一种工业互联网扩展坞链路保持控制方法及系统与流程

本发明涉及外设接入控制，具体而言，涉及一种工业互联网扩展坞链路保持控制方法及系统。

背景技术：

1、随着工业互联网和移动运维技术的发展，笔记本电脑、工业平板等主机设备常通过扩展坞同时连接可编程逻辑控制器、串口采集设备、工业以太网设备及移动存储设备，从而完成设备调试、参数读取、运行数据采集和维护文件传输。扩展坞中的多个外设端口通常经集线器共用主机设备的数据通路和处理资源，不同外设在连接、识别和数据传输过程中会产生不同的资源需求。在工业设备持续执行周期性通信任务的情况下，扩展坞不仅需要满足多种外设的接入需求，还需要避免外设状态变化影响已经建立的工业通信链路，因此，扩展坞在多外设接入过程中的通信连续性对工业现场移动维护具有重要意义。

2、现有技术中，例如中国发明专利申请cn108959141a公开了一种usb接口系统、分配usb带宽的方法、装置、设备和存储介质，在usb接口与多个usb集线器之间设置usb切换开关，根据新插入usb设备的类型及各usb集线器的当前可用带宽，将usb设备切换至满足带宽需求的目标usb集线器，以减轻主控芯片负荷并提高运行稳定性。但是，在扩展坞已经承载周期性工业通信任务时，新外设的接入和初始化仍可能造成共享通路资源瞬时变化，使既有工业通信出现响应延迟、报文重试或者短时中断；根据外设类型和当前可用带宽分配传输通路，难以保证既有工业通信链路在外设动态接入过程中的连续性。

3、因此，有必要设计一种工业互联网扩展坞链路保持控制方法及系统用以解决当前技术中存在的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种工业互联网扩展坞链路保持控制方法及系统，旨在解决工业互联网扩展坞接入新外设时容易干扰既有工业通信链路的问题。

2、本发明提出了一种工业互联网扩展坞链路保持控制方法，包括：

3、采集工业设备端口的通信事务数据，检测候选外设端口的候选外设插入事件；

4、确定所述候选外设端口与所述工业设备端口共用主集线器的上行数据通路，保持所述候选外设与所述主集线器断开，通过外设探测通路执行预枚举，获得预枚举时长和预枚举完成时刻；

5、对所述通信事务数据进行事务边界识别，获得当前工业通信事务的结束时刻及下一工业通信事务的最迟服务时刻；

6、根据所述预枚举时长、端口切换时长和候选外设复位时长确定预计接入占用时长，将所述结束时刻与所述预枚举完成时刻中的较晚时刻至所述最迟服务时刻的剩余时长作为连续可用时长；无剩余时长时，连续可用时长为零；

7、所述连续可用时长不小于所述预计接入占用时长时，将所述候选外设切换至所述主集线器，使主机设备执行标准枚举；否则保持所述候选外设与所述主集线器断开；

8、所述标准枚举在所述最迟服务时刻前完成时，保持所述候选外设与所述主集线器连接；到达所述最迟服务时刻仍未完成时，断开所述候选外设与所述主集线器。

9、进一步的，所述事务边界识别包括：

10、按设备标识和事务标识配对工业请求报文与工业响应报文，以工业响应报文接收时刻为所述结束时刻；以多个工业请求报文平均发送间隔为事务间隔基准，以当前工业请求报文发送时刻顺延所述事务间隔基准和允许延迟时长所得时刻为所述最迟服务时刻。

11、进一步的，共用关系确定包括：读取端口拓扑表；所述候选外设端口与所述工业设备端口的主集线器标识及上行数据通路标识均一致时，确定共用所述上行数据通路。

12、进一步的，在途事务隔离包括：所述候选外设在所述工业请求报文发送后且配对的工业响应报文接收前插入时，保持与所述主集线器断开并执行所述预枚举；在预设响应超时时长内收到所述工业响应报文时，确定所述结束时刻；未收到时保持断开，并按下一完整工业通信事务重新确定所述连续可用时长。

13、进一步的，所述预枚举包括：通过端口数据选择器将所述候选外设仅连接至探测控制器，由所述探测控制器执行复位、地址分配和描述信息读取；将首次复位至描述信息读取完成的时长和完成时刻分别作为所述预枚举时长和所述预枚举完成时刻。

14、进一步的，所述预计接入占用时长的确定包括：根据描述信息匹配历史枚举记录；有记录时，取预枚举时长与记录中最大标准枚举时长的较大值；无记录时，取预枚举时长与枚举保护时长之和；所得时长加端口切换时长和候选外设复位时长，作为预计接入占用时长。

15、进一步的，接入切换包括：所述连续可用时长不小于所述预计接入占用时长时，断开所述候选外设与所述外设探测通路，复位所述候选外设，将所述候选外设连接至所述主集线器并向主机设备报告接入事件；否则保持所述候选外设与所述主集线器断开。

16、进一步的，标准枚举完成判定包括：监测所述主机设备发送的设备配置请求和所述候选外设返回的配置确认响应；在最迟服务时刻前收到配置确认响应时保持连接；到达最迟服务时刻仍未收到时，断开候选外设与主集线器，复位候选外设并接入外设探测通路。

17、进一步的，提前回退控制包括：记录预枚举各阶段时长，以标准枚举当前阶段及后续阶段对应的阶段时长与设备配置阶段历史最大时长之和为剩余预计时长；以候选外设断开至工业设备端口恢复工业通信事务的历史最大时长为链路恢复时长；当前时刻至最迟服务时刻的时长不大于剩余预计时长与链路恢复时长之和时，断开候选外设与主集线器，否则保持连接。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过将候选外设的接入过程与既有工业通信事务的时间边界进行联动控制，使扩展坞在检测到候选外设插入后，不立即向主机设备开放候选外设，而是先保持候选外设与主集线器断开，并通过外设探测通路完成预枚举，从而在不扰动既有工业通信链路的情况下获得候选外设实际需要的枚举时间；随后结合当前工业通信事务的结束时刻、下一工业通信事务的最迟服务时刻、端口切换时长和候选外设复位时长，确定候选外设是否具备完整且连续的接入时间窗口，仅在连续可用时长足以覆盖整个接入过程时才将候选外设切换至主集线器，避免标准枚举过程跨越下一工业通信事务的服务期限；在标准枚举未能按时完成时，及时断开候选外设与主集线器，避免未完成的标准枚举继续占用共享上行数据通路并侵入下一工业通信事务的服务时段。由此，本方案能够从候选外设对主机设备可见的源头控制接入时机，降低新外设接入和枚举造成的共享通路瞬时占用、响应延迟、报文重试及链路短时中断，提高了工业设备周期通信的连续性、扩展坞多外设热插拔过程的可控性以及工业现场移动维护的可靠性。

19、另一方面，本技术还提供了一种工业互联网扩展坞链路保持控制系统，用于应用上述工业互联网扩展坞链路保持控制方法，包括：

20、数据采集模块，用于采集工业设备端口的通信事务数据并检测候选外设插入事件；

21、预枚举模块，包括外设探测通路和端口数据选择器，用于保持候选外设与主集线器断开并执行预枚举，获得预枚举时长和预枚举完成时刻；

22、时长确定模块，用于确定工业通信事务的结束时刻、最迟服务时刻、预计接入占用时长和连续可用时长；

23、接入控制模块，用于根据所述连续可用时长与所述预计接入占用时长的比较结果控制所述候选外设接入所述主集线器，并在标准枚举未于所述最迟服务时刻前完成时断开所述候选外设与所述主集线器。

24、可以理解的是，上述工业互联网扩展坞链路保持控制方法及系统具备相同的有益效果，在此不再赘述。