[發(fā)明專利]一種基于軟件定義的自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)與方法

有效

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• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109995675B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊明;李棟;劉金娣;曾鵬;于海斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)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(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發(fā)明公開了一種基于軟件定義的自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)與方法，包括工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文處理過程和工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)SDN雙網(wǎng)協(xié)同處理過程。在工業(yè)總線層網(wǎng)絡(luò)中，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議由于工業(yè)生產(chǎn)的需求，往往具有實(shí)時性和高可靠性，通過軟件定義的方式，以匹配流表的形式，完成自適應(yīng)協(xié)議判別，協(xié)議解析和數(shù)據(jù)處理。通過軟件定義流表的匹配項(xiàng)，完成對多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文的匹配及處理。報(bào)文匹配動作能夠結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)時隙調(diào)度和實(shí)時性、可靠性的需求，完成IT層網(wǎng)絡(luò)的相對應(yīng)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)協(xié)同處理的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)OT網(wǎng)絡(luò)和IT網(wǎng)絡(luò)融合領(lǐng)域，是對工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)明，具體設(shè)計(jì)的是一種基于軟件定義的具有協(xié)議自適應(yīng)能力的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

背景技術(shù)

為了解決工業(yè)互連轉(zhuǎn)型過程中，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口異構(gòu)，互聯(lián)互通難，生產(chǎn)流程固化調(diào)整難，產(chǎn)線定期檢測運(yùn)維難等問題，實(shí)時工業(yè)協(xié)議自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)具有高靈活性，高性能，高可靠性和高兼容性，能夠滿足當(dāng)前智能制造轉(zhuǎn)型中，柔性生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)對于總線層數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控的需求，并為上位機(jī)對總線層設(shè)備進(jìn)行實(shí)時控制，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議百家爭鳴的過程中，隨著智能制造、工業(yè)4.0以及“中國制造2025”等概念的不斷提出和向前推進(jìn)，加速工業(yè)網(wǎng)絡(luò)IT層和OT層融合的步伐逐漸加快，其關(guān)鍵技術(shù)在于將OT層的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換為IT層的Ethernet協(xié)議，在此過程中，即保證信息的可靠性，也保證工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時性，對于協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件也就提出了更加嚴(yán)格的要求。

隨著工業(yè)設(shè)備相關(guān)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，以及工業(yè)生產(chǎn)的要求，目前，工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備，特別是應(yīng)用于工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)條件下的總線層設(shè)備的內(nèi)部通信協(xié)議種類繁多。因此，具有協(xié)議自適應(yīng)能力的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，通過更加靈活、定制化、可拓展的軟件定義模式，自動適配總線層設(shè)備所選用的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議相互兼容，同時支持當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中的大部分工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了多廠商、多協(xié)議設(shè)備的信息兼容接入。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將針對工業(yè)操作技術(shù)網(wǎng)絡(luò)(OT網(wǎng)絡(luò))和信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)(IT網(wǎng)絡(luò))融合對于工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文進(jìn)行采集和監(jiān)控的要求，設(shè)計(jì)一種基于軟件定義自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)和報(bào)文處理方法，能夠針對OT層設(shè)備不同廠商的各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文進(jìn)行監(jiān)控，并對所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：

一種基于軟件定義的自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，包括：

工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時同步模塊，用于通過南向接口接收工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時協(xié)議報(bào)文；

軟件定義匹配流表，用于根據(jù)設(shè)定的匹配項(xiàng)，將經(jīng)過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時同步模塊的協(xié)議報(bào)文進(jìn)行流表匹配；

數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊，用于將匹配后的報(bào)文攜帶的IT層網(wǎng)絡(luò)所需數(shù)據(jù)經(jīng)過緩存、封裝或預(yù)處理，最后經(jīng)北向接口發(fā)送給IT層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

所述軟件定義匹配流表包括：

協(xié)議類型匹配模塊，用于進(jìn)行第一次匹配，即根據(jù)設(shè)定的協(xié)議類型匹配項(xiàng)對協(xié)議報(bào)文的報(bào)文頭特征進(jìn)行匹配；如果匹配失敗，表示該報(bào)文并非是IT層所需的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文，那么該報(bào)文由實(shí)時同步模塊直接在內(nèi)存操作；否則添加下一個報(bào)文進(jìn)入流表，進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議匹配；

如果協(xié)議匹配成功，表示該類型的協(xié)議報(bào)文是IT層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所需，該報(bào)文的復(fù)制數(shù)據(jù)加入到相應(yīng)的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議棧進(jìn)行解析，解析的結(jié)果再進(jìn)行第二次匹配；

網(wǎng)路層數(shù)據(jù)匹配模塊，用于第二次匹配，即根據(jù)該網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)匹配項(xiàng)對協(xié)議報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行匹配；

數(shù)據(jù)包處理動作模塊，根據(jù)第二次匹配結(jié)果，對應(yīng)設(shè)定的數(shù)據(jù)處理動作表中的動作對工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文所攜帶的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行處理，發(fā)送給IT層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。