本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸，尤其是指一種基于tsn的噴墨印刷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及噴墨印刷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)雖然因其高達(dá)10000mb/s的帶寬優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用，但在噴墨印刷等高要求的工業(yè)應(yīng)用中，存在無(wú)法滿足實(shí)時(shí)性、高帶寬、可靠性等關(guān)鍵需求的問(wèn)題，具體包括：

2、（1）噴墨印刷需要確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t盡可能低，以便于快速響應(yīng)控制命令和傳輸圖像數(shù)據(jù)，保證打印過(guò)程的實(shí)時(shí)性和流暢性；然而，現(xiàn)有的以太網(wǎng)采用的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，意味著數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間難以預(yù)測(cè)，且無(wú)法確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)在指定的時(shí)間內(nèi)傳輸完成，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)延遲和抖動(dòng)的問(wèn)題，以至于影響實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互和控制指令的即時(shí)響應(yīng)，從而導(dǎo)致噴墨印刷過(guò)程的實(shí)時(shí)性、流暢性和效率；

3、（2）噴墨印刷需要數(shù)據(jù)傳輸速率盡可能地高，尤其是在高分辨率打印的時(shí)候，需要快速傳輸大量數(shù)據(jù)，以避免打印過(guò)程中出現(xiàn)卡頓和延誤；然而，現(xiàn)有的以太網(wǎng)雖然具備高帶寬，但是在實(shí)際應(yīng)用中由于競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)和網(wǎng)絡(luò)擁塞，導(dǎo)致無(wú)法穩(wěn)定提供所需的帶寬，致使在高負(fù)載情況下，無(wú)法確保穩(wěn)定的高帶寬傳輸，以滿足高分辨率圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸需求，且會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)擁塞導(dǎo)致打印延誤，以至于影響噴墨印刷的實(shí)時(shí)性和可靠性；

4、（3）噴墨印刷在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要確保高可靠性，從而避免數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤，這對(duì)于噴墨印刷至關(guān)重要；然而，現(xiàn)有的以太網(wǎng)對(duì)于數(shù)據(jù)流的管理不夠精細(xì)，難以區(qū)分不同數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)和服務(wù)質(zhì)量需求，因此，在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，所有數(shù)據(jù)流會(huì)被視為同等重要，需要平等競(jìng)爭(zhēng)帶寬資源，這會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)流遭遇延遲和丟包，致使關(guān)鍵數(shù)據(jù)的服務(wù)質(zhì)量降低；此外，在傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和盡力而為數(shù)據(jù)的場(chǎng)景中表現(xiàn)不佳，以至于無(wú)法保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的傳輸實(shí)現(xiàn)，影響噴墨印刷的打印質(zhì)量、性能和可靠性；

5、（4）噴墨印刷需要利用時(shí)間同步功能，支持多臺(tái)設(shè)備/多個(gè)電子控制單元同時(shí)連接和通信，以便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活拓展和管理；然而，以太網(wǎng)中缺少精確的時(shí)間同步功能，無(wú)法提供對(duì)多任務(wù)的時(shí)間同步支持，容易導(dǎo)致噴墨印刷系統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行偏差和不確定性。

6、綜上，現(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)在對(duì)高精度、低延遲需求的噴墨印刷應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由于采用隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，致使無(wú)法確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t盡可能低；由于競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)和網(wǎng)絡(luò)擁塞，無(wú)法確保數(shù)據(jù)傳輸速率盡可能地高；由于缺乏對(duì)不同數(shù)據(jù)流的有效管理，無(wú)法確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?；由于缺少精確的時(shí)間同步功能，無(wú)法提供多任務(wù)的時(shí)間同步支持，導(dǎo)致影響噴墨印刷打印的質(zhì)量、性能、實(shí)時(shí)性、可靠性和效率，導(dǎo)致難以滿足噴墨印刷等工業(yè)應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、高帶寬、可靠性方面的嚴(yán)苛要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中采用隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，致使無(wú)法確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t盡可能低；競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)和網(wǎng)絡(luò)擁塞，無(wú)法確保數(shù)據(jù)傳輸速率盡可能地高；缺乏對(duì)不同數(shù)據(jù)流的有效管理，無(wú)法確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?；缺少精確的時(shí)間同步功能，無(wú)法提供多任務(wù)的時(shí)間同步支持，導(dǎo)致影響噴墨印刷打印的質(zhì)量、性能、實(shí)時(shí)性、可靠性和效率的問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的噴墨印刷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括：

3、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，與上位機(jī)通信連接；用于接收上位機(jī)發(fā)送的流量數(shù)據(jù)幀；其中，所述流量數(shù)據(jù)幀包括控制數(shù)據(jù)幀和短幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)幀；

4、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、多個(gè)電子控制單元通信連接；其中，所述多個(gè)電子控制單元包括多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)和一個(gè)短幅打印噴頭節(jié)點(diǎn)，流量數(shù)據(jù)幀中流量數(shù)據(jù)的類(lèi)型與電子控制單元的數(shù)量相同，每個(gè)電子控制單元接收其對(duì)應(yīng)類(lèi)型的流量數(shù)據(jù)；

5、數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳輸?shù)牧髁繑?shù)據(jù)幀，并將流量數(shù)據(jù)幀解析成流量數(shù)據(jù)集；

6、流量調(diào)度模塊，用于利用多目標(biāo)優(yōu)化算法，求解構(gòu)建的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)數(shù)學(xué)模型，對(duì)流量數(shù)據(jù)集中各種流量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，確定各個(gè)電子控制單元接收的流量數(shù)據(jù)的數(shù)量；根據(jù)預(yù)設(shè)的各類(lèi)流量數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，以及先進(jìn)先出原則，確定預(yù)設(shè)傳輸時(shí)間窗口內(nèi)所有流量數(shù)據(jù)的傳輸順序；

7、其中，所述時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)數(shù)學(xué)模型包括：

8、以各個(gè)電子控制單元接收的流量數(shù)據(jù)的總數(shù)量與所有單元平均流量的差值之和最小為流量分配均衡性優(yōu)化目標(biāo)；

9、以各個(gè)電子控制單元接收的流量數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)之和最小為系統(tǒng)流量?jī)?yōu)先分配優(yōu)化目標(biāo)；

10、基于流量分配均衡性優(yōu)化目標(biāo)和系統(tǒng)流量?jī)?yōu)先分配優(yōu)化目標(biāo)，以每個(gè)電子控制單元接收的流量數(shù)據(jù)的總大小為約束，構(gòu)建時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)數(shù)學(xué)模型；

11、數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于將流量數(shù)據(jù)集中各種控制數(shù)據(jù)聚合成多個(gè)can幀，并按照傳輸順序?qū)⒍鄠€(gè)can幀分發(fā)至其對(duì)應(yīng)的控制節(jié)點(diǎn)；將流量數(shù)據(jù)集中各個(gè)短幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)按照傳輸順序發(fā)送至短幅打印噴頭節(jié)點(diǎn)。

12、優(yōu)選地，所述以各個(gè)電子控制單元接收的流量數(shù)據(jù)的總數(shù)量與所有單元平均流量的差值之和最小為流量分配均衡性優(yōu)化目標(biāo),其表達(dá)式為：

13、；

14、其中，表示流量分配均衡性優(yōu)化目標(biāo)；表示電子控制單元的數(shù)量，基于每個(gè)電子控制單元接收其對(duì)應(yīng)類(lèi)型的流量數(shù)據(jù)，亦表征為流量數(shù)據(jù)的類(lèi)型種數(shù)；表示電子控制單元的索引，亦表征為流量數(shù)據(jù)的類(lèi)型索引，；表示第個(gè)電子控制單元接收到的流量數(shù)據(jù)的數(shù)量；表示第類(lèi)流量數(shù)據(jù)的權(quán)重；表示所有單元平均流量，其表達(dá)式為：。

15、優(yōu)選地，所述以各個(gè)電子控制單元接收的流量數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)之和最小為系統(tǒng)流量?jī)?yōu)先分配優(yōu)化目標(biāo)，其表達(dá)式為：

16、；

17、其中，表示系統(tǒng)流量?jī)?yōu)先分配優(yōu)化目標(biāo)；表示電子控制單元的數(shù)量，基于每個(gè)電子控制單元接收其對(duì)應(yīng)類(lèi)型的流量數(shù)據(jù)，亦表征為流量數(shù)據(jù)的類(lèi)型；表示電子控制單元的索引，亦表征為流量數(shù)據(jù)的類(lèi)型索引，；表示第個(gè)電子控制單元接收到的流量數(shù)據(jù)的數(shù)量；表示第個(gè)電子控制單元接收流量數(shù)據(jù)的順序權(quán)重；表示第類(lèi)流量數(shù)據(jù)的歸一化向量。

18、優(yōu)選地，所述構(gòu)建時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)數(shù)學(xué)模型包括：

19、；

20、；

21、其中，表示流量分配均衡性優(yōu)化目標(biāo)；表示系統(tǒng)流量?jī)?yōu)先分配優(yōu)化目標(biāo)；表示所有單元平均流量；表示電子控制單元的數(shù)量，基于每個(gè)電子控制單元接收其對(duì)應(yīng)類(lèi)型的流量數(shù)據(jù)，亦表征為流量數(shù)據(jù)的類(lèi)型種數(shù)；表示電子控制單元的索引，亦表征為流量數(shù)據(jù)的類(lèi)型索引，；表示第個(gè)電子控制單元接收到的流量數(shù)據(jù)的數(shù)量；表示第類(lèi)流量數(shù)據(jù)的權(quán)重；表示第個(gè)電子控制單元接收流量數(shù)據(jù)的順序權(quán)重；表示第類(lèi)流量數(shù)據(jù)的歸一化向量；表示第類(lèi)流量數(shù)據(jù)的大小；表示預(yù)設(shè)傳輸時(shí)間窗口內(nèi)的允許流量的最大值。

22、優(yōu)選地，所述控制節(jié)點(diǎn)包括：溫控傳感器、傳送帶編碼、uv燈控和壓力傳感器。

23、本發(fā)明還提供了一種基于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的噴墨印刷系統(tǒng)，包括：

24、上位機(jī)，作為控制單元，用于發(fā)送流量數(shù)據(jù)幀；

25、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)主交換機(jī)，與上位機(jī)通信連接，用于接收上位機(jī)發(fā)送的流量數(shù)據(jù)幀和寬幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)幀，并將流量數(shù)據(jù)幀和寬幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)幀傳輸至其對(duì)應(yīng)的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)副交換機(jī)中；

26、多組噴墨印刷子設(shè)備，每組噴墨印刷子設(shè)備均包括：

27、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)副交換機(jī)，與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)主交換機(jī)通信連接；用于接收時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)主交換機(jī)傳輸?shù)牧髁繑?shù)據(jù)幀和寬幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)幀；

28、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)副交換機(jī)、多個(gè)電子控制單元通信相連；用于利用數(shù)據(jù)接收模塊，接收時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)副交換機(jī)傳輸?shù)牧髁繑?shù)據(jù)幀；利用流量調(diào)度模塊，確定預(yù)設(shè)傳輸時(shí)間窗口內(nèi)所有流量數(shù)據(jù)的傳輸順序；利用數(shù)據(jù)傳輸模塊，將流量數(shù)據(jù)集中各類(lèi)控制數(shù)據(jù)聚合成多個(gè)can幀，并按照傳輸順序?qū)⒍鄠€(gè)can幀分發(fā)至其對(duì)應(yīng)的控制節(jié)點(diǎn)；將流量數(shù)據(jù)集中各個(gè)短幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)按照傳輸順序發(fā)送至短幅打印噴頭節(jié)點(diǎn)；

29、多個(gè)電子控制單元，包含多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)和一個(gè)短幅打印噴頭節(jié)點(diǎn)；每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)用于接收其對(duì)應(yīng)的多個(gè)can幀，并執(zhí)行每一can幀對(duì)應(yīng)的控制任務(wù)；短幅打印噴頭節(jié)點(diǎn)接收各個(gè)短幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行短幅打印；

30、數(shù)據(jù)解析模塊，與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)副交換機(jī)相連、寬幅打印噴頭模組通信相連；用于接收時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)副交換機(jī)傳輸?shù)膶挿蛴婎^圖像數(shù)據(jù)幀，并將寬幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)幀解析成寬幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)集；將寬幅打印噴頭圖像數(shù)據(jù)集中裁剪后的各個(gè)寬幅打印噴頭圖像發(fā)送至寬幅打印噴頭模組中；

31、寬幅打印噴頭模組，用于接收裁剪后的各個(gè)寬幅打印噴頭圖像，并進(jìn)行寬幅打印。

32、優(yōu)選地，還包括：

33、任務(wù)監(jiān)測(cè)主模塊，與第一噴墨印刷子設(shè)備的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)相連；用于負(fù)責(zé)對(duì)第一噴墨印刷子設(shè)備中的各個(gè)電子控制單元進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)，接收其他噴墨印刷子設(shè)備中的故障信息，將所有故障信息上傳至第一噴墨印刷子設(shè)備的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，再經(jīng)第一噴墨印刷子設(shè)備的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)副交換機(jī)和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)主交換機(jī)，上報(bào)至上位機(jī)；

34、多個(gè)任務(wù)監(jiān)測(cè)從模塊，每個(gè)任務(wù)監(jiān)測(cè)從模塊與其對(duì)應(yīng)噴墨印刷子設(shè)備的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、與任務(wù)監(jiān)測(cè)主模塊相連；用于負(fù)責(zé)對(duì)其對(duì)應(yīng)噴墨印刷子設(shè)備中的各個(gè)電子控制單元進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)，并將故障信息傳輸至任務(wù)監(jiān)測(cè)主模塊中。

35、優(yōu)選地，每組噴墨印刷子設(shè)備還包括：

36、紅外傳感器，與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)通信相連；用于檢測(cè)打印紙張位置，感應(yīng)紙張進(jìn)入噴墨印刷子設(shè)備，從而控制噴墨印刷子設(shè)備工作。

37、本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

38、（1）本發(fā)明所述的一種基于tsn的噴墨印刷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（tsn）中的時(shí)間敏感流的時(shí)間調(diào)度技術(shù)，可以允許在單位時(shí)間內(nèi)為高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流獨(dú)占帶寬以確保實(shí)時(shí)傳輸中的穩(wěn)定性；利用時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中的流量過(guò)濾和流量整形技術(shù)，可以設(shè)置不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流的傳輸規(guī)則和帶寬限制，優(yōu)化數(shù)據(jù)流的處理順序；因此，在時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)調(diào)度和流量整形，有效減少了數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的延遲，從而確保實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)能夠及時(shí)到達(dá)，提升噴墨印刷數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的響應(yīng)速度，保證噴墨印刷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；

39、（2）本發(fā)明所述的一種基于tsn的噴墨印刷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，基于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間感知流量整形機(jī)制，優(yōu)化了帶寬分配策略，即通過(guò)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，控制數(shù)據(jù)流的發(fā)送速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁堵，并且可以根據(jù)不同數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行分類(lèi)，讓重要的數(shù)據(jù)流優(yōu)先發(fā)送，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸不受影響，使得高帶寬需求的數(shù)據(jù)流，例如高分辨率圖像數(shù)據(jù)，能夠得到優(yōu)先保障，確保所有任務(wù)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，噴墨印刷系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，提升噴墨印刷系統(tǒng)的可靠性、打印質(zhì)量和效率；

40、（3）本發(fā)明所述的一種基于tsn的噴墨印刷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)中構(gòu)建了時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)數(shù)學(xué)模型，并利用多目標(biāo)優(yōu)化算法，求解出各個(gè)電子控制單元接收的流量數(shù)據(jù)的數(shù)量后，再根據(jù)預(yù)設(shè)的各種流量數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，以及先進(jìn)先出原則，確定各種流量數(shù)據(jù)的傳輸順序；含有時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)數(shù)學(xué)模型的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)能夠智能識(shí)別并管理不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)流，依據(jù)其優(yōu)先級(jí)和服務(wù)質(zhì)量需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的傳輸時(shí)限，確保關(guān)鍵任務(wù)獲取足夠的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提升噴墨印刷系統(tǒng)的性能和可靠性；

41、（4）本發(fā)明所述的一種基于tsn的噴墨印刷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘同步功能，確保噴墨印刷系統(tǒng)中各個(gè)電子控制單元在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的全局時(shí)間保持一致，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高精度的數(shù)據(jù)處理與任務(wù)協(xié)同，從而保證噴墨印刷系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)執(zhí)行的確定性。