至数据分析模块；
通过数据分析模块将运行信息分为若干个监测数据包，同时向数据库发送分析请求信令以获取数据库反馈的终端参数，对终端参数进行处理，并将若干个监测数据包发送至对应的监测分析端进行分析以得到监测分析端反馈的运行结果；
对运行结果进行处理，当运行结果为第一结果时，反馈至第一处理单元进行处理操作；当运行结果为第二结果时，反馈至第二处理单元进行处理操作；当运行结果为第三结果时，不进行任何操作；其中，第一处理单元接收到第一结果时，将第一结果发送至对应工作人员的智能终端上；第二处理单元接收到第二结果时，将第二结果和校验码发送至传输人员的智能终端上，同时发送加密信令至对应的网络节点；其中加密信令包括加密指令以及传输人员的校验码。
2.根据权利要求1所述的一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，其特征在于，所述数据分析模块将运行信息分为若干个监测数据包的具体过程为：将同一网络节点的运行信息进行压缩得到信息压缩包，统计信息压缩包的数量；将信息压缩包的数量依据预设分配数量等分为若干份，将每份信息压缩包进行再次压缩得到监测数据包。
3.根据权利要求2所述的一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，其特征在于，所述数据分析模块对终端参数进行处理的过程为：将监控分析端的位置与数据分析模块的位置进行距离计算以得到信息传输间距，再将传输间距和运分值及端基值进行归一化处理以得到监控分析端的分总值；将监控分析端依据分总值由大到小进行排序，将由前至后依次选取与监测数据包数量相等的监控分析端，并将监测数据包依次发送至选取的监控分析端，其中分总值用于评定监控分析端分析监测数据包几率的数值。
4.根据权利要求3所述的一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，其特征在于，所述监控分析端接收到监测数据包对其进行解压以得到对应的运行信息，并对运行信息进行分析以得到运行结果，具体为：
对温度、电流和信道空闲状态进行分析，将温度和电流分别与对应的预设温度范围和预设电流范围进行比对；当温度不在预设温度范围或电流不在预设电流范围内时，生成第一结果；其中，第一结果包括网络节点名称、编号、位置和查看处理指令；当温度、电流均在对应预设温度范围和预设电流范围内时，获取信道空闲状态，当信道处于忙碌状态时，则生成第二结果，第二结果包括网络节点名称、编号、位置和数据转发指令；当温度、电流均在对应预设温度范围和预设电流范围内，且信道处于空闲状态时，生成第三结果，第三结果为正常指令。
5.根据权利要求1所述的一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，其特征在于，所述数据分析模块内还包括时刻采集单元；所述时刻采集单元用于采集监测分析端接收到监测数据包的时刻一以及反馈运行结果的时刻二和监测分析端分析监测数据包的分析总次数并发送至数据库；
所述数据库还包括运分处理单元；运分处理单元用于分析监测分析端的运分值，具体分析过程为：获取监测分析端所有的时刻一、时刻二和分析总次数，将时刻一与时刻二进行时刻差计算以得到监测分析端的单次分析时长；将所有的单次分析时长进行求和并取均值得到分析均值时长；对单次分析时长、分析均值时长和分析总次数进行处理以得到监测分析端的运分值。
6.根据权利要求5所述的一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，其特征在于，所述数据库内还包括注册处理单元，注册处理单元用于工作人员通过电脑终端提交终端数据进行注册并对注册成功的终端数据进行存储和分析，同时将注册成功的电脑终端标记为监测分析端，并与其建立通信连接，其中，终端数据包括电脑终端的型号、位置以及通信地址；对终端数据进行分析的具体过程为：向监测分析端发送信息获取信令以获取监测分析端的CPU利用率以及活动进程的占用的物理内存，提前CPU利用率以及活动进程的占用的物理内存的数值；设定所有电脑终端型号均对应一个预设型号值，将终端数据中的电脑终端的型号与所有电脑终端型号进行匹配以得到对应的预设型号数值，对CPU利用率以及活动进程的占用的物理内存的数值和预设型号值进行处理得到监控分析端的端基值。
7.根据权利要求1所述的一种用于工业以太网通讯***的运行监测方法，其特征在于，所述第二处理单元发送第二结果至传输人员智能终端的具体过程为：发送人员获取信令至数据库以获取网络节点对应预设范围内所有的注册人员，向该注册人员发送数据传输信令以获取注册人员的数据传输结果；当数据传输结果为确认结果时，将该注册人员标记为初选人员，将初选人员的位置与网络节点的位置进行距离差计算得到人员节点间距，将人员节点间距最小的初选人员标记为传输人员，并生成传输人员的校验码；传输人员通过智能终端接收到第二结果和校验码后，到达对应网络节点的位置并与该网络节点进行校验码验证，验证成功后，网络节点将采集的工业设备信息进行加密得到信息压缩包并通过无线发送至传输人员的智能终端，传输人员通过智能终端将信息压缩包发送至对应远程管理端。
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