工业现场总线通信方法、装置、电子设备及存储介质

摘要

本申请提供一种工业现场总线通信方法、装置、电子设备及存储介质，涉及通信技术领域。该方法包括：目标UPF接收用户设备通过用户面隧道发送的数据帧，根据SMF指示的数据帧协议类型对数据帧进行解析，确定目的工业设备的站点标识，根据目的工业设备的站点标识，采用SMF发送的数据帧转发规则，确定目标用户面隧道，数据帧转发规则指示目标UPF：若目的工业设备的站点标识与已创建PDU会话对应的源站点标识匹配，将数据帧通过源站点标识对应的目标用户面隧道转发；目标UPF通过目标用户面隧道将数据帧发送给指定用户设备，由指定用户设备将数据帧发送给目的工业设备。本申请无需通过额外的设备对数据帧进行封装，降低用户负担和成本。

权利要求

1.一种工业现场总线通信方法，其特征在于，所述方法包括：目标UPF接收虚拟工业现场总线中的用户设备通过用户面隧道发送的数据帧，其中，所述虚拟工业现场总线中包括多个用户设备，每个用户设备连接至少一个工业设备，所述用户设备接收对应的工业设备发送的所述数据帧，所述数据帧中包括目的工业设备的站点标识，所述多个用户设备与会话管理功能SMF具有多个已创建PDU会话，每个已创建PDU会话具有对应的用户面隧道和源站点标识，所述源站点标识为对应的工业设备的站点标识；

所述目标UPF根据所述SMF指示的数据帧协议类型对所述数据帧进行解析，确定所述目的工业设备的站点标识；

所述目标UPF根据所述目的工业设备的站点标识，采用所述SMF发送的数据帧转发规则，确定目标用户面隧道，其中，所述数据帧转发规则指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述源站点标识对应的目标用户面隧道转发；所述数据帧转发规则还指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话的源站点标识不匹配，将所述数据帧向其他用户设备所建立的PDU会话对应的目标用户面隧道复制转发，其中，所述其他用户设备为所述虚拟工业现场总线中除了发送数据帧之外的用户设备；

所述目标UPF通过所述目标用户面隧道将所述数据帧发送给指定用户设备，并由所述指定用户设备将所述数据帧发送给所述目的工业设备。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述目标UPF根据所述数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析，确定所述源站点标识，其中，所述数据帧中包含所述预设工业设备的源站点标识；

若所述目标UPF判断所述源站点标识为未向所述SMF上报过的新源站点标识，所述目标UPF向所述SMF上报所述新源站点标识，以使所述SMF向所述目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话修改请求信息，所述PFCP会话修改请求信息用于指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述新源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述新源站点标识对应的目标用户面隧道转发，其中，PFCP会话为所述用户设备与所述SMF创建PDU会话时，所述SMF与所述目标UPF创建的会话。

3.一种工业现场总线通信方法，其特征在于，所述方法还包括：会话管理功能SMF在接收到新用户设备发起的协议数据单元PDU会话创建请求后，从统一数据管理功能UDM中获取虚拟总线通信信息，其中，所述虚拟总线通信信息包括：数据帧协议类型、虚拟工业现场总线连接的多个用户设备的列表；

所述SMF根据所述多个用户设备的列表，确定所述虚拟工业现场总线中的多个已创建PDU会话的列表，以及所述列表中每个已创建PDU会话所对应的用户面隧道和源站点标识；

所述SMF向目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话创建请求信息，以创建新用户面隧道，所述PFCP会话创建请求信息用于指示所述目标UPF：所述数据帧协议类型、数据帧转发规则、以及将数据帧的源站点标识上报给所述SMF；所述数据帧转发规则指示所述目标UPF：若所述目标UPF接收到的数据帧的目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述源站点标识对应的目标用户面隧道转发；否则将所述数据帧向其他用户设备所建立的PDU会话对应的目标用户面隧道复制转发，其中，所述其他用户设备为所述虚拟工业现场总线中除了发送第一数据帧之外的用户设备；

所述SMF确定与所述新用户设备之间的所述PDU会话创建成功，并保存所述PDU会话与所述新用户面隧道的对应关系。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述SMF接收所述目标UPF上报的新源站点标识，其中，所述新源站点标识为所述目标UPF根据所述数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析确定的；

所述SMF根据所述新源站点标识，保存所述新源站点标识与所述PDU会话和所述新用户面隧道的对应关系；

所述SMF根据所述对应关系，向所述目标UPF发送PFCP会话修改请求信息，所述PFCP会话修改请求信息用于指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述新源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述新源站点标识对应的新用户面隧道转发，其中，PFCP会话为所述用户设备与所述SMF创建PDU会话时，所述SMF与所述目标UPF创建的会话。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述会话管理功能SMF在接收到新用户设备发起的协议数据单元PDU会话创建请求之前，所述方法还包括：所述SMF与多个UPF建立偶联关系，以获取所述多个UPF的总线通信能力，所述总线通信能力用于指示所述UPF是否支持总线通信以及所支持的总线协议类型；

所述新用户设备向所述SMF发起PDU会话创建请求；

所述SMF根据所述数据帧协议类型和所述多个UPF所支持的总线协议类型，从所述多个UPF中选择所述目标UPF。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述会话创建请求信息还用于指示：所述目标UPF从所述数据帧中解析出站点标识后启动定时器，所述定时器用于指示接收到所述工业设备的数据帧的时间，所述方法还包括：所述SMF接收所述目标UPF在所述定时器的计时时长超过预设时长后发送的超时信息；

所述SMF根据所述超时信息向所述目标UPF发送PFCP会话更新信息，所述PFCP会话更新信息用于指示删除所述工业设备的源站点标识的数据帧转发规则。

7.一种工业现场总线通信装置，其特征在于，所述装置包括：数据帧接收模块，用于目标UPF接收虚拟工业现场总线中的用户设备通过用户面隧道发送的数据帧，其中，所述虚拟工业现场总线中包括多个用户设备，每个用户设备连接至少一个工业设备，所述用户设备接收对应的工业设备发送的所述数据帧，所述数据帧中包括目的工业设备的站点标识，所述多个用户设备与会话管理功能SMF具有多个已创建PDU会话，每个已创建PDU会话具有对应的用户面隧道和源站点标识，所述源站点标识为对应的工业设备的站点标识；

数据帧解析模块，用于所述目标UPF根据所述SMF指示的数据帧协议类型对所述数据帧进行解析，确定所述目的工业设备的站点标识；

用户面隧道确定模块，用于所述目标UPF根据所述目的工业设备的站点标识，采用所述SMF发送的数据帧转发规则，确定目标用户面隧道，其中，所述数据帧转发规则指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述源站点标识对应的目标用户面隧道转发；所述数据帧转发规则还指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话的源站点标识不匹配，将所述数据帧向其他用户设备所建立的PDU会话对应的目标用户面隧道复制转发，其中，所述其他用户设备为所述虚拟工业现场总线中除了发送数据帧之外的用户设备；

数据帧发送模块，用于所述目标UPF通过所述目标用户面隧道将所述数据帧发送给指定用户设备，并由所述指定用户设备将所述数据帧发送给所述目的工业设备。

8.一种工业现场总线通信装置，其特征在于，所述装置还包括：信息获取模块，用于会话管理功能SMF在接收到新用户设备发起的协议数据单元PDU会话创建请求后，从统一数据管理功能UDM中获取虚拟总线通信信息，其中，所述虚拟总线通信信息包括：数据帧协议类型、虚拟工业现场总线连接的多个用户设备的列表；

会话列表确定模块，用于所述SMF根据所述多个用户设备的列表，确定所述虚拟工业现场总线中的多个已创建PDU会话的列表，以及所述列表中每个已创建PDU会话所对应的用户面隧道和源站点标识；

请求信息发送模块，用于所述SMF向目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话创建请求信息，以创建新用户面隧道，所述PFCP会话创建请求信息用于指示所述目标UPF：所述数据帧协议类型、数据帧转发规则、以及将数据帧的源站点标识上报给所述SMF；所述数据帧转发规则指示所述目标UPF：若所述目标UPF接收到的数据帧的目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述源站点标识对应的目标用户面隧道转发；否则将所述数据帧向其他用户设备所建立的PDU会话对应的目标用户面隧道复制转发，其中，所述其他用户设备为所述虚拟工业现场总线中除了发送第一数据帧之外的用户设备；

确认会话创建成功模块，用于所述SMF确定与所述新用户设备之间的所述PDU会话创建成功，并保存所述PDU会话与所述新用户面隧道的对应关系。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述程序指令，以执行如权利要求1至6任一所述的工业现场总线通信方法的步骤。

说明书

工业现场总线通信方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

[0001] 本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种工业现场总线通信方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

[0002] 工业现场中广泛使用现场总线通信网络，采用串行现场总线通信协议实现多个工业设备之间的数字通信。

[0003] 由于串行现场总线的电缆传输距离有限，对于多个工业设备之间距离较远的通信场景，通常通过在多个工业设备之间部署串口服务器，以将串行数据帧封装在IP报文中，通
过通信网络进行远距离传输。

[0004] 但是，采用串口服务器的通信方法，需要在多个工业设备之间增加串口服务器，且需要在串口服务器中额外配置多个工业设备的地址信息，导致增加了用户的负担，成本较
高。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种工业现场总线通信方法、装置、电子设备及存储介质，以便通过通信网络直接转发数据帧，无需通过额外的设备
对数据帧进行封装，降低用户负担和成本。

[0006] 为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

[0007] 第一方面，本申请实施例提供了一种工业现场总线通信方法，所述方法包括：

[0008] 目标UPF接收虚拟工业现场总线中的用户设备通过用户面隧道发送的数据帧，其中，所述虚拟工业现场总线中包括多个用户设备，每个用户设备连接至少一个工业设备，所
述用户设备接收对应的工业设备发送的所述数据帧，所述数据帧中包括目的工业设备的站
点标识，所述多个用户设备与会话管理功能SMF具有多个已创建PDU会话，每个已创建PDU会
话具有对应的用户面隧道和源站点标识，所述源站点标识为对应的工业设备的站点标识；

[0009] 所述目标UPF根据所述SMF指示的数据帧协议类型对所述数据帧进行解析，确定所述目的工业设备的站点标识；

[0010] 所述目标UPF根据所述目的工业设备的站点标识，采用所述SMF发送的数据帧转发规则，确定目标用户面隧道，其中，所述数据帧转发规则指示所述目标UPF：若所述目的工业
设备的站点标识与所述已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所
述源站点标识对应的目标用户面隧道转发；

[0011] 所述目标UPF通过所述目标用户面隧道将所述数据帧发送给指定用户设备，并由所述指定用户设备将所述数据帧发送给所述目的工业设备。

[0012] 可选的，所述数据帧转发规则还指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话的源站点标识不匹配，将所述数据帧向其他用户设备所建立的PDU
会话对应的目标用户面隧道复制转发，其中，所述其他用户设备为所述虚拟工业现场总线
中除了发送数据帧之外的用户设备。

[0013] 可选的，所述方法还包括：

[0014] 所述目标UPF根据所述数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析，确定所述源站点标识，其中，所述数据帧中包含所述预设工业设备的源站点标识；

[0015] 若所述目标UPF判断所述源站点标识为未向所述SMF上报过的新源站点标识，所述目标UPF向所述SMF上报所述新源站点标识，以使所述SMF向所述目标UPF发送报文转发控制
协议PFCP会话修改请求信息，所述PFCP会话修改请求信息用于指示所述目标UPF：若所述目
的工业设备的站点标识与所述新源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述新源站点标识
对应的目标用户面隧道转发，其中，PFCP会话为所述用户设备与所述SMF创建PDU会话时，所
述SMF与所述目标UPF创建的会话。

[0016] 第二方面，本申请实施例还提供一种工业现场总线通信方法，所述方法还包括：

[0017] 会话管理功能SMF在接收到新用户设备发起的协议数据单元PDU会话创建请求后，从统一数据管理功能UDM中获取虚拟总线通信信息，其中，所述虚拟总线通信信息包括：数
据帧协议类型、虚拟工业现场总线连接的多个用户设备的列表；

[0018] 所述SMF根据所述多个用户设备的列表，确定所述虚拟工业现场总线中的多个已创建PDU会话的列表，以及所述列表中每个已创建PDU会话所对应的用户面隧道和源站点标
识；

[0019] 所述SMF向目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话创建请求信息，以创建新用户面隧道，所述PFCP会话创建请求信息用于指示所述目标UPF：所述数据帧协议类型、数据帧
转发规则、以及将数据帧的源站点标识上报给所述SMF；所述数据帧转发规则指示所述目标
UPF：若所述目标UPF接收到的数据帧的目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话所
对应的源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述源站点标识对应的目标用户面隧道转
发；否则将所述数据帧向其他用户设备所建立的PDU会话对应的目标用户面隧道复制转发，
其中，所述其他用户设备为所述虚拟工业现场总线中除了发送第一数据帧之外的用户设
备；

[0020] 所述SMF确定与所述新用户设备之间的所述PDU会话创建成功，并保存所述PDU会话与所述新用户面隧道的对应关系。

[0021] 可选的，所述方法还包括：

[0022] 所述SMF接收所述目标UPF上报的新源站点标识，其中，所述新源站点标识为所述目标UPF根据所述数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析确定的；

[0023] 所述SMF根据所述新源站点标识，保存所述新源站点标识与所述PDU会话和所述新用户面隧道的对应关系；

[0024] 所述SMF根据所述对应关系，向所述目标UPF发送PFCP会话修改请求信息，所述PFCP会话修改请求信息用于指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述新
源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述新源站点标识对应的新用户面隧道转发，其中，
PFCP会话为所述用户设备与所述SMF创建PDU会话时，所述SMF与所述目标UPF创建的会话。

[0025] 可选的，所述会话管理功能SMF在接收多个用户设备发起的协议数据单元PDU会话创建请求之前，所述方法还包括：

[0026] 所述SMF与多个UPF建立偶联关系，以获取所述多个UPF的总线通信能力，所述总线通信能力用于指示所述UPF是否支持总线通信以及所支持的总线协议类型；

[0027] 所述SMF根据所述数据帧协议类型和所述多个UPF所支持的总线协议类型，从所述多个UPF中选择所述目标UPF。

[0028] 可选的，所述会话创建请求信息还用于指示：所述目标UPF从所述数据帧中解析出站点标识后启动定时器，所述定时器用于指示接收到所述工业设备的数据帧的时间，所述
方法还包括：

[0029] 所述SMF接收所述目标UPF在所述定时器的计时时长超过预设时长后发送的超时信息；

[0030] 所述SMF根据所述超时信息向所述目标UPF发送PFCP会话更新信息，所述PFCP会话更新信息用于指示删除所述工业设备的源站点标识的数据帧转发规则。

[0031] 第三方面，本申请实施例还提供一种工业现场总线通信装置，所述装置包括：

[0032] 数据帧接收模块，用于目标UPF接收虚拟工业现场总线中的用户设备通过用户面隧道发送的数据帧，其中，所述虚拟工业现场总线中包括多个用户设备，每个用户设备连接
至少一个工业设备，所述用户设备接收对应的工业设备发送的所述数据帧，所述数据帧中
包括目的工业设备的站点标识，所述多个用户设备与会话管理功能SMF具有多个已创建PDU
会话，每个已创建PDU会话具有对应的用户面隧道和源站点标识，所述源站点标识为对应的
工业设备的站点标识；

[0033] 数据帧解析模块，用于所述目标UPF根据所述SMF指示的数据帧协议类型对所述数据帧进行解析，确定所述目的工业设备的站点标识；

[0034] 用户面隧道确定模块，用于所述目标UPF根据所述目的工业设备的站点标识，采用所述SMF发送的数据帧转发规则，确定目标用户面隧道，其中，所述数据帧转发规则指示所
述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话所对应的源站点标识相
匹配，将所述数据帧通过所述源站点标识对应的目标用户面隧道转发；

[0035] 数据帧发送模块，用于所述目标UPF通过所述目标用户面隧道将所述数据帧发送给指定用户设备，并由所述指定用户设备将所述数据帧发送给所述目的工业设备。

[0036] 可选的，所述数据帧转发规则还指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述已创建PDU会话的源站点标识不匹配，将所述数据帧向其他用户设备所建立的PDU
会话对应的目标用户面隧道复制转发，其中，所述其他用户设备为所述虚拟工业现场总线
中除了发送数据帧之外的用户设备。

[0037] 可选的，所述装置还包括：

[0038] 源站点标识确定模块，用于所述目标UPF根据所述数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析，确定所述源站点标识，其中，所述数据帧中包含所述预设工业设
备的源站点标识；

[0039] 源站点标识上报模块，用于若所述目标UPF判断所述源站点标识为未向所述SMF上报过的新源站点标识，所述目标UPF向所述SMF上报所述新源站点标识，以使所述SMF向所述
目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话修改请求信息，所述PFCP会话修改请求信息用于
指示所述目标UPF：若所述目的工业设备的站点标识与所述新源站点标识相匹配，将所述数
据帧通过所述新源站点标识对应的目标用户面隧道转发，其中，PFCP会话为所述用户设备
与所述SMF创建PDU会话时，所述SMF与所述目标UPF创建的会话。

[0040] 第四方面，本申请实施例还提供一种工业现场总线通信装置，所述装置还包括：

[0041] 信息获取模块，用于会话管理功能SMF在接收到新用户设备发起的协议数据单元PDU会话创建请求后，从统一数据管理功能UDM中获取虚拟总线通信信息，其中，所述虚拟总
线通信信息包括：数据帧协议类型、虚拟工业现场总线连接的多个用户设备的列表；

[0042] 会话列表确定模块，用于所述SMF根据所述多个用户设备的列表，确定所述虚拟工业现场总线中的多个已创建PDU会话的列表，以及所述列表中每个已创建PDU会话所对应的
用户面隧道和源站点标识；

[0043] 请求信息发送模块，用于所述SMF向所述目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话创建请求信息，以创建新用户面隧道，所述PFCP会话创建请求信息用于指示所述目标UPF：
所述数据帧协议类型、数据帧转发规则、以及将数据帧的源站点标识上报给所述SMF；所述
数据帧转发规则指示所述目标UPF：若所述目标UPF接收到的数据帧的目的工业设备的站点
标识与所述已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述源站点标
识对应的目标用户面隧道转发；否则将所述数据帧向其他用户设备所建立的PDU会话对应
的目标用户面隧道复制转发，其中，所述其他用户设备为所述虚拟工业现场总线中除了发
送第一数据帧之外的用户设备；

[0044] 确认会话创建成功模块，用于所述SMF确定与所述新用户设备之间的所述PDU会话创建成功，并保存所述PDU会话与所述新用户面隧道的对应关系。

[0045] 可选的，所述装置还包括：

[0046] 源站点标识接收模块，用于所述SMF接收所述目标UPF上报的新源站点标识，其中，所述新源站点标识为所述目标UPF根据所述数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧
进行解析确定的；

[0047] 对应关系保持模块，用于所述SMF根据所述新源站点标识，保存所述新源站点标识与所述PDU会话和所述新用户面隧道的对应关系；

[0048] 会话修改请求发送模块，用于所述SMF根据所述对应关系，向所述目标UPF发送PFCP会话修改请求信息，所述PFCP会话修改请求信息用于指示所述目标UPF：若所述目的工
业设备的站点标识与所述新源站点标识相匹配，将所述数据帧通过所述新源站点标识对应
的新用户面隧道转发，其中，PFCP会话为所述用户设备与所述SMF创建PDU会话时，所述SMF
与所述目标UPF创建的会话。

[0049] 可选的，所述装置还包括：

[0050] 通信能力获取模块，用于所述SMF与多个UPF建立偶联关系，以获取所述多个UPF的总线通信能力，所述总线通信能力用于指示所述UPF是否支持总线通信以及所支持的总线
协议类型；

[0051] 目标UPF选择模块，用于所述SMF根据所述数据帧协议类型和所述多个UPF所支持的总线协议类型，从所述多个UPF中选择所述目标UPF。

[0052] 可选的，所述会话创建请求信息还用于指示：所述目标UPF从所述数据帧中解析出站点标识后启动定时器，所述定时器用于指示接收到所述工业设备的数据帧的时间，所述
装置还包括：

[0053] 超时信息接收模块，用于所述SMF接收所述目标UPF在所述定时器的计时时长超过预设时长后发送的超时信息；

[0054] PFCP会话更新信息发送模块，用于所述SMF根据所述超时信息向所述目标UPF发送PFCP会话更新信息，所述PFCP会话更新信息用于指示删除所述工业设备的源站点标识的数
据帧转发规则。

[0055] 第五方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与
所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述程序指令，以执行如上述实施例任
一所述的工业现场总线通信方法的步骤。

[0056] 第六方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述实施例任一所述的工业现场总
线通信方法的步骤。

[0057] 本申请的有益效果是：

[0058] 本申请提供一种工业现场总线通信方法、装置、电子设备及存储介质，目标UPF接收虚拟工业现场总线中的用户设备通过用户面隧道发送的数据帧，其中，虚拟工业现场总
线中包括多个用户设备，每个用户设备连接至少一个工业设备，用户设备接收对应的工业
设备发送的数据帧，数据帧中包括目的工业设备的站点标识，多个用户设备与会话管理功
能SMF具有多个已创建PDU会话，每个已创建PDU会话具有对应的用户面隧道和源站点标识，
源站点标识为对应的工业设备的站点标识；目标UPF根据SMF指示的数据帧协议类型对数据
帧进行解析，确定目的工业设备的站点标识，目标UPF根据目的工业设备的站点标识，采用
SMF发送的数据帧转发规则，确定目标用户面隧道，其中，数据帧转发规则指示目标UPF：若
目的工业设备的站点标识与已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将数据帧通过源
站点标识对应的目标用户面隧道；目标UPF通过目标用户面隧道将数据帧发送给指定用户
设备，并由指定用户设备将数据帧发送给目的工业设备。本申请通过目标UPF根据数据帧中
目的工业设备的站点标识，采用数据转发规则确定目标用户面隧道，以便目标UPF将数据帧
通过目标用户面隧道发送给指定用户设备，实现多个工业设备之间的通信，通过虚拟现场
工业现场总线直接转发数据帧，无需对数据帧进行封装，无需增加串口服务器，也无需对串
口服务器配置工业设备的通信地址，减小了用户负担，降低了通信成本。

附图说明

[0059] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。

[0060] 图1为本申请实施例提供的一种工业现场总线通信系统的结构示意图；

[0061] 图2为本申请实施例提供的一种工业现场总线通信方法的流程示意图；

[0062] 图3为本申请实施例提供的一种基于目标用户面功能的总线通信方法的交互示意图；

[0063] 图4为本申请实施例提供的另一种工业现场总线通信方法的流程示意图；

[0064] 图5为本申请实施例提供的又一种工业现场总线通信方法的流程示意图；

[0065] 图6为本申请实施例提供的一种基于会话管理功能的总线通信方法的交互示意图；

[0066] 图7为本申请实施例提供的再一种工业现场总线通信方法的流程示意图；

[0067] 图8为本申请实施例提供的还一种工业现场总线通信方法的流程示意图；

[0068] 图9为本申请实施例提供的一种工业现场总线通信装置的结构示意图；

[0069] 图10为本申请实施例提供的另一种工业现场总线通信装置的结构示意图；

[0070] 图11为本申请实施例提供的电子设备的示意图。

具体实施方式

[0071] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0072] 因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范
围。

[0073] 本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情
况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外
的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包
含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的
那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的
其它步骤或单元。

[0074] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

[0075] 在介绍本申请之前，首先对本申请实施例的应用场景进行说明，本申请实施例的用户设备为工业现场的5G工业路由器，工业设备可以为智能化仪器仪表、控制器、执行机构
等工业现场设备，本申请实施例的技术方案所应用的现场总线通信网络主要是各种第五代
（5th generation，5G）通信网络，当然也可以应用于未来新无线接入技术（new radio 
access technology，NR），本申请对此不做限制。

[0076] 本实施例中，5G通信网络的网络架构具体可以包括下列网元：

[0077] 1、终端设备（User Equipment，UE）：也可以称用户设备、终端、接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、无线通信设备、用户代
理或用户装置。UE还可以是蜂窝电话、无线电话、会话启动协议（Session Initiation 
Protocol，SIP）电话、无线本地环路（Wireless Local Loop，WLL）)站、个人数字助理
（Personal Digital Assistant，PDA）、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到
无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备，5G网络中的终端设备或者未来演
进的公用陆地移动通信网络（Public Land Mobile Network，PLMN）中的终端设备等，还可
以是端设备，逻辑实体，智能设备，如手机，智能终端等终端设备，或者服务器，网关，基站，
控制器等通信设备，或者物联网设备，如传感器，电表，水表等物联网（Internet  of 
things，IoT）设备。

[0078] 2、接入网（Access Network，AN）：为特定区域的授权用户提供入网功能，并能够根据用户的级别，业务的需求等使用不同质量的传输隧道。基于无线通信技术实现接入网络
功能的接入网可以称为无线接入网（Radio Access Network，RAN）。无线接入网能够管理无
线资源，为终端提供接入服务，进而完成控制信号和用户数据在终端和核心网之间的转发。

[0079] 3、会话管理功能（Session Management Function，SMF）实体：主要用于会话管理、UE的网际协议（Internet Protocol，IP）地址分配和管理、选择可管理用户面功能、策略控
制、或收费功能接口的终结点以及下行数据通知等。在本申请实施例中，可用于实现会话管
理网元的功能。

[0080] 4、用户面功能（User Plane Function，UPF）实体：即，数据面网关。可用于分组路由和转发、或用户面数据的服务质量（quality of service，QoS）处理等。用户数据可通过
该网元接入到数据网络（data network，DN）。在本申请实施例中，可用于实现用户面网关的
功能。

[0081] 5、通用数据管理（Unified Data Management，UDM）实体，UDM中包括了UE所属的虚拟工业现场总线信息，UDM从统一数据仓库（Unified Data Repository，UDR）中查询用户签
约信息，UDM和UDR分别为5G通信网络中的前端和后端。

[0082] 应理解，上述应用于本申请实施例的网络架构仅是举例说明的从传统点到点的架构和服务化架构的角度描述的网络架构，适用本申请实施例的网络架构并不局限于此，任
何能够实现上述各个网元的功能的网络架构都适用于本申请实施例。应理解，上述网元之
间可以通过预设接口进行通信，在此不再赘述。

[0083] 还应理解，SMF实体、UPF实体、UDM实体、UDR实体可以理解为核心网中用于实现不同功能的网元，例如可以按需组合成网络切片。这些核心网网元可以各自独立的设备，也可
以集成于同一设备中实现不同的功能，本申请对此不做限定。

[0084] 请参见图1，为本申请实施例提供的一种工业现场总线通信系统的结构示意图，如图1所示，该工业现场总线通信系统中包括：多个工业设备10、与多个工业设备10连接的多
个用户设备20以及现场总线通信网络30。

[0085] 现场总线通信网络30由无线接入网RAN、会话管理功能SMF、用户面功能UPF、通用数据管理UDM和统一数据仓库UDR构成，每个用户设备20连接至少一个工业设备10，多个用
户设备20通过RAN与SMF建立通信连接，以构成虚拟工业现场总线，多个工业设备10通过对
应连接的用户设备，实现通过虚拟工业现场总线进行数据交互。多个工业设备10中的任意
一个工业设备可以作为主站发送数据帧，其他工业设备可以作为从站接收数据帧，以实现
主从站之间的通信。

[0086] 在上述工业现场总线通信系统的基础上，本申请实施例还提供一种应用于目标UPF的工业现场总线通信方法。

[0087] 请参考图2，为本申请实施例提供的一种工业现场总线通信方法的流程示意图，图3为本申请实施例提供的一种基于目标用户面功能的总线通信方法的交互示意图，如图2和
图3所示，该方法包括：

[0088] S101：目标UPF接收虚拟工业现场总线中的用户设备通过用户面隧道发送的数据帧。

[0089] 其中，虚拟工业现场总线中包括多个用户设备，每个用户设备连接至少一个工业设备，用户设备接收对应的工业设备发送的数据帧，数据帧中包括目的工业设备的站点标
识，多个用户设备与SMF具有多个已创建PDU会话，每个已创建PDU会话具有对应的用户面隧
道和源站点标识，源站点标识为已创建PDU会话的用户设备所对应连接的工业设备的站点
标识。

[0090] 本实施例中，以用户设备UE1、用户设备UE2和用户设备UE3分别与SMF创建PDU会话为例，对本申请实施例工业设备之间进行数据交互的过程进行示例性的解释说明。用户设
备UE1创建的PDU会话1对应用户面隧道T1和源站点标识S1，用户设备UE2创建的PDU会话2对
应用户面隧道T2和源站点标识S2，用户设备UE3创建的PDU会话3对应用户面隧道T3和源站
点标识S3。

[0091] 工业设备1向用户设备UE1发送数据帧，数据帧中包括目的工业设备的站点标识，用户设备UE1通过无线接入网RAN和用户面隧道T1向目标UPF发送数据帧。

[0092] S102：目标UPF根据预设数据帧协议类型对数据帧进行解析，确定目的工业设备的站点标识。

[0093] 本实施例中，在SMF与目标UPF建立PFCP会话时，会将虚拟工业现场总线的协议类型发送给目标UPF，目标UPF采用该虚拟工业现场总线的协议类型作为数据帧协议类型对数
据帧进行解析，以从数据帧中解析出目的工业设备的站点标识。

[0094] S103：目标UPF根据目的工业设备的站点标识，采用SMF发送的数据帧转发规则，确定目标用户面隧道。

[0095] 其中，数据帧转发规则指示目标UPF：若目的工业设备的站点标识与已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将数据帧通过源站点标识对应的目标用户面隧道转发。

[0096] 本实施例中，SMF向PFCP会话1发送的数据帧转发规则为：针对用户面隧道T1发送的数据帧，若目的工业设备的站点标识与源站点标识S2相匹配，确定目标用户面隧道为用
户面隧道T2，或者，若目的工业设备的站点标识与源站点标识S3相匹配，确定目标用户面隧
道为用户面隧道T3。

[0097] 在一种可选实施方式中，数据帧转发规则还指示目标UPF：若目的工业设备的站点标识与已创建PDU会话的源站点标识不匹配，将数据帧向其他用户设备所建立的PDU会话对
应的目标用户面隧道复制转发，其中，其他用户设备为虚拟工业现场总线中除了发送数据
帧之外的用户设备。

[0098] 本实施例中，若多个已创建PDU会话所对应的源站点标识中不存在目的工业设备的站点标识，则通过其他用户设备所建立的PDU会话对应的目标用户面隧道对数据帧进行
复制转发。示例的，若目的工业设备的站点标识与源站点标识S2和源站点标识S3均不匹配，
将数据帧通过用户面隧道T2和用户面隧道T3进行复制转发。

[0099] S104：目标UPF通过目标用户面隧道将数据帧发送给指定用户设备，并由指定用户设备将数据帧发送给目的工业设备。

[0100] 本实施例中，目标UPF确定对应的用户面隧道后，将数据帧通过该用户面隧道发送给指定用户设备，指定用户设备为通过该用户面隧道与目标UPF通信连接的用户设备，指定
用户设备将数据帧发送给对应连接的工业设备，以实现工业设备之间的通信。示例的，若目
标用户面隧道为用户面隧道T2，将数据帧通过用户面隧道T2发送给用户设备UE2，用户设备
UE2将数据帧发送给工业设备2；若目标用户面隧道为用户面隧道T3，将数据帧通过用户面
隧道T3发送给用户设备UE3，用户设备UE3将数据帧发送给工业设备3。

[0101] 需要说明的是，若每个用户设备连接多个工业设备，则用户设备接收到通过用户面隧道传输的数据帧后，对数据帧进行解析，以确定数据帧中工业设备的站点标识，以将数
据帧转发给对应的工业设备，实现多个工业设备之间的通信。

[0102] 上述实施例提供的工业现场总线通信方法，通过目标UPF根据数据帧中目的工业设备的站点标识，采用数据转发规则确定目标用户面隧道，以便目标UPF将数据帧通过目标
用户面隧道发送给指定用户设备，实现多个工业设备之间的通信，通过虚拟现场工业现场
总线直接转发数据帧，无需对数据帧进行封装，无需增加串口服务器，也无需对串口服务器
配置工业设备的通信地址，减小了用户负担，降低了通信成本。

[0103] 在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供一种应用于目标UPF的工业现场总线通信方法。

[0104] 请参考图4，为本申请实施例提供的另一种工业现场总线通信方法的流程示意图，如图4所示，该还方法还包括：

[0105] S105：目标UPF根据数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析，确定源站点标识，其中，数据帧中包含预设工业设备的源站点标识。

[0106] 本实施例中，在预设用户设备与SMF成功创建PDU会话后，需要确定PDU会话对应的用户面隧道与预设工业设备的源站点标识的对应关系，并将该对应关系发送给其他PFCP会
话。

[0107] 在预设用户设备与SMF成功创建PDU会话后，与预设用户设备连接的工业设备向预设用户设备发送数据帧，预设用户设备通过无线接入网RAN和用户面隧道将数据帧发送给
目标UPF。目标UPF根据数据帧协议类型对数据帧进行解析，以确定预设工业设备的源站点
标识。

[0108] S106：若目标UPF判断源站点标识为未向SMF上报过的新源站点标识，目标UPF向SMF上报新源站点标识，以使SMF向目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话修改请求信息，
PFCP会话修改请求信息用于指示目标UPF：若目的工业设备的站点标识与新源站点标识相
匹配，将数据帧通过新源站点标识对应的目标用户面隧道转发，其中，PFCP会话为用户设备
与SMF创建PDU会话时，SMF与目标UPF创建的会话。

[0109] 本实施例中，目标UPF判断是否向SMF上报过数据帧中的新源站点标识，若为否，将该新源站点标识上报至SMF，以使得SMF接收到上报的新源站点标识后，保存新源站点标识
与PDU会话和新用户面隧道的对应关系，并向目标UPF发送PFCP会话修改请求信息。该PFCP
会话修改请求信息的内容可以参考前述S21，在此不做赘述。

[0110] 上述实施例提供的工业现场总线通信方法，目标UPF通过将新源站点标识发送给SMF，以使得SMF根据新源站点标识向目标UPF发送PFCP会话修改请求信息，便于在创建新的
PDU会话后，目标UPF可以确定与PDU会话对应的用户面隧道和源站点标识，从而实现多个工
业设备之间的通信。

[0111] 在上述工业现场总线通信系统的基础上，本申请实施例还提供一种应用于会话管理功能的工业现场总线通信方法。

[0112] 请参考图5，为本申请实施例提供的又一种工业现场总线通信方法的流程示意图，图6为本申请实施例提供的一种基于会话管理功能的总线通信方法的交互示意图，如图5和
图6所示，该方法包括：

[0113] S203：SMF在接收到新用户设备发起的PDU会话创建请求后，从UDM中获取虚拟总线通信信息，其中，虚拟总线通信信息包括：数据帧协议类型、虚拟工业现场总线连接的多个
用户设备的列表。

[0114] 本实施例中，SMF收到创建PDU会话的请求后，从UDM中获取用户签约信息，用户签约信息中包括新用户设备所属的虚拟总线通信信息，虚拟总线通信信息包括虚拟工业现场
总线标识、虚拟工业现场总线所连接的多个用户设备的标识列表、虚拟总线协议类型，以虚
拟总线协议类型作为数据帧协议类型，用于对数据帧进行解析。

[0115] 在一种可能的实现方式中，用户签约信息配置在UDR中，UDM可以从UDR中查询用户签约信息。在另一种可能的实现方式中，用户签约信息可以由应用功能（Application 
Function，AF）通过网络开放功能（Network Exposure Function，NEF）进行配置。

[0116] S204：SMF根据多个用户设备的列表，确定虚拟工业现场总线中的多个已创建PDU会话的列表，以及列表中每个已创建PDU会话所对应的用户面隧道和源站点标识。

[0117] 本实施例中，SMF从多个用户设备的列表中确定已创建PDU会话的用户设备，从而确定多个已创建PDU会话的列表，以及列表中每个已创建PDU会话所对应的用户面隧道和源
站点标识，其中，SMF可以预先根据每个工业设备发送的数据帧中的源站点标识，确定传输
该数据帧的用户面隧道与源站点标识的对应关系。

[0118] S206：SMF向目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话创建请求信息，以创建新用户面隧道，PFCP会话创建请求信息用于指示目标UPF：数据帧协议类型、数据帧转发规则、以
及将数据帧的源站点标识上报给SMF；数据帧转发规则指示目标UPF：若目标UPF接收到的数
据帧的目的工业设备的站点标识与已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将数据帧
通过源站点标识对应的目标用户面隧道转发；否则将数据帧向其他用户设备所建立的PDU
会话对应的目标用户面隧道复制转发，其中，其他用户设备为虚拟工业现场总线中除了发
送第一数据帧之外的用户设备。

[0119] 本实施例中，数据帧协议类型为S13中获取的虚拟总线协议类型，用于指示目标UPF对采用该数据帧协议类型对接收到的数据帧进行解析，获取数据帧中的源站点标识和
目的工业设备的站点标识。数据转发规则用于指示目标UPF：若数据帧中的目的工业设备的
站点标识与多个已创建PDU会话中任意一个已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将
数据帧通过该源站点标识对应的目标用户面隧道转发，否则将数据帧通过其他用户设备所
建立的PDU对应的目标用户面隧道转发，其他用户设备为虚拟工业现场总线中除了发送第
一数据帧的用户设备之外的用户设备。将数据帧的源站点标识上报给SMF用于指示目标UPF
若从接收到的数据帧中解析出的源站点标识未向SMF上报过，则将该源站点标识上报给
SMF。

[0120] S207：SMF确定与新用户设备之间的PDU会话创建成功，并保存PDU会话与新用户面隧道的对应关系。

[0121] 本实施例中，SMF向目标UPF发送PFCP会话创建请求信息后，确定SMF与新用户设备之间的PDU会话创建成功，并确定该PDU会话与新用户面隧道的对应关系。

[0122] 在上述S203之前，该方法还包括：

[0123] S201：SMF与多个UPF建立偶联关系，以获取多个UPF的总线通信能力，总线通信能力用于指示UPF是否支持总线通信以及所支持的总线协议类型。

[0124] 本实施例中，现场总线通信网络中包括多个UPF，每个UPF具有不同的总线通信能力，SMF分别与多个UPF之间建立偶联关系，该偶联关系可以为报文转发控制协议PFCP偶联，
通过建立偶联关系以获取多个UPF的总线通信能力，总线通信能力用于指示UPF是否支持总
线，以及所支持的总线通信协议类型。

[0125] S202：新用户设备向SMF发起PDU会话创建请求，以创建非结构化类型的PDU会话。

[0126] 本实施例中，虚拟工业现场总线中的新用户设备分别向SMF发起创建PDU会话的请求，该请求中包括创建PDU会话的类型。5G通信网络支持3种类型的PDU会话，分别为：IP类型
的PDU会话、以太网类型的PDU会话和非结构化类型的PDU会话。

[0127] 在现有技术中，针对IP类型的PDU会话，用户设备需要将工业设备发送的数据帧封装为IP类型，针对以太网类型的PDU会话，用户设备需要将工业设备发送的数据帧封装为以
太网类型，针对非结构化类型的PDU会话，也是由用户设备将数据帧封装为IP类型或者以太
网类型。而本申请实施例所针对的PDU会话为非结构化类型，用户设备无需对数据帧进行封
装，即可直接通过PDU会话发送至现场总线通信网络。

[0128] 在上述S206之前，该方法还包括：

[0129] S205：SMF根据数据帧协议类型和多个UPF所支持的总线协议类型，从多个UPF中选择目标UPF。

[0130] 本实施例中，SMF根据新用户设备的标识确定该用户设备所属的虚拟工业现场总线的标识，并根据虚拟工业现场总线的标识确定虚拟总线协议类型即数据帧协议类型。SMF
根据新用户设备所属虚拟总线协议类型，及多个UPF所支持的总线协议类型，从多个UPF中
选择与虚拟总线协议类型对应的目标UPF。

[0131] 在一种可能的实现方式中，若多个UPF中没有虚拟总线协议类型对应的UPF，则SMF向用户设备发送拒绝创建该PDU会话的消息。

[0132] 上述实施例提供的工业现场总线通信方法，通过在用户设备和SMF之间建立协议数据单元PDU会话，SMF可以从数据帧中确定源站点标识和用户面隧道的对应关系，确定用
于发送数据帧的数据帧转发规则，以便目标UPF根据数据帧转发规则将数据帧通过用户面
隧道发送给指定用户设备，实现多个工业设备之间的通信，通过虚拟现场工业现场总线直
接转发数据帧，无需对数据帧进行封装，无需增加串口服务器，也无需对串口服务器配置工
业设备的通信地址，减小了用户负担，降低了通信成本。

[0133] 请参考图7，为本申请实施例提供的再一种工业现场总线通信方法的流程示意图，如图7所示，该方法包括：

[0134] S208：SMF接收目标UPF上报的新源站点标识，其中，新源站点标识为目标UPF根据数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析确定的。

[0135] 本实施例中，在新用户设备与现场总线通信网络之间成功创建PDU会话后，新用户设备连接的预设工业设备发送数据帧，数据帧经由无线接入网RAN和该用户设备对应的用
户面隧道发送至目标UPF，目标UPF根据数据帧协议类型解析数据帧，得到该数据帧中的新
源站点标识，目标UPF判断是否向SMF上报过数据帧中的新源站点标识，若为否，将该新源站
点标识上报至SMF。

[0136] 在一种可选实施方式中，目标UPF根据数据帧协议类型解析数据帧，得到该数据帧中目的工业设备的站点标识，目标UPF根据PFCP会话创建请求信息的数据帧转发规则，确定
是否存在与该目的工业设备的站点标识相匹配的源站点标识，若存在，则将该数据帧通过
与该源站点标识对应的用户面隧道转发，否则将数据帧复制转发给该虚拟工业现场总线上
其他所有PDU会话所对应的用户面隧道，其他所有PDU会话为除了发送数据帧的用户设备所
对应的PDU会话外的其他PDU会话。

[0137] S209：SMF根据新源站点标识，保存新源站点标识与PDU会话和新用户面隧道的对应关系。

[0138] 本实施例中，SMF根据接收新源站点标识的PFCP会话，确定与PFCP会话对应的PDU会话，以建立新源站点标识与PFU会话和新用户面隧道的对应关系并保存。

[0139] S210：SMF根据对应关系，向目标UPF发送PFCP会话修改请求信息，PFCP会话修改请求信息用于指示目标UPF：若目的工业设备的站点标识与新源站点标识相匹配，将数据帧通
过新源站点标识对应的新用户面隧道转发，其中，PFCP会话为用户设备与SMF创建PDU会话
时，SMF与目标UPF创建的会话。

[0140] 本实施例中，在确定新源站点标识与PFU会话和新用户面隧道的对应关系后，向目标UPF发送PFCP会话修改请求信息消息，修改虚拟工业现场总线中其他所有PFCP会话，其他
所有PFCP会话为除了新创建的PDU会话之外的其他所有PDU会话所对应的PFCP会话，PFCP会
话修改请求信息消息用于指示目标UPF新的数据帧转发规则，该数据帧转发规则中指示目
标UPF，若接受到的数据帧中的目标工业设备的站点标识与该新源站点标识相匹配，将数据
帧通过新源站点标识对应的新用户面隧道转发。

[0141] 为便于理解上述实施例，以下对上述工业现场总线通信方法进行一种示例性的解释说明。

[0142] 假设工业设备1的站点标识为S1，所连接的用户设备为UE1，UE1与SMF之间创建PDU会话1，PDU会话1对应PFCP会话1，创建的用户面隧道为T1，工业设备2的站点标识为S2，所连
接的用户设备为UE2，UE2与SMF之间创建PDU会话2，PDU会话2对应PFCP会话2，创建的用户面
隧道为T2。PFCP会话1中的数据帧转发规则为：如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源
站点标识S2相匹配，则将数据帧转发给源站点标识S2对应的用户面隧道T2；PFCP会话2中的
数据帧转发规则为：如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源站点标识S1相匹配，则将
数据帧转发给源站点标识S1对应的用户面隧道T1。

[0143] 工业设备3的站点标识为S3，连接的用户设备为UE3，当SMF接收到UE3发送的PDU会话3创建请求后，从UDM中获取虚拟总线通信信息，SMF根据多个用户设备的列表，确定虚拟
工业现场总线中的多个已创建PDU会话的列表为PDU会话1和PDU会话2，以及PDU会话1对应
的用户面隧道T1和源站点标识S1，PDU会话2对应的用户面隧道T2和源站点标识S2。

[0144] SMF确定目标UPF后，向目标UPF发送PFCP会话3创建请求信息，以创建用户面隧道T3，PFCP会话3创建请求信息中的数据帧转发规则包括：对于从用户面隧道T1接收到的数据
帧，若目标UPF接收到的数据帧的目的工业设备的站点标识与源站点标识S1相匹配，将数据
帧通过S1对应的用户面隧道T1转发，若目标UPF接收到的数据帧的目的工业设备的站点标
识与源站点标识S2相匹配，将数据帧通过S2对应的用户面隧道T2转发；否则，将数据帧通过
用户面隧道T1和用户面隧道T2复制转发，或者将数据帧进行丢弃。

[0145] 在SMF向目标UPF发送PFCP会话3创建请求信息后，SMF确定与UE3之间的PDU会话3创建成功，该PDU会话3对应用户面隧道T3。

[0146] 在SMF与UE3之间创建PDU会话3成功后，与UE3连接的工业设备3发送数据帧，UE3通过无线接入网RAN和用户面隧道T3向目标UPF发送数据帧，目标UPF从数据帧中解析出工业
设备3的源站点标识S3，并判断未向SMF上报过源站点标识S3，将源站点标识S3上报至SMF。
SMF根据源站点标识S3，向目标UPF发送PFCP会话1和PFCP会话2的修改请求消息，修改PFCP
会话1和PFCP会话2，消息中指示：如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源站点标识S3
相匹配，则将数据帧转发给源站点标识S3对应的用户面隧道T3。

[0147] 由此可以确定，PFCP会话1中的数据帧转发规则为：针对来自用户面隧道T1的数据帧，如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源站点标识S2相匹配，则将数据帧转发给源
站点标识S2对应的用户面隧道T2，如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源站点标识S3
相匹配，则将数据帧转发给源站点标识S3对应的用户面隧道T3，否则将数据帧通过用户面
隧道T2和用户面隧道T3复制转发，或者将数据帧进行丢弃。

[0148] PFCP会话2中的数据帧转发规则为：针对来自用户面隧道T2的数据帧，如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源站点标识S1相匹配，则将数据帧转发给源站点标识S1对应
的用户面隧道T1，如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源站点标识S3相匹配，则将数
据帧转发给源站点标识S3对应的用户面隧道T3，否则将数据帧通过用户面隧道T1和用户面
隧道T3复制转发，或者将数据帧进行丢弃。

[0149] 上述实施例提供的工业现场总线通信方法，SMF根据上报的新源站点标识，确定新源站点标识与用户面隧道的对应关系，以便向目标UPF发送PFCP会话修改请求信息，修改其
他所有PFCP会话的数据帧转发规则，便于随着工业设备的增多，确定该工业设备的站点标
识与发送数据帧的用户面隧道的对应关系，实现无需对数据帧进行封装即可在多个工业设
备之间进行通信。

[0150] 在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供一种工业现场总线通信方法。请参考图8，为本申请实施例提供的还一种工业现场总线通信方法的流程示意图，如图8所示，该
方法还包括：

[0151] S211：SMF接收目标UPF在定时器的计时时长超过预设时长后发送的超时信息。

[0152] 本实施例中，会话创建请求信息还用于指示：目标UPF从数据帧中解析出目的工业设备的站点标识后启动定时器，定时器用于指示接收到目的工业设备的应答数据帧的时
间。若定时器的计时时长超过预设时长后仍未接收到目的工业设备发送的应答数据帧，目
标UPF将目的工业设备的站点标识通过PFCP会话上报至SMF。

[0153] S212：SMF根据超时信息向目标UPF发送PFCP会话更新信息，PFCP会话更新信息用于指示删除工业设备的源站点标识的数据帧转发规则。

[0154] 本实施例中，SMF根据超时信息确定目的工业设备不再响应，向目标UPF发送PFCP会话更新信息，以指示其他所有PFCP会话删除与该目的工业设备的源站点标识的数据帧转
发规则。之后，若目标UPF接收到的数据帧中包括目的工业设备的站点标识，根据目的工业
设备的站点标识确认不存在对应的用户面隧道，则由发送数据帧之外的用户面隧道之外的
其他用户面隧道复制转发该数据帧。

[0155] 示例的，如果工业设备S3长时间不发送数据帧，目标UPF检测到针对工业设备S3的定时器超时，目标UPF上报超时信息至SMF，SMF指示UPF更新转发规则，删除和站点S3相关的
转发条目。

[0156] 更新后的PFCP会话1中的数据帧转发规则为：针对来自用户面隧道T1的数据帧，如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源站点标识S2相匹配，则将数据帧转发给源站点标
识S2对应的用户面隧道T2，否则将数据帧通过用户面隧道T2和用户面隧道T3复制转发，或
者将数据帧进行丢弃。

[0157] 更新后的PFCP会话2中的数据帧转发规则为：针对来自用户面隧道T2的数据帧，如果数据帧中目的工业设备的站点标识与源站点标识S1相匹配，则将数据帧转发给源站点标
识S1对应的用户面隧道T1，否则将数据帧通过用户面隧道T1和用户面隧道T3复制转发，或
者将数据帧进行丢弃。

[0158] 上述实施例提供的工业现场总线通信方法，在定时器的计时时长超过预设时长后，SMF指示目标UPF不再向目的工业设备复制转发数据帧，避免了将数据帧转发给不再应
答的工业设备，降低现场总线通信网络的负载情况。

[0159] 在上述方法实施例的基础上，本申请实施例还提供一种应用于针对目标用户面功能的总线通信方法的虚拟装置。请参考图9，为本申请实施例提供的一种工业现场总线通信
装置的结构示意图，如图9所示，该装置包括：

[0160] 数据帧接收模块101，用于目标UPF接收虚拟工业现场总线中的用户设备通过用户面隧道发送的数据帧，其中，虚拟工业现场总线中包括多个用户设备，每个用户设备连接至
少一个工业设备，用户设备接收对应的工业设备发送的数据帧，数据帧中包括目的工业设
备的站点标识，多个用户设备与会话管理功能SMF具有多个已创建PDU会话，每个已创建PDU
会话具有对应的用户面隧道和源站点标识，源站点标识为对应的工业设备的站点标识；

[0161] 数据帧解析模块102，用于目标UPF根据SMF指示的数据帧协议类型对数据帧进行解析，确定目的工业设备的站点标识；

[0162] 用户面隧道确定模块103，用于目标UPF根据目的工业设备的站点标识，采用SMF发送的数据帧转发规则，确定目标用户面隧道，其中，数据帧转发规则指示目标UPF：若目的工
业设备的站点标识与已创建PDU会话所对应的源站点标识相匹配，将数据帧通过源站点标
识对应的目标用户面隧道转发；

[0163] 数据帧发送模块104，用于目标UPF通过目标用户面隧道将数据帧发送给指定用户设备，并由指定用户设备将数据帧发送给目的工业设备。

[0164] 可选的，数据帧转发规则还指示目标UPF：若目的工业设备的站点标识与已创建PDU会话的源站点标识不匹配，将数据帧向其他用户设备所建立的PDU会话对应的目标用户
面隧道复制转发，其中，其他用户设备为虚拟工业现场总线中除了发送数据帧之外的用户
设备。

[0165] 可选的，该装置还包括：

[0166] 源站点标识确定模块，用于目标UPF根据数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析，确定源站点标识，其中，数据帧中包含预设工业设备的源站点标识；

[0167] 源站点标识上报模块，用于若目标UPF判断源站点标识为未向SMF上报过的新源站点标识，目标UPF向SMF上报新源站点标识，以使SMF向目标UPF发送报文转发控制协议PFCP
会话修改请求信息，PFCP会话修改请求信息用于指示目标UPF：若目的工业设备的站点标识
与新源站点标识相匹配，将数据帧通过新源站点标识对应的目标用户面隧道转发，其中，
PFCP会话为用户设备与SMF创建PDU会话时，SMF与目标UPF创建的会话。

[0168] 在上述方法实施例的基础上，本申请实施例还提供一种应用于针对会话管理功能的总线通信方法的虚拟装置。请参考图10，为本申请实施例提供的另一种工业现场总线通
信装置的结构示意图，如图10所示，该装置包括：

[0169] 信息获取模块201，用于会话管理功能SMF在接收到新用户设备发起的协议数据单元PDU会话创建请求后，从统一数据管理功能UDM中获取虚拟总线通信信息，其中，虚拟总线
通信信息包括：数据帧协议类型、虚拟工业现场总线连接的多个用户设备的列表；

[0170] 会话列表确定模块202，用于SMF根据多个用户设备的列表，确定虚拟工业现场总线中的多个已创建PDU会话的列表，以及列表中每个已创建PDU会话所对应的用户面隧道和
源站点标识；

[0171] 请求信息发送模块203，用于SMF向目标UPF发送报文转发控制协议PFCP会话创建请求信息，以创建新用户面隧道，PFCP会话创建请求信息用于指示目标UPF：数据帧协议类
型、数据帧转发规则、以及将数据帧的源站点标识上报给SMF；数据帧转发规则指示目标
UPF：若目标UPF接收到的数据帧的目的工业设备的站点标识与已创建PDU会话所对应的源
站点标识相匹配，将数据帧通过源站点标识对应的目标用户面隧道转发；否则将数据帧向
其他用户设备所建立的PDU会话对应的目标用户面隧道复制转发，其中，其他用户设备为虚
拟工业现场总线中除了发送第一数据帧之外的用户设备；

[0172] 确认会话创建成功模块204，用于SMF确定与新用户设备之间的PDU会话创建成功，并保存PDU会话与新用户面隧道的对应关系。

[0173] 可选的，该装置还包括：

[0174] 源站点标识接收模块，用于SMF接收目标UPF上报的新源站点标识，其中，新源站点标识为目标UPF根据数据帧协议类型对预设工业设备发送的数据帧进行解析确定的；

[0175] 对应关系保持模块，用于SMF根据新源站点标识，保存新源站点标识与PDU会话和新用户面隧道的对应关系；

[0176] 会话修改请求发送模块，用于SMF根据对应关系，向目标UPF发送PFCP会话修改请求信息，PFCP会话修改请求信息用于指示目标UPF：若目的工业设备的站点标识与新源站点
标识相匹配，将数据帧通过新源站点标识对应的新用户面隧道转发，其中，PFCP会话为用户
设备与SMF创建PDU会话时，SMF与目标UPF创建的会话。

[0177] 可选的，该装置还包括：

[0178] 通信能力获取模块，用于SMF与多个UPF建立偶联关系，以获取多个UPF的总线通信能力，总线通信能力用于指示UPF是否支持总线通信以及所支持的总线协议类型；

[0179] 目标UPF选择模块，用于SMF根据数据帧协议类型和多个UPF所支持的总线协议类型，从多个UPF中选择目标UPF。

[0180] 可选的，会话创建请求信息还用于指示：目标UPF从数据帧中解析出站点标识后启动定时器，定时器用于指示接收到工业设备的数据帧的时间，装置还包括：

[0181] 超时信息接收模块，用于SMF接收目标UPF在定时器的计时时长超过预设时长后发送的超时信息；

[0182] 更新信息发送模块，用于SMF根据超时信息向目标UPF发送PFCP会话更新信息，PFCP会话更新信息用于指示删除工业设备的源站点标识的数据帧转发规则。

[0183] 上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

[0184] 以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC），或，一个
或多个微处理器（digital singnal processor，简称DSP），或，一个或者多个现场可编程门
阵列（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）等。再如，当以上某个模块通过处理元
件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器（Central 
Processing Unit，简称CPU）或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成
在一起，以片上系统（system‑on‑a‑chip，简称SOC）的形式实现。

[0185] 请参考图11，为本申请实施例提供的电子设备的示意图，该电子设备300包括：处理器301、存储介质302和总线，存储介质302存储有处理器301可执行的程序指令，当电子设
备300运行时，处理器301与存储介质302之间通过总线通信，处理器301执行程序指令，以执
行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。

[0186] 可选地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行时用于执行上述方法实施例。

[0187] 在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅
仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结
合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的
相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通
信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0188] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个
网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目
的。

[0189] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单
元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

[0190] 上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机
设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（英文：processor）执行本发
明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器
（英文：Read‑Only Memory，简称：ROM）、随机存取存储器（英文：Random Access Memory，简
称：RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0191] 上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本
发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。