工业控制数据传输用低延时5G无线透明传输方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113691397A(43)申请公布日2021.11.23(21)申请号202110924011.9H04L29/08(2006.01)(22)申请日2021.08.12(71)申请人江苏杰瑞信息科技有限公司地址222000江苏省连云港市中国（江苏）自由贸易试验区连云港片区经济技术开发区综合保税区综合楼422-288号(72)发明人牟家正吴茂传王跃周军王雷王成沈达程林荣飞卞浩王超彭真保(74)专利代理机构连云港润知专利代理事务所32255代理人刘喜莲马强(51)Int.Cl.H04L12/24(2006.01)H04L12/66(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称工业控制数据传输用低延时5G无线透明传输方法(57)摘要一种工业控制数据传输用低延时5G无线透明传输方法，该方法使用5G网关和与之配合的操作系统，5G网关包括网络变压器、phy芯片、网络交换芯片、嵌入式处理器芯片、5G通信模块和5G天线；操作系统为基于Linux操作系统，包括进程间通信子系统、虚拟文件系统、任务调度子系统、内存管理子系统、网络子系统、底层驱动和设备管理器；该方法在接入现有的有线以太网后可使之具备5G无线通信功能，为工厂车间的智能化改造、车间级设备互联互通、制造业上云等项目提供设备支持。CN113691397ACN113691397A权利要求书1/2页1.一种工业控制数据传输用低延时5G无线透明传输方法，其特征在于：该方法使用5G网关和与之配合的操作系统，5G网关包括网络变压器、phy芯片、网络交换芯片、嵌入式处理器芯片、5G通信模块和5G天线；操作系统为基于Linux操作系统，包括进程间通信子系统、虚拟文件系统、任务调度子系统、内存管理子系统、网络子系统、底层驱动和设备管理器；该方法包括有线端到无线端的数据传输实现方法和无线端到有线端数据传输实现方法；（1）有线端到无线端的数据传输实现方法如下：以太网数据帧首先被存储在网络交换芯片的物理缓存中，然后通过DMA方式被传入随机存取存储器的DMA区域，该区域同样也是“有线转无线区域”；驱动程序接收到DMA传输完成中断，解除该区域的DMA映射，使嵌入式处理器接管该区域，驱动程序将该以太网数据帧送入网络子系统的处理队列中等待处理；当处理队列处理到该以太网数据帧时，驱动程序依据用户配置对以太网帧的相关内容进行替换或修改，完成后给出“有线转无线信号量”，表明有数据需要发送；USB网卡设备数据发送线程尝试获取“有线转无线信号量”，若获取不到则阻塞，说明没有以太网数据帧要发送；若获取到，则从共享内存中找出需要发送的以太网数据帧，调用USB网卡数据发送函数实现数据发送；发送完成后，清空该以太网数据帧的存储区域；USB网卡数据发送函数将数据按照USB传输协议的格式拆分成多个数据传输块实现数据传输；当数据传输完成时函数返回，开始下一次传输；（2）无线端到有线端数据传输实现方法如下：5G无线数据首先被5G通信模块接收，5G通信模块将数据填充到USB传输块中实现传输；USB网卡设备数据接收模块采用轮询的方式检查是否有新的USB数据到来，并将到来的数据重组为以太网数据帧，存入“无线转有线区域”，完成后将该以太网数据帧送入网络子系统的处理队列中等待处理；当处理队列处理到该以太网数据帧时，驱动程序依据用户配置对以太网帧的相关内容进行替换或修改，完成后给出“无线转有线信号量”，表明有数据需要发送；网络交换芯片数据发送线程线程尝试获取“无线转有线信号量”，若获取不到则阻塞，说明没有5G无线数据要发送；若获取到，则从共享内存中找出需要发送的5G无线数据，调用网络交换芯片发送函数实现数据发送；发送完成后，清空该以太网数据帧的存储区域；网络交换芯片发送函数采用DMA传输的方式将数据送入网络交换芯片实现数据传输；当数据传输完成时函数返回，开始下一次传输。2.根据权利要求1所述的工业控制数据传输用低延时5G无线透明传输方法，其特征在于：网络变压器安装在千兆以太网电口和phy芯片之间，用于增强电气信号，增加传输距离，隔离phy芯片与外部电路，为phy芯片提供防雷保护；Phy芯片用于对外提供4路10/100/1000M自适应以太网电口；网络交换芯片通过PCIe接口与嵌入式处理器芯片互联；嵌入式处理器对外引出1路PCIe2.0总线，1路USB2.0高速串行总线；2CN113691397A权利要求书2/2页5G通信模块通过USB2.0接口收发数据，将数据进行协议转换后通过5G无线通信技术实现收发；5G天线安装在设备壳体外面，用于提升信号覆盖范围。3.根据权利要求1或2所述的工业控制数据传输用低延时5G无线透明传输方法，其特征在于：该5G网关还包括随机存