CN109150812A - 数据传输方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明申请提供数据传输方法、装置及系统。方法应用在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中，方法包括：LTE网络中的P‑GW接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；P‑GW为PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载。本申请实施例通过将PROFINET数据优先级映射到LTE数据优先级，使得PROFINET数据在LTE网络中传输时，能够保持原有的优先级和实时性。
Description
技术领域
本发明申请涉及PROFINET(工业以太网)工业应用技术领域，特别涉及以LTE(LongTerm Evolution，长期演进)网络作为传输介质的PROFINET网络中的数据传输方法，以及作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络中的数据传输装置及系统。
背景技术
PROFINET是由PROFIBUS国际组织提出的基于工业以太网的数据通信工业技术标准，其设计目标是从工业系统设备采集数据或者控制工业系统设备，具有在严格时间限制下进行数据传输的优势。
PROFINET支持三种通信类型：NRT(Non Real-Time，非实时)通信，RT(Real-Time，实时)通信和IRT(Isochronous Real-Time，同步实时)通信。NRT通信使用TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)(UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议))/IP(Internet Protocol，因特网协议)数据帧进行非实时数据传输。RT通信在VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)标签的帮助下周期性地/非周期性地传输实时数据(在PROFINET环境下，实时意味着总线周期在100毫秒)。IRT通信传输等时实时数据，实现总线周期显著低于1毫秒，且总线时钟的最大偏差为1微秒。
由于新的商业需求和降低安装和维护成本的考虑，在工业系统中采用无线技术越来越普遍。目前，支持无线技术充分融入PROFINET应用的标准是IEEE(Institute ofElectrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会)802.11(a，b，g，n)-无线局域网和IEEE802.15.1-蓝牙。
发明内容
为解决上述问题，本申请实施例提供一种数据传输方法，以实现PROFINET数据在LTE网络中传输时仍然能够保持优先级；
一种数据传输方法，该方法应用在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中，该方法包括：
LTE网络中的分组数据网关P-GW接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
所述P-GW为所述PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，所述LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去。
所述PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
所述P-GW为所述PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段包括：
所述P-GW对PROFINET数据帧进行LTE封装，将确定的LTE网络的QCI值封装到PROFINET数据帧的IP头的ToS域的DSCP字段中。
所述预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在P-GW上，
或者，所述预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在策略和计费规则功能单元PCRF中，且，所述P-GW根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级包括：
所述P-GW向所述PCRF查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
该方法进一步包括：
LTE网络中的UE从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向所述P-GW发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与所述P-GW之间的承载建立后，对所述PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过所述承载发送出去；
P-GW从所述承载接收到所述LTE数据帧，对所述LTE数据帧进行LTE解封装，得到所述PROFINET数据帧，将所述PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
所述PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
一种数据传输方法，该方法应用在以长期演进LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中，该方法包括：
LTE网络中的UE从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向LTE网络中的P-GW发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与所述P-GW之间的承载建立后，对所述PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过所述承载发送出去；
所述P-GW从所述承载接收到所述LTE数据帧，对所述LTE数据帧进行LTE解封装，得到所述PROFINET数据帧，将所述PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
所述PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
一种数据传输装置，该装置位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络的分组数据网关P-GW上，该装置包括：
优先级映射确定模块：接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
封装转发模块：为所述PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，所述LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去。
所述装置进一步包括优先级映射规则保存模块：用于保存预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则；
且，所述优先级映射确定模块从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向所述优先级映射规则保存模块查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
所述优先级映射确定模块从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向PCRF查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，其中，预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在所述PCRF上。
一种数据传输系统，该系统位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络中，该系统包括：分组数据网关P-GW和策略和计费规则功能单元PCRF，其中：
所述P-GW：接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，向所述PCRF查询该PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，为所述PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，所述LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据帧，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去；
所述PCRF：保存PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则。
所述PCRF保存的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
一种数据传输装置，该装置位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络的用户设备UE上，该装置包括：
优先级映射确定模块：从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
转发模块：向LTE网络中的P-GW发送携带优先级映射确定模块确定的LTE数据优先级的承载建立请求，并在与所述P-GW之间的承载建立后，对所述PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过所述承载发送出去。
所述装置进一步包括优先级映射规则保存模块：用于保存预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则；
且，所述优先级映射确定模块从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向所述优先级映射规则保存模块查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
所述优先级映射规则保存模块保存的预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
一种数据传输系统，其特征在于，该系统位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络中，该系统包括：用户设备UE和分组数据网关P-GW，其中：
所述UE：从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向所述P-GW发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与所述P-GW之间的承载建立后，对所述PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过所述承载发送出去；
所述P-GW：从所述承载接收到所述LTE数据帧，对所述LTE数据帧进行LTE解封装，得到所述PROFINET数据帧，将所述PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
所述UE根据的预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
本申请实施例通过将PROFINET数据优先级映射到LTE数据优先级，使得PROFINET数据在LTE网络中传输时，能够保持原有的优先级和实时性；
可选地，通过将LTE数据优先级映射到PROFINET数据优先级，使得LTE数据在PROFINET网络中传输时，能够保持原有的优先级和实时性。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中进行数据传输的方法流程图；
图2为本申请另一实施例提供的在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中进行数据传输的方法流程图；
图3为本申请一实施例提供的数据传输装置的组成示意图；
图4为本申请一实施例提供的数据传输系统的组成示意图；
图5为本申请另一实施例提供的数据传输装置的组成示意图；
图6为本申请另一实施例提供的数据传输系统的组成示意图。
其中，附图标记如下：
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并据实施例，对本申请的技术方案进行详细说明。
如在本申请的说明书以及所附权利要求书中使用的单数形式的“一”以及“所述”也意图包括复数形式，除非本文内容明确地另行指定。
发明人对现有的支持无线技术充分融入PROFINET应用的标准IEEE802.11(a，b，g，n)-无线局域网和IEEE802.15.1-蓝牙进行分析发现：无论是无线局域网还是蓝牙都存在：延迟较大、覆盖面较小、以及不支持大规模接入点的缺陷。
而，LTE是3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴项目)开发的高速无线通信标准，具有低延迟、覆盖面广、大规模接入节点容量的优势。由于这些相对无线局域网和蓝牙的优点，发明人想到在工业应用中使用LTE，尤其是可与PROFINET结合使用。
在工业应用中使用LTE时，必须考虑到：数据流优先级是工业应用中的一个重要考虑因素。PROFINET和LTE已经提供了各自的优先级特征来应用到数据流，它们各自运行在相同的以太网中。但问题是，它们各自的优先级特征对对方是不相容的。
在某些工业应用场景下，数据流需要离开PROFINET网络进入LTE网络，之后再离开LTE网络进入PROFINET网络。一旦数据流离开PROFINET网络，它就可能丢失所有优先级信息，当所有的数据流都被等同对待，这将导致自动化系统中的故障，因为高优先级的流量需要优先处理，以确保低延迟。
在PROFINET IO(Input Output，输入输出)发送时钟内，根据不同的优先级，数据帧具有不同的传输顺序。在LTE中，3GPP 23.203LTE规格表6.1.7定义了不同EPS(EvolvedPacket System，演进分组系统)承载级的QCI(QoS Class Identifier，QoS等级标识)。上述优先级目前已经应用于专用的PROFINET网络或专用的LTE网络。但由于它们不相容的本质，对混合网络(即PROFINET网络包含作为无线传输介质的LTE网络)不适用。
因此，本申请主要提出在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中的数据传输方案，在该数据传输方案中实现PROFINET数据在LTE网络中传输时仍然能够保持优先级和实时性。
本申请提供的数据传输方法应用在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中，该方法包括：
LTE网络中的P-GW(PDN-GateWay，分组数据网络网关)接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
P-GW为PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去。
可选地，PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP(实时适用级别UDP)帧和LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
可选地，P-GW为PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段包括：
P-GW对PROFINET数据帧进行LTE封装，将确定的LTE网络的QCI值封装到PROFINET数据帧的IP头的ToS(Type of Service，服务类型)域的DSCP(Differentiated ServicesCode Point，差分服务代码点)字段中。
可选地，预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在P-GW上，
或者，预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在PCRF(Policy and Charging Rules Function，策略和计费规则功能单元)中，且，P-GW根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级包括：
P-GW向PCRF查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
可选地，LTE网络中的UE(User Equipment，用户设备)从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向P-GW发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与P-GW之间的承载建立后，对PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过该承载发送出去；P-GW从该承载接收到LTE数据帧，对LTE数据帧进行LTE解封装，得到PROFINET数据帧，将PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
可选地，PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
本申请提供的另一数据传输方法也应用在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中，该方法包括：
LTE网络中的UE从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向LTE网络中的P-GW发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与P-GW之间的承载建立后，对PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过该承载发送出去；
P-GW从该承载接收到LTE数据帧，对LTE数据帧进行LTE解封装，得到PROFINET数据帧，将PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
可选地，PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
本申请提供的一数据传输装置位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络的P-GW上，该装置包括：
优先级映射确定模块：接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
封装转发模块：为PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去。
可选地，该装置进一步包括优先级映射规则保存模块：用于保存预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则；
且，优先级映射确定模块从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向优先级映射规则保存模块查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
可选地，优先级映射确定模块从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向PCRF查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，其中，预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在PCRF上。
本申请提供的一数据传输系统位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络中，该系统包括：P-GW和策略和PCRF，其中：
P-GW：接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，向PCRF查询该PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，为PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据帧，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去；
PCRF：保存PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则。
可选地，PCRF保存的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
本申请提供的另一数据传输装置也位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络的UE上，该装置包括：
优先级映射确定模块：从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
转发模块：向LTE网络中的P-GW发送携带优先级映射确定模块确定的LTE数据优先级的承载建立请求，并在与P-GW之间的承载建立后，对PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过该承载发送出去。
可选地，该装置进一步包括优先级映射规则保存模块：用于保存预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则；
且，优先级映射确定模块从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向优先级映射规则保存模块查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
可选地，优先级映射规则保存模块保存的预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
本申请提供的另一数据传输系统也位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络中，该系统包括：UE和P-GW，其中：
UE：从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向P-GW发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与P-GW之间的承载建立后，对PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过该承载发送出去；
P-GW：从该承载接收到LTE数据帧，对LTE数据帧进行LTE解封装，得到PROFINET数据帧，将PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
可选地，UE根据的预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
以下对本申请进行详细说明：
图1为本申请一实施例提供的在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中进行数据传输的方法流程图，其具体步骤如下：
步骤100：LTE EPC(Evolved Packet Core，演进分组核心)网络的PCRF上预先保存PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则。
表1为PROFINET优先级识别表
表1
表2为LTE QCI特性表
表2
在定义PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则时，主要考虑如下几个方面：
1、对于IRT通信，通常通过特定的ASIC(Application Specific IntegratedCircuit，应用专用集成电路)硬件实现，它对无线技术的性能要求严格，因此，本申请不考虑IRT PROFINET数据在LTE网络中的应用。具体地，因为IRT通信使用PTCP和RT_Class_3帧，因此，本申请不考虑PTCP和RT_Class_3帧到LTE网络的优先级映射。
2、目前还没有实现无线网络中的介质冗余应用，因此，不考虑MRP和MRRT帧到LTE网络的优先级映射。
3、所有的PROFINET数据都映射到GBR EPS承载层，以保证传输过程中能够分配到足够的资源，满足工业应用要求。
4、将VLAN优先级为5和6的PROFINET数据(包括：RT_Class_1帧和RTA帧)映射到LTE网络的QCI 3，以保证延迟在50ms内，满足RT通信要求。
5、将没有VLAN标签和VLAN优先级为0的PROFINET数据(包括：RT_Class_UDP帧和DCP帧)映射到LTE网络的QCI 4，这样虽然舍弃了延迟要求，但是获得了丢包率最小的高可靠链路。
6、使用该映射规则，RT数据仍能能够在LTE网络中保持它在PROFINET网络中定义的优先级。
则最终定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则如下：
1)VLAN优先级为5和6的RT_Class_1帧和RTA帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI3；
映射规则的具体内容为：PROFINET网络中的VLAN优先级5或6映射为LTE网络的QCI3。
2)没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和LLDP帧以及VLAN优先级为0的DCP帧映射到LTE网络的QCI 4。
映射规则的具体内容为：
21)PROFINET网络中的VLAN优先级0映射为LTE网络的QCI 4；
22)PROFINET网络中的没有Vlan tag且EtherType为0x8000，Frame_ID为0xC000–0xF7FF或0xF800–0xFBFF的PROFINET数据帧的优先级映射为LTE网络的QCI 4；
23)PROFINET网络中的没有Vlan tag且EtherType为0x88CC的PROFINET数据帧的优先级映射为LTE网络的QCI 4。
步骤101：LTE网络中的P-GW接收到PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出VLAN优先级、EtherType和Frame_ID。
步骤102：P-GW根据解析出的VLAN优先级、EtherType和Frame_ID，向PCRF查询对应的QCI值。
在实际应用中，P-GW可先根据VLAN优先级向PCRF查询对应的QCI值，若查询到，则转至步骤103；若未查询到，则继续根据EtherType和Frame_ID向PCRF查询对应的QCI值，若查询到，则转至步骤103，否则，不对PROFINET数据帧进行优先级映射处理，直接进行LTE封装后，转发给S-GW(Serving-GateWay，服务网关)。
步骤103：若P-GW查询到QCI值，则对PROFINET数据帧进行LTE封装，将该QCI值封装到PROFINET数据帧的IP头中，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧发送给S-GW。
在具体应用中，可将QCI值封装到IP头的ToS域的DSCP字段中。例如：当QCI值为3时，DSCP字段取值EF；当QCI值为4时，DSCP字段取值AF41。
步骤104：S-GW接收到该LTE数据帧，将该LTE数据帧转发给eNB(evolvedNodeBase，演进基站)。
步骤105：eNB接收到该LTE数据帧，从该LTE数据帧的IP头的ToS字段中解析出QCI值，根据该QCI值，配置相关无线参数和调度算法，将该LTE数据帧转发给UE。
配置的相关无线参数如：功率、物理资源、相关优先级等。
在实际应用中，PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则也可直接保存在P-GW上，以方便P-GW查询。
图2为本申请另一实施例提供的在以LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中进行数据传输的方法流程图，其具体步骤如下：
步骤200：LTE网络中的UE预先保存PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则。
本步骤中的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则的内容与步骤100中的相同，都为：
1)PROFINET网络中的VLAN优先级5或6映射为LTE网络的QCI 3。
2)PROFINET网络中的VLAN优先级0映射为LTE网络的QCI 4；
3)PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
具体地，PROFINET网络中的没有Vlan tag且EtherType为0x8000，Frame_ID为0xC000–0xF7FF或0xF800–0xFBFF的PROFINET数据帧的优先级映射为LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中的没有Vlan tag且EtherType为0x88CC的PROFINET数据帧的优先级映射为LTE网络的QCI 4。
步骤201：UE接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级。
在实际应用中，UE也可能自身生成需要发往PROFINET网络的PROFINET数据帧。
步骤202：UE根据自身保存的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
步骤203：UE向LTE网络中的P-GW发送携带确定的LTE数据优先级的承载建立请求，并在与P-GW之间的承载建立后，对接收到的PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过建立的承载发送出去。
步骤204：P-GW从该承载接收到LTE数据帧，对该LTE数据帧进行LTE解封装，得到原始PROFINET数据帧，将该原始PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
图3为本申请一实施例提供的数据传输装置31的组成示意图，该装置位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络的P-GW上，该装置31主要包括：优先级映射确定模块311和封装转发模块312，其中：
优先级映射确定模块311：接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
其中，PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则可包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
封装转发模块312：为优先级映射确定模块311接收到的PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，该LTE数据优先级字段的取值为封装转发模块312映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据帧，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧转发出去。
可选地，该装置进一步包括优先级映射规则保存模块：用于保存预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则；且，
优先级映射确定模块311从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向优先级映射规则保存模块查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
可选地，优先级映射确定模块311从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向PCRF查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，其中，预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在所述PCRF上。
图4为本申请一实施例提供的数据传输系统41的组成示意图，该系统位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络中，该系统主要包括：P-GW 411和PCRF 412，其中：
P-GW 411：接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，向PCRF 412查询该PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，为该PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，所述LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据帧，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去。
PCRF 412：保存PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则。
可选地，PCRF 412保存的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
图5为本申请另一实施例提供的数据传输装置51的组成示意图，该装置位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络的UE上，该装置主要包括：
优先级映射确定模块511：从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
转发模块512：向LTE网络中的P-GW发送携带优先级映射确定模块511确定的LTE数据优先级的承载建立请求，并在与P-GW之间的承载建立后，对优先级映射确定模块511接收到的PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过该承载发送出去。
可选地，上述装置进一步包括优先级映射规则保存模块：用于保存预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则；
且，优先级映射确定模块511从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向优先级映射规则保存模块查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
可选地，优先级映射规则保存模块保存的预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
图6为本申请另一实施例提供的数据传输系统61的组成示意图，该系统位于作为PROFINET网络的传输介质的LTE网络中，该系统主要包括：UE 611和P-GW 612，其中：
UE 611：从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向P-GW 612发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与P-GW 612之间的承载建立后，对PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过该承载发送出去。
P-GW 612：从与UE 611之间的该承载接收到该LTE数据帧，对该LTE数据帧进行LTE解封装，得到原始PROFINET数据帧，将该原始PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
可选地，UE 611根据的预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
本申请的有益技术效果如下：
通过将PROFINET数据优先级映射到LTE数据优先级，使得PROFINET数据在LTE网络中传输时，能够保持原有的优先级和实时性；
可选地，通过将LTE数据优先级映射到PROFINET数据优先级，使得LTE数据在PROFINET网络中传输时，能够保持原有的优先级和实时性。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (18)
1.数据传输方法，其特征在于，该方法应用在以长期演进LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中，该方法包括：
LTE网络中的分组数据网关P-GW接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
所述P-GW为所述PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，所述LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述P-GW为所述PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段包括：
所述P-GW对PROFINET数据帧进行LTE封装，将确定的LTE网络的QCI值封装到PROFINET数据帧的IP头的ToS域的DSCP字段中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在P-GW上，
或者，所述预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在策略和计费规则功能单元PCRF中，且，所述P-GW根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级包括：
所述P-GW向所述PCRF查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
LTE网络中的UE从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向所述P-GW发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与所述P-GW之间的承载建立后，对所述PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过所述承载发送出去；
P-GW从所述承载接收到所述LTE数据帧，对所述LTE数据帧进行LTE解封装，得到所述PROFINET数据帧，将所述PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
7.数据传输方法，其特征在于，该方法应用在以长期演进LTE网络作为传输介质的PROFINET网络中，该方法包括：
LTE网络中的UE从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向LTE网络中的P-GW发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与所述P-GW之间的承载建立后，对所述PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过所述承载发送出去；
所述P-GW从所述承载接收到所述LTE数据帧，对所述LTE数据帧进行LTE解封装，得到所述PROFINET数据帧，将所述PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
9.数据传输装置(31)，其特征在于，该装置(31)位于作为PROFINET网络的传输介质的长期演进LTE网络的分组数据网关P-GW上，该装置包括：
优先级映射确定模块(311)：接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
封装转发模块(312)：为优先级映射确定模块(311)接收到的所述PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，所述LTE数据优先级字段的取值为优先级映射确定模块(311)映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去。
10.根据权利要求9所述的装置(31)，其特征在于，所述装置(31)进一步包括优先级映射规则保存模块：用于保存预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则；
且，所述优先级映射确定模块(311)从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向所述优先级映射规则保存模块查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
11.根据权利要求9所述的装置(31)，其特征在于，所述优先级映射确定模块(311)从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向PCRF查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，其中，预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则保存在所述PCRF上。
12.数据传输系统(41)，其特征在于，该系统位于作为PROFINET网络的传输介质的长期演进LTE网络中，该系统包括：分组数据网关P-GW(411)和策略和计费规则功能单元PCRF(412)，其中：
所述P-GW(411)：接收到来自PROFINET网络的PROFINET数据帧，从该PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，向所述PCRF(412)查询该PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，为所述PROFINET数据帧封装LTE数据优先级字段，所述LTE数据优先级字段的取值为映射到的LTE数据优先级，得到LTE数据帧，并建立该LTE数据优先级对应的承载，将得到的LTE数据帧通过该承载转发出去；
所述PCRF(412)：保存PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述PCRF(412)保存的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
14.数据传输装置(51)，其特征在于，该装置(51)位于作为PROFINET网络的传输介质的长期演进LTE网络的用户设备UE上，该装置包括：
优先级映射确定模块(511)：从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级；
转发模块(512)：向LTE网络中的P-GW发送携带优先级映射确定模块(511)确定的LTE数据优先级的承载建立请求，并在与所述P-GW之间的承载建立后，对所述PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过所述承载发送出去。
15.根据权利要求14所述的装置(51)，其特征在于，所述装置(51)进一步包括优先级映射规则保存模块：用于保存预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则；
且，所述优先级映射确定模块(511)从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级之后、确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级之前进一步用于，向所述优先级映射规则保存模块查询解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级。
16.根据权利要求15所述的装置(51)，其特征在于，所述优先级映射规则保存模块保存的预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则包括：
PROFINET网络的虚拟局域网VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
17.数据传输系统(61)，其特征在于，该系统(61)位于作为PROFINET网络的传输介质的长期演进LTE网络中，该系统包括：用户设备UE(611)和分组数据网关P-GW(612)，其中：
所述UE(611)：从待发送给PROFINET网络的PROFINET数据帧中解析出PROFINET数据优先级，根据预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级，向所述P-GW(612)发送携带该LTE数据优先级的承载建立请求，并在与所述P-GW(612)之间的承载建立后，对所述PROFINET数据帧进行LTE封装，得到LTE数据帧，将得到的LTE数据帧通过所述承载发送出去；
所述P-GW(612)：从所述承载接收到所述LTE数据帧，对所述LTE数据帧进行LTE解封装，得到所述PROFINET数据帧，将所述PROFINET数据帧发送到PROFINET网络。
18.根据权利要求17所述的系统(61)，其特征在于，所述UE(611)根据的预先定义的PROFINET数据优先级到LTE数据优先级的映射规则，确定解析出的PROFINET数据优先级映射到的LTE数据优先级包括：
PROFINET网络的VLAN优先级5或6映射到LTE网络的QCI 3；
PROFINET网络的VLAN优先级0映射到LTE网络的QCI 4；
PROFINET网络中没有VLAN标签的RT_Class_UDP帧和链路层发现协议LLDP帧的数据优先级映射到LTE网络的QCI 4。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190104 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |