[發明專利]一種網絡冗余數據處理的方法、裝置和系統

在審

• 申請號: 201410607218.3
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104378186A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 李彥;馮亞東;文繼鋒;李廣華;許宗光
• 申請（專利權）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: H04L1/22
• 分類號: H04L1/22;H04L12/24
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 蔣雅潔;張振偉

技術領域

本發明屬于工業控制及工業通信領域，如數字化變電站、直流輸電控制與保護系統等，尤其涉及一種網絡冗余數據處理方法、裝置和系統。

背景技術

隨著我國工業技術的發展進步，自動化程度不斷提高，使工業生產工藝復雜程度顯著提高。隨著工業控制水平的提高，對工業通信技術提出了更高的要求，目前，復雜拓撲結構，多網路通信節點的復雜工業通信網絡在電力、石油、鋼鐵等工業控制領域屢見不鮮，網絡安全已經成為工業領域的核心問題。一個安全可靠的工業通信網絡，是提升工業控制系統效率與安全的必要條件。

工業控制領域對通信安全有極高要求，一般都采取多個備份網絡實現通信數據安全。相同的數據信息分別在各個備份網絡中傳遞，在某一個備份網絡失效時，網絡中的設備可以自動采用其他正常工作的備份網絡中的數據，從而實現網絡數據安全，降低通信故障對整個系統的危害。目前工業控制領域中的網絡數據備份一般有以下幾種方案：

1、通過高級網絡層協議實現網絡數據備份功能。如TCP/IP協議，該協議支持對網絡包排序并進行錯誤檢查，同時實現虛電路間的連接。傳輸控制協議(TCP，Transmission?Control?Protocol)數據包中包括序號和確認，所有未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。這種保護方式通過軟件實現，無法抵抗物理鏈路的損壞；而且采用重傳機制也可能導致數據的傳遞延遲增加，增加了系統風險。這種方法需要依靠處理器對數據有效性進行判斷，占用了處理器資源，對于通信帶寬較高的場合，對硬件性能的要求較高。此外，工業控制領域的具體通信應用，網絡數據可能使用的是行業自定義的應用協議，這些協議一般與TCP/IP不兼容。

2、通過在網絡數據通信協議中增加專用的字段來識別是否為網絡冗余報文。此類方法均需要在網絡發送數據幀內容中增加特殊字段，特殊字段需要包含報文的可識別的冗余標識符信息，接收端識別并根據冗余標識符判斷選擇丟棄/接收的策略。這種方式需要修改原始報文內容，經過修改后的數據幀不僅內容與原始數據幀不同，也增加了長度，對于網絡中其他設備提出了額外的兼容性要求。網絡中的任意接收設備不能識別冗余標識符時，去除冗余數據的機制就無法起效。

3、處理器接收冗余網絡數據，通過軟件方式比較確認接收數據幀是否為冗余數據。這種方法的缺陷在于數據選擇算法需要消耗大量的處理器資源，在網絡流量很大，或者冗余網絡數量較多的情況下，會造成處理器資源緊張，影響設備性能。此外，由于所有的網絡數據幀均需要通過處理器來處理判斷，處理器的負載率隨備份網絡數量的增加而增加。

綜上所述，現有技術進行備份網絡冗余數據處理時，存在著占用處理器資源多，網絡協議不透明，不支持三網及更多備份網絡數量的問題。

發明內容

為解決現有存在的技術問題，本發明實施例提供一種網絡冗余數據處理方法、裝置和系統。

本發明實施例提供了一種網絡冗余數據處理方法，所述方法應用于數據幀的接收端，所述接收端通過至少一個備份網絡接收數據幀，所述方法包括：

在接收到數據幀時，根據所述數據幀的內容計算獲得相應的特征值；

根據計算所得的特征值查詢維護的特征值池，當所述查詢結果表明所述特征值池中存在所述計算所得的特征值時，確定所接收的數據幀為冗余數據；當所述查詢結果表明所述特征值池中不存在所述計算所得的特征值時，確定所接收的數據幀為非冗余數據；

在確定所接收的數據幀為冗余數據時，丟棄所述數據幀；在確定所接收的數據幀為非冗余數據時，保留所述數據幀，并將所述數據幀對應的特征值存入所述特征值池。

上述方案中，所述根據數據幀的內容計算獲得相應的特征值，包括：

對所接收數據幀的內容執行循環冗余校驗算法或循環冗余校驗組合算法的運算，將運算結果作為相應的特征值。

上述方案中，所述循環冗余校驗算法為CRC32算法，所述循環冗余校驗組合算法為CRC32算法和CRC32_SCTP算法的組合。

上述方案中，所述特征值池設有元素數量上限N_max，

所述方法進一步包括：在有新的特征值待存入所述特征值池時，判斷所述特征值池中的已存特征值數量是否達到N_max，如果達到，則按先進先出的策略將所述特征值池中最早存入的特征值移出所述特征值池，并將所述新的特征值存入所述特征值池；如果沒有達到，則將所述新的特征值存入所述特征值池。

上述方案中，所述特征值池設有最長老化時間T_max，