GB/T 42019-2022 基于时间敏感技术的宽带工业总线AUTBUS 系统架构与通信规范

　　ICS 25 . 040 CCS N 10

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42019—2022

　　基于时间敏感技术的宽带工业总线AUTBUS 系统架构与通信规范

　　AUTBUSboradbandindustrialfieldbusbasedontime-sensitivetechnology—

　　System architectureandcommunicationspecification

　　2022-10-12 发布 2023-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42019—2022

　　目 次

　　前言 Ⅺ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义、缩略语、符号、约定 1

　　3 . 1 术语和定义 1

　　3 . 2 缩略语 3

　　3 . 3 符号 5

　　3 . 4 约定 5

　　3 . 4 . 1 通用约定 5

　　3 . 4 . 2 原语 5

　　3 . 4 . 3 状态机描述 6

　　4 数据类型 7

　　4 . 1 概述 7

　　4 . 2 基本数据类型 7

　　4 . 2 . 1 有符号整型(INT)编码 7

　　4 . 2 . 2 无符号整型(UINT)编码 8

　　4 . 2 . 3 浮点(FLOAT)类型编码 8

　　4 . 2 . 4 时间(TIMEV)类型编码 9

　　4 . 2 . 5 日期(TIMEDATE)类型编码 10

　　4 . 2 . 6 时刻(TIMEOFDAY)类型编码 11

　　4 . 2 . 7 时差(TIMEDIFFER)类型编码 11

　　4 . 2 . 8 字符串(STRING)类型编码 11

　　4 . 2 . 9 位图(BITMAP)类型编码 12

　　4 . 3 复合数据类型 12

　　4 . 3 . 1 结构体(STRUCT)类型编码 12

　　4 . 3 . 2 数组(ARRAY)类型编码 12

　　5 系统架构 12

　　5 . 1 概述 12

　　5 . 2 网络拓扑 13

　　5 . 3 协议栈架构 14

　　6 系统管理 16

　　6 . 1 概述 16

　　6 . 2 系统管理流程 16

　　6 . 3 系统管理信息库 17

　　6 . 3 . 1 概述 17

　　6 . 3 . 2 设备配置信息表 17

　　Ⅰ

　　GB/T 42019—2022

　　6 . 3 . 3 工作模式信息表 18

　　6 . 3 . 4 同步管理信息表 20

　　6 . 3 . 5 系统诊断维护信息表 21

　　6 . 3 . 6 通信资源管理信息表 22

　　6 . 3 . 7 链路节点管理信息表 24

　　6 . 3 . 8 链路超时管理信息表 25

　　6 . 3 . 9 时间管理信息表 27

　　6 . 3 . 10 网络管理信息表 28

　　7 物理层 29

　　7 . 1 物理层概述 29

　　7 . 2 物理层资源 31

　　7 . 2 . 1 信号帧 31

　　7 . 2 . 2 OFDM符号 33

　　7 . 2 . 3 码块 34

　　7 . 2 . 4 资源元素 35

　　7 . 2 . 5 工作模式 35

　　7.3 DLL-PhL接口 37

　　7 . 3 . 1 概述 37

　　7 . 3 . 2 服务原语 38

　　7.4 系统管理-PhL接口 41

　　7 . 4 . 1 概述 41

　　7 . 4 . 2 服务原语 41

　　7 . 5 DTE-DCE接口 45

　　7 . 5 . 1 概述 45

　　7 . 5 . 2 数据序列化 46

　　7 . 5 . 3 接口信号 46

　　7 . 5 . 4 信号过程 46

　　7 . 6 MDS介质相关子层 47

　　7 . 6 . 1 概述 47

　　7 . 6 . 2 MDS子层规范 47

　　7 . 7 MDS-MAU接口 53

　　7 . 7 . 1 概述 53

　　7 . 7 . 2 MDS-MAU接口 53

　　7 . 8 介质附属单元 54

　　7 . 8 . 1 概述 54

　　7 . 8 . 2 电气规格 55

　　7 . 8 . 3 发射规范 55

　　7 . 8 . 4 介质 56

　　8 数据链路层 58

　　8 . 1 数据链路层协议架构 58

　　8 . 2 数据链路层工作机制 59

　　8 . 2 . 1 节点 59

　　Ⅱ

　　GB/T 42019—2022

　　8 . 2 . 2 寻址 59

　　8 . 2 . 3 组播 60

　　8 . 2 . 4 资源映射与调度 60

　　8 . 3 数据链路层服务 62

　　8 . 3 . 1 概述 62

　　8 . 3 . 2 数据链路服务 63

　　8 . 3 . 3 数据链路管理服务 77

　　8 . 3 . 4 时钟同步服务 94

　　8 . 4 数据链路层协议 100

　　8 . 4 . 1 工作过程 100

　　8 . 4 . 2 DLPDU结构 109

　　8 . 4 . 3 状态机描述 120

　　8 . 4 . 4 错误处理 125

　　9 应用层 126

　　9 . 1 应用层协议架构 126

　　9 . 2 应用层数据类型 126

　　9 . 2 . 1 时间信息结构体 126

　　9 . 2 . 2 时钟选项结构体 127

　　9 . 2 . 3 网络配置参数结构体 127

　　9 . 2 . 4 MAC 映射表结构体 128

　　9 . 2 . 5 IP 映射表结构体 128

　　9 . 3 数据对象模型 129

　　9 . 4 应用层通信模型 131

　　9 . 4 . 1 概述 131

　　9 . 4 . 2 P/S 131

　　9 . 4 . 3 C/S 132

　　9 . 5 应用层服务 132

　　9 . 5 . 1 概述 132

　　9 . 5 . 2 应用服务元素 ASE 133

　　9 . 5 . 3 应用服务 156

　　9 . 6 应用层协议规范 157

　　9 . 6 . 1 概述 157

　　9 . 6 . 2 ALPDU结构 157

　　9 . 6 . 3 状态机 163

　　附录 A(资料性) 数据子帧示例 170

　　A. 1 示例 A 170

　　A. 2 示例 B 170

　　A. 3 示例 C 171

　　附录 B(规范性) RS码生成多项式系数 173

　　附录 C(资料性) NodeID与 MAC地址映射表结构及示例 174

　　附录 D(资料性) 组播映射表结构及组播工作机制示例 175

　　附录 E(资料性) OPC UA数据模型与 AUTBUS数据模型对应举例 176

　　Ⅲ

　　GB/T 42019—2022

　　附录 F(资料性) 业务数据映射数据传输单元报文举例 177

　　附录 G(资料性) AUTBUS 总线虚拟化方案示例 178

　　附录 H(资料性) 基于 AUTBUS规范的钢铁行业应用推荐 181

　　H . 1 钢铁行业工业通信需求 181

　　H . 2 基于 AUTBUS规范的钢铁行业应用系统架构 181

　　H . 3 基于 AUTBUS规范的钢铁行业组网架构 182

　　H . 4 基于 AUTBUS规范的钢铁行业应用效果 183

　　附录 I(资料性) 基于 AUTBUS规范的石油天然气行业应用推荐 185

　　参考文献 187

　　图 1 状态机示意图 6

　　图 2 BITMAP数据类型示意图 12

　　图 3 AUTBUS线形总线网络拓扑 13

　　图 4 AUTBUS环形总线网络拓扑 13

　　图 5 AUTBUS协议栈模型与 OSI各层对应关系 14

　　图 6 AUTBUS协议栈架构 15

　　图 7 AUTBUS 系统管理流程图 16

　　图 8 资源块信息结构示意图 24

　　图 9 AUTBUS物理层模型示意图 30

　　图 10 AUTBUS信号帧及 OFDM符号 31

　　图 11 信号帧结构 32

　　图 12 数据子帧的承载模式 A 与承载模式 B 33

　　图 13 物理层 OFDM符号结构 34

　　图 14 OFDM_Timing结构 34

　　图 15 数据链路层协议数据单元与码块 34

　　图 16 资源元素示意图 35

　　图 17 DLL-PhL接口上数据单元之间的映射 38

　　图 18 Ph-Param 服务过程 39

　　图 19 Ph-Data服务过程 40

　　图 20 Ph-Clock-Sync服务过程 41

　　图 21 Ph-RESET 服务过程 42

　　图 22 Ph-SET-VALUE 服务过程 43

　　图 23 Ph-GET-VALUE 服务过程 44

　　图 24 Ph-EVENT 服务过程 44

　　图 25 Ph-SYNC服务过程 45

　　图 26 DTE-DCE接口信号过程示意图 47

　　图 27 MDS子层过程 47

　　图 28 扰码序列生成过程示意图 48

　　图 29 码率为 1/2 的归零卷积编码器 49

　　图 30 码率为 3/4 比特删除过程 50

　　图 31 码率为 2/3 比特删除过程 50

　　图 32 m序列的产生 51

　　Ⅳ

　　GB/T 42019—2022

　　图 33 OFDM符号结构图 52

　　图 34 MDS-MAU接口服务过程示意图 54

　　图 35 信号频谱模板 55

　　图 36 双绞线连接器 57

　　图 37 同轴电缆连接器 58

　　图 38 双绞线两端连接的终端电阻示意图 58

　　图 39 AUTBUS DLL协议架构 59

　　图 40 DLL 与 PhL资源映射示意图 61

　　图 41 DLL 消息队列调度示意图 62

　　图 42 CLMA服务过程示意图 65

　　图 43 CLMNA服务过程示意图 67

　　图 44 CLMRA服务过程示意图 69

　　图 45 CLMRRNA服务过程示意图 71

　　图 46 CMA服务过程示意图 73

　　图 47 CMNA服务过程示意图 75

　　图 48 数据链路配置管理服务过程示意图 77

　　图 49 终端节点主动发现管理服务过程示意图 82

　　图 50 终端节点被动发现管理服务过程示意图 82

　　图 51 本地数据链路维护管理服务过程示意图 85

　　图 52 远端数据链路维护管理服务过程示意图 85

　　图 53 数据链路创建管理服务过程示意图 88

　　图 54 数据链路释放管理服务过程示意图 90

　　图 55 数据链路更新管理服务过程示意图 92

　　图 56 延时测量服务过程示意图 95

　　图 57 时钟同步服务过程示意图 97

　　图 58 时钟中断服务过程示意图 99

　　图 59 资源映射配置示意图 101

　　图 60 初始接入配置过程示意图 102

　　图 61 随机接入过程示意图 103

　　图 62 节点退出过程示意图 105

　　图 63 数据链路层业务数据发送过程示意图 106

　　图 64 数据链路层业务数据接收过程示意图 107

　　图 65 时钟同步延时测量过程示意图 108

　　图 66 时钟寄存器结构示意图 108

　　图 67 时钟同步过程示意图 109

　　图 68 通用 DLPDU结构 109

　　图 69 基础配置 DLPDU结构 110

　　图 70 通用配置结构 111

　　图 71 标识分配 DLPDU结构 112

　　图 72 组播分配 DLPDU结构 112

　　图 73 资源分配 DLPDU结构 113

　　图 74 接入通告 DLPDU结构 114

　　图 75 资源申请 DLPDU结构 115

　　Ⅴ

　　GB/T 42019—2022

　　图 76 资源释放 DLPDU结构 116

　　图 77 状态查询 DLPDU结构 117

　　图 78 状态应答 DLPDU结构 117

　　图 79 核心配置 DLPDU结构 118

　　图 80 时钟同步 DLPDU结构 119

　　图 81 数据 DLPDU结构 120

　　图 82 DLDE状态机 121

　　图 83 DLME状态机 123

　　图 84 DLCE状态机 124

　　图 85 AUTBUS应用层协议架构示意图 126

　　图 86 应用进程对象数据模型 129

　　图 87 数据缓冲区结构示意图 130

　　图 88 P/S模型示意图 131

　　图 89 PUSH 模式的 P/S模型 132

　　图 90 PULL模式的 P/S模型 132

　　图 91 C/S通信模型示意图 132

　　图 92 实时数据服务交互过程 135

　　图 93 实时非周期数据交互过程 136

　　图 94 非实时数据请求应答模型示意图 137

　　图 95 基于 C/S通信模型的非实时数据通道建立示意图 138

　　图 96 基于 P/S通信模型的非实时数据应用进程交互示意图 138

　　图 97 时间同步应用交互流程 140

　　图 98 时间查询服务交互过程 140

　　图 99 基于 C/S通信模型的资源申请过程 142

　　图 100 资源 ASE本地服务功能示意图 143

　　图 101 NAOID字段结构 143

　　图 102 NAOID交互过程示意图 145

　　图 103 IP 映射表交互过程示意图 146

　　图 104 AUTBUS AL数据报文映射为 IP有效数据载荷 146

　　图 105 AUTBUS AL协议报文头与 IP协议报文头映射 147

　　图 106 IP数据报文映射为 AUTBUS应用层数据报文有效数据 147

　　图 107 配置初始化流程 149

　　图 108 节点加入交互流程 150

　　图 109 节点被动离开网络交互流程 151

　　图 110 节点主动离开网络交互流程 152

　　图 111 诊断过程示意图 152

　　图 112 日志过程示意图 153

　　图 113 包含两个虚拟总线域的网络拓扑示意图 154

　　图 114 基于 C/S通信模型的虚拟化应用进程交互示意图 155

　　图 115 虚拟 ASE本地实现示意图 155

　　图 116 ALPDU 消息头结构 158

　　图 117 包含多个 DTU 的消息结构 160

　　图 118 DTU 消息格式 161

　　Ⅵ

　　GB/T 42019—2022

　　图 119 时间服务通告消息结构 161

　　图 120 系统管理数据报文格式 163

　　图 121 发布者状态机状态迁移示意图 164

　　图 122 订阅者状态机状态迁移示意图 165

　　图 123 客户端状态机状态迁移示意图 166

　　图 124 服务器端状态机状态迁移示意图 167

　　图 125 时间实体状态机状态迁移示意图 167

　　图 126 数据实体状态机示意图 168

　　图 127 系统管理实体状态机状态迁移示意图 169

　　图 A. 1 示例 A资源分配 170

　　图 A. 2 示例 B资源分配 171

　　图 A. 3 示例 C资源分配 172

　　图 D. 1 组播组工作机制示意图 175

　　图 E. 1 OPC UA数据模型与 AUTBUS数据模型的对应 176

　　图 F. 1 数据传输单元报文内容示例 177

　　图 G. 1 AUTBUS 网络拓扑示意图 178

　　图 G. 2 AUTBUS虚拟总线拓扑示意图 178

　　图 G. 3 基于逻辑业务功能 RT1 的虚拟总线网络拓扑示意图 179

　　图 H . 1 钢铁生产主流程 181

　　图 H . 2 基于 AUTBUS规范的钢铁行业应用系统架构 182

　　图 H . 3 基于 AUTBUS规范的钢铁行业组网架构 182

　　图 I. 1 AUTBUS双环形典型网络架构示意图 185

　　图 I. 2 石油天然气行业现场总线应用数据模型示意图 186

　　图 I. 3 数据管理工作过程示意图 186

　　表 1 原语类型和缩写 5

　　表 2 服务原语和参数说明约定 6

　　表 3 原语参数表示约定 6

　　表 4 状态机转移定义 7

　　表 5 INT 编码表 7

　　表 6 INT16 类型数据编码 8

　　表 7 UINT 编码表 8

　　表 8 UINT16 类型数据编码 8

　　表 9 单精度浮点(Single FLOAT)类型数据编码 9

　　表 10 双精度浮点(Double FLOAT)类型数据编码 9

　　表 11 TIMEV类型数据编码 10

　　表 12 TIMEDATE类型编码 10

　　表 13 TIMEOFDAY类型编码 11

　　表 14 TIMEDIFFER类型编码 11

　　表 15 STRING类型数据编码 12

　　表 16 设备配置信息表 17

　　表 17 工作模式信息表 18

　　表 18 同步管理信息表 20

　　Ⅶ

　　GB/T 42019—2022

　　表 19 系统诊断维护信息表 21

　　表 20 通信资源管理信息表 22

　　表 21 链路节点管理信息表 25

　　表 22 链路超时管理信息表 25

　　表 23 时间管理信息表 27

　　表 24 网络管理信息表 28

　　表 25 AUTBUS物理层发送模式的参数定义 35

　　表 26 承载模式 A支持的工作模式 36

　　表 27 承载模式 B支持的工作模式 37

　　表 28 Ph-Param 服务原语和参数 38

　　表 29 Ph-Param 服务原语参数说明 38

　　表 30 Ph-Data服务原语和参数 39

　　表 31 Ph-Data服务原语参数说明 39

　　表 32 Ph-Clock-Sync服务原语和参数 40

　　表 33 Ph-Clock-Sync服务原语参数说明 41

　　表 34 Ph-RESET 的原语和参数 42

　　表 35 Ph-RESET服务原语参数说明 42

　　表 36 Ph-SET-VALUE原语和参数 42

　　表 37 Ph-SET-VALUE服务原语参数说明 42

　　表 38 Ph-GET-VALUE服务原语和参数 43

　　表 39 Ph-GET-VALUE服务原语参数说明 43

　　表 40 Ph-EVENT服务原语和参数 44

　　表 41 Ph-EVENT服务原语参数说明 44

　　表 42 Ph-SYNC服务原语和参数 45

　　表 43 Ph-SYNC服务原语参数说明 45

　　表 44 RS码模式 49

　　表 45 卷积码模式 49

　　表 46 比特交织参数 50

　　表 47 OFDM符号的配置参数 51

　　表 48 承载模式 A下的调制编码策略 52

　　表 49 承载模式 B下的调制编码策略 52

　　表 50 MDS-MAU接口应支持的最小服务集 53

　　表 51 不同调制方式可允许的星座图误差 56

　　表 52 系统传输参数 56

　　表 53 介质接口定义 56

　　表 54 CLMA服务原语和参数 65

　　表 55 CLMA服务原语参数说明 66

　　表 56 CLMNA服务原语和参数 67

　　表 57 CLMNA服务原语参数说明 68

　　表 58 CLMRA服务原语和参数 69

　　表 59 CLMRA服务原语参数说明 70

　　表 60 CLMRRNA服务原语和参数 72

　　表 61 CLMRRNA服务原语参数说明 72

　　Ⅷ

　　GB/T 42019—2022

　　表 62 CMA服务原语和参数 74

　　表 63 CMA服务原语参数说明 74

　　表 64 CMNA服务原语和参数 75

　　表 65 CMNA服务原语参数说明 76

　　表 66 数据传送服务状态值说明 76

　　表 67 数据链路配置管理服务原语和参数 78

　　表 68 数据链路配置管理服务原语参数说明 78

　　表 69 CFG_PARAM_INFO 结构体说明 78

　　表 70 TIMEOUT_CFG结构体说明 79

　　表 71 GROUP_IDMAP_S结构体说明 80

　　表 72 NODEID_MAC_S结构体说明 80

　　表 73 COMM_RES_CFG结构体说明 80

　　表 74 数据链路发现管理服务原语和参数 83

　　表 75 数据链路发现管理服务原语参数说明 83

　　表 76 NODE_MGT_INFO_S结构体说明 84

　　表 77 数据链路维护管理服务原语和参数 86

　　表 78 数据链路维护管理服务原语参数说明 86

　　表 79 DIAG_INFO_S结构体成员参数说明 86

　　表 80 数据链路创建管理服务原语和参数 88

　　表 81 数据链路创建管理服务原语参数说明 89

　　表 82 CH_RES_INFO_S结构体成员说明 89

　　表 83 数据链路释放管理服务原语和参数 91

　　表 84 数据链路释放管理服务原语参数说明 91

　　表 85 数据链路更新管理服务原语和参数 93

　　表 86 数据链路更新管理服务原语参数说明 93

　　表 87 数据链路管理服务状态返回值说明 94

　　表 88 延时测量服务过程示意图 95

　　表 89 延时测量服务原语参数说明 96

　　表 90 时钟同步服务原语和参数 97

　　表 91 时钟同步服务原语参数说明 98

　　表 92 时钟中断服务原语和参数 99

　　表 93 时钟中断服务原语参数说明 99

　　表 94 时钟同步服务状态返回值说明 100

　　表 95 DLDE状态迁移说明 121

　　表 96 DLME状态机状态迁移说明 123

　　表 97 时钟同步状态机状态迁移说明 124

　　表 98 时间信息结构体 TIMEINFO_S说明 126

　　表 99 时钟选项信息结构体 CLOCK_OPTION_S说明 127

　　表 100 网络配置参数结构体 NETWORK_CFG_PARA_S说明 127

　　表 101 MAC 映射表 NAOID_MAC_MAP_TABLE_S说明 128