[發明專利]一種用于星形工業以太網交換設備MAC層編址尋址方法

無效

• 申請號: 201110369831.2
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN103124237A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 劉寶寶;楊東升;張連法;林立明
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司
• 主分類號: H04L12/751
• 分類號: H04L12/751;H04L29/12;H04L12/44
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發明涉及自動化控制領域，具體的說是一種用于星形工業以太網交換設備MAC層編址尋址方法。

背景技術

工業以太網具有通信速率高、成本低廉、軟硬件資源豐富、與計算機網絡可實現無縫結合等優點而被應用于自動控制系統。而基于分組交換的星形工業以太網的交換設備需要建立MAC地址轉發表來確定數據幀的轉發端口，其查表延時不確定，同時為適應網絡設備的動態增減，MAC地址轉發表還需定期更新和自學習。另外，MAC地址轉發表的建立需要消耗大量的硬件資源，快速查表邏輯用硬件實現復雜。可見，一種簡單高效的分組交換方法對簡化工業以太網交換設備的實現以及提高網絡通信的實時性具有重要作用。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明提供一種工業以太網交換設備MAC地址的編址尋址方法，使用該方法能簡化數據鏈路層協議的硬件實現，從而達到降低硬件的設計生產成本，同時提升了生產效率。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

硬件上采用一個父設備接口和多個子設備接口結構的工業以太網交換設備；整個現場網絡基于MAC層的層次化的編址尋址方法進行數據幀的轉發和交換；星形現場網絡的層次數目可以為一層至多層；現場網絡加電后，網絡設備開始進行運行參數初始化和終端現場設備MAC地址的初始化；現場網絡在初始化的過程中能自行配置各個設備的運行參數，運行參數本身可反映設備所在的層次和分支；現場網絡運行中，網絡設備可以進行新設備的添加和/或原有設備的移除，該設備可以為交換機設備或終端設備，新引入的交換機設備或終端設備的參數能夠在接入后進行初始化；交換設備根據運行參數和數據幀的目的地址的邏輯運算可得到數據幀待轉發的目的端口。

MAC層的層次化編址過程：

根交換設備確定MAC地址的前兩個字節的默認值，然后把此信息和端口信息發給下層交換機設備或終端設備，這些設備把自己所在的層次和分支信息編入設備的運行參數，如果是交換機設備會把配置好的運行參數和端口信息發給下層交換機設備或終端設備，供下層交換機設備或終端設備進行運行參數的初始化，也就是自頂向下的逐層的進行交換機設備或終端設備運行參數的初始化，直到所有運行參數初始化完畢，終端現場設備的MAC地址根據其運行參數進行配置。

MAC層的層次化尋址過程：

交換機設備接收到數據幀進行轉發中，利用以配置好的設備運行參數，與數據幀中的目的地址進行邏輯運算，得到目的端口，也就得到了數據幀下一步轉發路徑。

設備的運行參數能夠反映當前交換機設備或終端設備在現場網絡中的層次和分支信息，這些信息反映出當前交換機設備或終端設備到根交換設備的位置信息。

現場網絡的層次數目通過調整運行參數可達到54層，通過減少每一層端口編號占用的位寬度來增加層數。

本發明具與現有技術相比具有以下效果和優點：

1.硬件實現簡單。交換機設備轉發數據幀的邏輯簡單，只需對數據幀的目的地址和設備運行參數進行簡單的移位和寄存器測試即可正確轉發數據幀，取代了傳統的查MAC地址轉發表的方法。

2.靈活通用。本發明方法依據IEEE802.3標準設計，由此兼容以太網技術的現場設備均適用于基于該發明方法設計的現場網絡。

3.自適應能力強。根交換設備的運行參數可配置，現場網絡運行期間可以任意增減設備，并自發完成設備參數的初始化。

附圖說明

圖1為本發明方法應用的星形工業以太網結構圖；

圖2為圖1中交換機設備的硬件結構圖；

圖3為圖1的MAC層的編址尋址原理示例圖；

圖4為圖1中根交換機設備初始化流程圖；

圖5為圖1中非根交換機設備初始化流程圖；

圖6為圖1中非根交換機設備或終端設備運行參數初始化流程圖；

圖7為圖1中終端設備初始化流程圖；

圖8為圖1中交換機設備的父設備接口接收數據幀的轉發流程圖；

圖9為圖1中交換機設備的子設備接口接收數據幀的轉發流程圖；

圖10為圖1中終端設備接收數據幀的處理流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的方案作進一步詳細說明：