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专利号: 2021101805915
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于SDN的工业异构协议转换装置管理及协同转换方法,其特征在于,该方法包括:(1)通过SDN管理器与协议转换装置之间的管理交互,完成协议转换装置的注册和脱离,并通过南向管理帧,完成协议转换装置向SDN管理器的信息汇报和SDN管理器对协议转换装置的功能控制;(2)SDN管理器协调工业网络协议协同转换,完成不同类型工业网络设备之间的跨网络数据传输。

2.根据权利要求1所述的工业异构协议转换装置管理及协同转换方法,其特征在于,协议转换装置完成注册和脱离,具体包括以下步骤:S101:协议转换装置连接到SDN交换机,再通过SDN交换机连接SDN管理器,现场网络设备连接到协议转换装置,完成协议转换装置拓扑建立;

S102:SDN交换机向管理器注册,首先SDN交换机使用TCP的三次握手协议连接到SDN管理器,SDN交换机发送OFPT_HELLO消息,等待SDN管理器回复OFPT_FEATURES消息并下发初始化流表,完成SDN交换机的注册;

S103:协议转换装置初次注册,通过SDN交换机与SDN管理器建立连接,协议转换装置向SDN管理器发送注册申请,经由SDN交换机转发上传至SDN管理器;

S104:SDN管理器收到注册申请后,通过下发南向管理帧,回复协议转换装置注册确认;

S105:协议转换装置收到注册确认,向SDN管理器汇报协议转换装置信息;

S106:SDN管理器收到协议转换装置信息汇报后,对协议转换装置进行初始化配置;

S107:SDN管理器建立与协议转换装置的通信通道,并完成协议转换装置的注册;至此,协议转换装置注册完成;

S108:在协议转换装置注册完成后,协议转换装置周期性向SDN管理器汇报协议转换装置在线状态;

S109:SDN管理器如果在规定时间段内收到协议转换装置在线状态汇报,则回复协议转换装置在线状态确认;否则,SDN管理器下发协议转换装置在线状态汇报请求,如果SDN管理器收到协议转换装置在线状态汇报,则回复协议转换装置在线状态确认,否则,协议转换装置被动脱离,SDN管理器执行S112;

S110:协议转换装置主动脱离SDN管理器时,协议转换装置通过通信通道向SDN管理器发送脱离请求;

S111:SDN管理器收到脱离请求后,回复协议转换装置脱离确认;

S112:SDN管理器删除与协议转换装置的通信通道和注册信息;至此,协议转换装置完成脱离SDN管理器。

3.根据权利要求2所述的工业异构协议转换装置管理及协同转换方法,其特征在于,步骤S105中,协议转换装置收到注册确认,向SDN管理器汇报的协议转换装置信息,包括:设备厂商标识、设备序列号、设备总内存、支持与IPv4/IPv6转换的协议类型、支持工业异构协议互转的协议类型、以太网接口数量、以太网转换速率、无线网络接口数量和无线网络转换速率。

4.根据权利要求1所述的工业异构协议转换装置管理及协同转换方法,其特征在于,SDN管理器与协议转换装置间通过通信通道发送南向管理帧,完成协议转换装置的信息汇报和对协议转换装置的控制,包括协议转换装置的启动管理,停止管理,对特定工业网络类型协议转换启动和停止管理,以及下发协议类型过滤表,对特定工业网络类型数据的过滤管理,和配置处理特定协议类型数据流的优先级管理。

5.根据权利要求4所述的工业异构协议转换装置管理及协同转换方法,其特征在于,完成协议转换装置向SDN管理器的信息汇报和SDN管理器对协议转换装置的功能控制,具体包括以下步骤:

S201:协议转换装置完成注册后,管理者下发获取协议转换装置网络信息的请求或协议转换装置的控制;

S202:SDN管理器解析请求,如果请求是获取协议转换装置网络信息,则下发协议转换装置网络信息请求的南向管理帧;

S203:协议转换装置收到SDN管理器下发的南向管理帧,解析管理帧中的服务功能码;

S204:判断是获取协议转换装置的网络信息请求后,协议转换装置收集网络信息;

S205:协议转换装置向SDN管理器汇报网络信息;

S206:SDN管理器在规定时间内收到网络信息,至此,完成协议转换装置的信息汇报;否则,SDN管理器通知管理者获取超时;

S207:管理者通过SDN管理器下发协议转换装置启动命令;

S208:协议转换装置收到命令,对接收到的多种工业网络数据进行协议转换,同时,回复SDN管理器协议转换装置启动完成汇报;至此,完成协议转换装置的启动控制;

S209:管理者通过SDN管理器下发协议类型过滤表,对特定协议类型进行过滤管理;

S210:协议转换装置收到过滤表后,执行对特定议类型数据的过滤,同时,回复SDN管理器协议转换装置过滤完成汇报,至此,完成对协议转换装置过滤管理;

S211:管理者通过SDN管理器下发处理特定协议类型数据流优先级的命令;

S212:协议转换装置收到命令后,按优先级依次处理不同协议类型的数据流,并配置高优先级协议类型数据流在协议转换装置中的带宽保障和计算资源的优先处理,同时,回复SDN管理器配置处理数据流优先级完成,至此,完成对协议转换优先级处理的管理。

6.根据权利要求5所述的工业异构协议转换装置管理及协同转换方法,其特征在于,步骤S204中,判断是获取协议转换装置的网络信息请求后,协议转换装置收集的网络信息,包括:协议转换装置工作状态、支持的网络协议类型、数据流的优先级、各个端口收到协议类型的字节数和包数、协议类型转换成功的字节数和包数以及发送的字节数和包数、丢弃包数,并计算出设备的丢包率,时延和带宽利用率等指标。

7.根据权利要求1所述的工业异构协议转换装置管理及协同转换方法,其特征在于,SDN管理器协调工业网络协议协同转换,实现不同类型工业异构网络设备之间的跨网络数据传输,具体包括以下步骤:

S301:协议转换装置注册完成后,待跨网通信的源节点向源网络协议转换装置或直接向SDN管理器发送跨网通信关系建立请求,请求负载包括源网络协议转换装置标识,源节点地址,目的网络协议转换装置标识和目的节点地址,该请求通过通信通道发送给SDN管理器;

S302:SDN管理器收到跨网通信关系建立请求,如果允许跨网通信关系建立,则根据跨网数据流信息生成跨网通信表,通过下发南向管理帧,将通信表配置到源网络协议转换装置,否则,SDN管理器通知源节点跨网通信失败;跨网通信表包括源网络协议类型,目的网络协议类型,源节点地址,目的节点地址和协议数据流处理的优先级;

S303:源网络协议转换装置收到跨网通信表后,解析跨网通信表并完成相关配置,回复SDN管理器配置完成;

S304:SDN管理器收到回复后,配置目的网络协议转换装置跨网通信表;

S305:目的网络协议转换装置收到跨网通信表后,解析跨网通信表并完成相关配置,回复SDN管理器配置完成;

S306:SDN管理器收到回复后,通过SDN管理器南向接口,根据跨网信息为跨网数据流生成流表信息,并将流表信息下发到骨干网中相关设备;

S307:SDN管理器向目的节点转发跨网通信关系建立请求和跨网通信表;

S308:目的节点解析跨网通信表,如果同意跨网通信关系建立请求,则完成相关配置,并向源节点发送跨网通信关系建立确认,至此,源节点和目的节点间的跨网通信关系建立完成;否则,则回复源节点拒绝跨网通知;

S309:源节点收到跨网通信关系建立确认后,源网络协议转换装置将跨网数据封装成IP报文,工业骨干网识别并转发该IP报文至目的网络协议转换装置;

S310:目的网络协议转换装置通过报文的源IPv6地址和流标签域识别出源节点发出的数据,完成IP报文的解析和继续转发,最终跨网通信数据到达目的节点,完成异构网络设备之间的跨网络数据传输。

8.根据权利要求1、2、4~7中任意一项所述的工业异构协议转换装置管理及协同转换方法,其特征在于,所述的南向管理帧的帧格式为:帧起始标识,大小为2字节,用于表示南向管理帧的作用范围;

传输方向标识,大小为1字节,用于表示南向管理帧传输的方向;

帧类型,分为管理帧和数据帧两种,管理功能的大小为1字节,用于表示南向管理帧对协议转换装置的具体管理功能;

长度,指负载包含的字节数;

负载部分,根据管理功能的不同进行变化。