[發明專利]一種基于軟件定義的自適應工業以太網網關系統與方法

有效

• 申請號: 201711476498.9
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109995675B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 楊明;李棟;劉金娣;曾鵬;于海斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: H04L12/865
• 分類號: H04L12/865;H04L12/873;H04L12/911;H04L12/66;H04L29/08
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

1.一種基于軟件定義的自適應工業以太網網關系統，其特征在于，包括：

工業以太網實時同步模塊，用于通過南向接口接收工業以太網的實時協議報文；

軟件定義匹配流表，用于根據設定的匹配項，將經過工業以太網實時同步模塊的協議報文進行流表匹配；

所述軟件定義匹配流表包括：

協議類型匹配模塊，用于進行第一次匹配，即根據設定的協議類型匹配項對協議報文的報文頭特征進行匹配；如果匹配失敗，表示該報文并非是IT層所需的工業以太網協議報文，那么該報文由實時同步模塊直接在內存操作，添加下一個報文進入流表，進行工業以太網協議匹配；

如果協議匹配成功，表示該類型的協議報文是IT層網絡節點所需，該報文的復制數據加入到相應的工業以太網協議棧進行解析，解析的結果再進行第二次匹配；

網絡層數據匹配模塊，用于第二次匹配，即根據網絡層數據匹配項對協議報文內容進行匹配；

數據包處理動作模塊，根據第二次匹配結果，對應設定的數據處理動作表中的動作對工業以太網協議報文所攜帶的數據內容進行處理，發送給IT層網絡節點；

數據監控模塊，用于將匹配后的報文攜帶的IT層網絡所需數據經過緩存、封裝或預處理，最后經北向接口發送給IT層網絡設備。

2.一種基于軟件定義的自適應工業以太網網關實現方法，其特征在于，用于融合OT層網絡和IT層網絡，將IT層網絡對于OT層網絡的數據需求以軟件定義的方式，在OT層網絡設備進行數據通信時，獲取相應的數據報文，進而得到報文內所需數據；包括以下步驟：

工業以太網實時同步模塊通過南向接口接收工業以太網的實時協議報文；

軟件定義匹配流表根據設定的匹配項，將經過工業以太網實時同步模塊的協議報文進行流表匹配；

所述軟件定義匹配流表包括以下步驟：

協議類型匹配模塊進行第一次匹配，即根據設定的協議類型匹配項對協議報文的報文頭特征進行匹配；如果匹配失敗，表示該報文并非是IT層所需的工業以太網協議報文，那么該報文由實時同步模塊直接在內存操作，添加下一個報文進入流表，進行工業以太網協議匹配；

如果協議匹配成功，表示該類型的協議報文是IT層網絡節點所需，該報文的復制數據加入到相應的工業以太網協議棧進行解析，解析的結果再進行第二次匹配；

網絡層數據匹配模塊進行第二次匹配，即根據網絡層數據匹配項對協議報文內容進行匹配；

數據包處理動作模塊根據第二次匹配結果，對應設定的數據處理動作表中的動作對工業以太網協議報文所攜帶的數據內容進行處理，發送給IT層網絡節點；

數據監控模塊將匹配后的報文攜帶的IT層網絡所需數據經過緩存、封裝或預處理，最后經北向接口發送給IT層網絡設備。

3.根據權利要求1中所述系統的雙網協同處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

工業以太網實時同步模塊接收到由工業以太網調度系統周期性調度的協議報文，動態獲取到工業以太網組網內的調度模式；由網關系統實時同步模塊獲取到工業以太網調度系統模型，包括：調度系統的周期，調度系統協議報文標識符，網絡傳輸優先級；

將工業以太網調度系統模型依次通過一次匹配和二次匹配，由數據包動作處理模塊生成相應的匹配動作，匹配動作對應IT網絡中的調度模式，將工業以太網網絡調度系統的周期、協議報文所涉及到的內容數據以及優先級，通過調度模式發送至工業SDN網絡；

其中，調度模式為IT層網絡調度的時隙，數據內容所涉及到的源、目的節點，網絡傳輸優先級，預留帶寬中的一種。

4.根據權利要求1中所述系統的工業以太網組網處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

網關系統南向接口接收到工業以太網環境中主從站之間的通信協議報文，軟件定義匹配流表對協議報文進行工業以太網協議類型的匹配；首次匹配中，根據IT層網絡節點的需求設定協議類型匹配項，實現工業以太網協議類型流表項；判定該報文類型是否為IT層所需報文類型，如果判定為否，由其他類型報文的處理流程對該報文進行處理；如果判定結果為是，網絡層數據匹配模塊進行網絡數據匹配；

網絡層數據匹配模塊針對不同的工業以太網協議，通過預先根據IT層的數據需求實現的網絡層數據匹配項，對報文進行二次匹配；如果匹配結果為否，由工業以太網實時同步模塊直接將報文發回組網環境中，以繼續傳輸；如果匹配結果為是，將數據按照二次匹配的結果，以對應的動作，由數據監控模塊對數據內容進行解析、封裝和預處理，通過北向接口發送到IT層網絡中，使IT層所需的OT層數據符合IT層網絡傳輸的形式進行封裝和處理，進而滿足IT層網絡傳輸的需求。