一種基于優(yōu)先級和分段的數(shù)據(jù)采集方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于優(yōu)先級和分段的數(shù)據(jù)采集方法，屬于數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法利用Vxworks實時操作系統(tǒng)的終端機作為主站，采集對象是Modbus設(shè)備或子系統(tǒng)的從站。對一個從站，主站的一個采集器的具體采集步驟包括：步驟一：讀取配置文件；步驟二：將采集數(shù)據(jù)范圍分解為采集數(shù)據(jù)分段組；步驟三：根據(jù)數(shù)據(jù)分段組優(yōu)先級生成采集任務(wù)循環(huán)隊列；步驟四：根據(jù)采集任務(wù)循環(huán)隊列向從站發(fā)送Modubus請求報文；步驟五：判斷響應(yīng)報文是否錯誤，是則執(zhí)行步驟六，否則執(zhí)行步驟七；步驟六：重新連接從站；步驟七：將采集的數(shù)據(jù)更新到內(nèi)存；步驟八：轉(zhuǎn)到步驟四并執(zhí)行下一個任務(wù)。本發(fā)明支持同時采集多個從站數(shù)據(jù)，可靠性強、兼容性好、實時性高及錯誤開銷小。
【專利說明】一種基于優(yōu)先級和分段的數(shù)據(jù)采集方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集方法，特別是涉及一種基于標準Modbus協(xié)議的通訊系 統(tǒng)、方法和裝置，具體是一種基于優(yōu)先級和分段的數(shù)據(jù)采集方法的設(shè)計。

【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)通信領(lǐng)域，Modbus協(xié)議由于其協(xié)議開放、實施簡單、可靠性高的特點，已經(jīng) 成為事實上的工業(yè)標準，得到了眾多產(chǎn)商的產(chǎn)品支持。
[0003] 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，許多應(yīng)用場合要求使用現(xiàn)有的Modbus設(shè)備進行數(shù)據(jù) 通信，對數(shù)據(jù)的實時性要求也越來越高，如地鐵綜合監(jiān)控領(lǐng)域，從站數(shù)據(jù)量不斷增加、主站 對從站的數(shù)據(jù)采集量遠大于標準Modbus協(xié)議支持的單次最大數(shù)據(jù)采集量、數(shù)據(jù)采集的實 時性要求越來越高，為了兼容標準Modbus報文最大長度為256字節(jié)的限制，同時滿足大數(shù) 據(jù)量和高實時性的要求，加上網(wǎng)絡(luò)原因或者設(shè)備故障，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù) 據(jù)上報延時長，而影響了整個綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可擴展性和實時性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于優(yōu)先級和分段的數(shù)據(jù)采集方法，在兼 容標準Modbus協(xié)議提前下，以解決因更多從站接入和大數(shù)據(jù)范圍的采集帶來的數(shù)據(jù)實時 性問題。采集分優(yōu)先級，并根據(jù)采集器與從站數(shù)據(jù)交換狀況自動調(diào)整采集頻率，有效保障了 高優(yōu)先級數(shù)據(jù)的實時性，減少了從站負擔，該方法不僅增加數(shù)據(jù)的實時性而且減少了通信 錯誤開銷和網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。
[0005] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供基于優(yōu)先級和分段的數(shù)據(jù)采集方法，包括多采 集器并發(fā)采集、按照優(yōu)先級對大范圍數(shù)據(jù)分段采集和根據(jù)采集器與從站數(shù)據(jù)交換狀況自動 調(diào)整采集頻率。
[0006] 所述多采集器并發(fā)采集，采用是的多線程并發(fā)采集技術(shù)，一個采集器就是一個線 程，一個采集器與一個從站通訊，不同的采集器互不干擾并將采集的數(shù)據(jù)更新于不同的內(nèi) 存塊，以備上層應(yīng)用使用。針對每個從站，主站分配一個固定的內(nèi)存塊用于存儲該從站的數(shù) 據(jù)，采集器對該固定的內(nèi)存塊只有寫權(quán)限。
[0007] 所述按照優(yōu)先級對大范圍數(shù)據(jù)分段采集，采集器初使化時將生成一個采集任務(wù)循 環(huán)隊列，該隊列是根據(jù)每個數(shù)據(jù)范圍優(yōu)先級的不同生成的，采集器將依據(jù)該任務(wù)隊列進行 采集工作。采集任務(wù)循環(huán)隊列的生成包括以下步驟：
[0008] 步驟一：采集器讀取配置文件，包括數(shù)據(jù)類型、優(yōu)先級、功能碼、單次最大數(shù)據(jù)采集 量、采集范圍、映射范圍；
[0009] 步驟二：根據(jù)配置參數(shù)，將超過單次最大數(shù)據(jù)采集量的每個待采集數(shù)據(jù)范圍分段， 將其轉(zhuǎn)化為待采集數(shù)據(jù)分段組，使每個分段組的各分段范圍之和等于原數(shù)據(jù)范圍；
[0010] 步驟三：根據(jù)每個分段組優(yōu)先級的不同生成采集任務(wù)循環(huán)隊列，使不同優(yōu)先級的 分段按照它們的采集頻率比例分散地分布于采集任務(wù)循環(huán)隊列中。
[0011] 生成的循環(huán)隊列可以表示為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于優(yōu)先級和分段的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：采集器讀取配置文件，包括數(shù)據(jù)類型（Type e [1，512])、優(yōu)先級 (Priority e [60, 232])、功能碼（Code e [1，255])、單次最大數(shù)據(jù)采集量（Max e [1，2161])、 采集范圍（[Read e [〇,216-1])、映射范圍（Write e [〇, 264-1]); 步驟二：根據(jù)配置參數(shù)，將超過單次最大數(shù)據(jù)采集量的每個待采集數(shù)據(jù)范圍分段，將其 轉(zhuǎn)化為待采集數(shù)據(jù)分段組，使每個分段組的各分段范圍之和等于原數(shù)據(jù)范圍； 步驟三：根據(jù)每個分段組優(yōu)先級的不同生成采集任務(wù)循環(huán)隊列，使不同優(yōu)先級的分段 按照它們的采集頻率比例分散地分布于采集任務(wù)循環(huán)隊列中； 步驟四：主站采用標準的Modbus/TCPIP或者Modbus/RTU協(xié)議，根據(jù)采集任務(wù)循環(huán)隊 列，發(fā)送當前任務(wù)分段范圍的Modubus請求報文； 步驟五：主站收到該分段響應(yīng)報文判斷其是否錯誤，或者是否超時，如果是則執(zhí)行步驟 六，否則執(zhí)行步驟七； 步驟六：主站有限次數(shù)地重新發(fā)送對該分段的Modbus請求報文或者重新連接從站； 步驟七：主站取出分段響應(yīng)報文中的有效數(shù)據(jù)并更新到指定內(nèi)存塊； 步驟八：重復(fù)步驟四，從采集任務(wù)循環(huán)隊列取出下一個任務(wù)并執(zhí)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，主站可以同時接入N(1 <=N<= 100) 個從站并發(fā)地數(shù)據(jù)采集，主站將從各從站采集的數(shù)據(jù)更新到不同內(nèi)存塊，無需關(guān)心各從站 地址范圍是否重疊的問題。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，主站采集器根據(jù)每個分段組優(yōu)先級生 成采集任務(wù)循環(huán)隊列，采集器將依據(jù)這個采集任務(wù)循環(huán)隊列進行數(shù)據(jù)采集工作，每次只讀 取隊列的任務(wù)，并沒有出隊列，每個任務(wù)組成一個4維的向量T = [Code, Start, Count, NextTask]，其中Code是分段查詢的功能碼，Start是分段查詢的開始地址，Count是分段查 詢的字數(shù)，NextTask是下一個分段查詢?nèi)蝿?wù)執(zhí)行的時間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括：采集任務(wù)循環(huán)隊列是根據(jù)每個分 段組優(yōu)先級生成的，可以用以下的表達式表示：
其中Q表示采集任務(wù)循環(huán)隊列，Qn表示該采集器采集了 η個不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)范圍，U 是一種運算符，將其后面元素的下標按照U運算符的上標到下標以遞增方式從左到右連接 起來，?\表示當前優(yōu)先級數(shù)據(jù)范圍的第i個分段或任務(wù)，nSplitCount是指第η個數(shù)據(jù)范圍 分段數(shù)目，F(xiàn)n指第η個數(shù)據(jù)范圍的查詢頻率，將表達式展開如下：
只有一個數(shù)據(jù)范圍；
，兩個數(shù)據(jù)范圍；
，三個數(shù)據(jù)范圍；
個數(shù)據(jù)范圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采集器定時從采集任務(wù)循環(huán)隊列中取 出當前任務(wù)，根據(jù)任務(wù)所屬性：[Code, Start, Count, NextTask]中的Code (功能碼）、 Start (開始地址）和Count (請求字數(shù)）組成標準的Modbus報文與從站數(shù)據(jù)交換，并將在 NestTask(毫秒）時間后啟動下次任務(wù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括：主站如果在NestTask時間內(nèi)收 到從站的正確響應(yīng)，則會在下一次任務(wù)啟動事件到來時執(zhí)行下一個任務(wù)，否則，將重新執(zhí)行 當前任務(wù)，重新執(zhí)行次數(shù)通過配置文件確定，如果重新執(zhí)行數(shù)據(jù)超過設(shè)定的值，采集器將重 新連接從站。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括：在收到從站的正確響應(yīng)后，采集 器將數(shù)據(jù)更新至內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，同時累計正常數(shù)據(jù)交換計數(shù)，如果計數(shù)達到預(yù)設(shè)的閥值，采集 器將認為與該從站的通訊良好，可以加速與其數(shù)據(jù)交換，從而采集器將提前一個預(yù)設(shè)的單 位時間去執(zhí)行下一個任務(wù)；如果在采集過程中出現(xiàn)響應(yīng)超時、數(shù)據(jù)錯誤或者網(wǎng)絡(luò)故障，下一 個任務(wù)的執(zhí)行時間將會還原為初始值。
【文檔編號】H04L12/26GK104158699SQ201410396966
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】肖奇峰, 陳朝暉, 張少文 申請人:廣州新科佳都科技有限公司