[发明专利]基于SDN的车间工业网络拓扑构建及其业务调度方法

说明书

本发明公开了基于SDN的车间工业网络拓扑构建及其业务调度方法。本发明包括两部分内容：首先提出一种工业网络的拓扑结构并给出其构建方式，该网络拓扑基于链状拓扑改进，便于在工厂生产车间实施且提供冗余链路；在此基础上提出一种针对该拓扑的业务数据调度方法，该方法依赖于SDN架构的集中管理模式和数据层面的控制策略，实现数据转发过程中的负载均衡以及链路/设备故障时业务通信恢复功能。本发明将SDN技术应用于车间工业网络，在不明显增加网络部署难度的情况下，增加了网络冗余度，提高了数据通信的可靠性，同时解决了较复杂拓扑中数据路径规划问题。

技术领域

本发明属于数据通信技术领域，是软件定义网络的可靠传输方法，具体涉及一种基于SDN的车间工业网络拓扑构建及其业务调度方法。

背景技术

近些年来，软件定义网络(SDN)的应用越来越广泛。与传统网络不同，软件定义网络可以实现细粒度的数据转发控制策略，因此适用于复杂的拓扑结构，可以为增加网络的冗余性，进而提高网络数据传输的可靠性。

随着国家智能制造脚步的加快，车间智能设备快速增加，对网络依赖越来越高。传统以太网采用星型级联拓扑结构，存在着可靠性差，网络部署困难的缺点。为了提高网络的可靠性同时便于网络部署，车间工业网络采用了工业环网的方式。但是随着网络规模的扩大，工业环网冗余度不高，级联链路的负载压力大的问题逐渐暴露出来。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于SDN的车间工业网络拓扑构建及其业务调度方法，对工业环网进行改进，进一步增加网络的冗余度，同时减少级联链路的业务压力。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于SDN的车间工业网络拓扑构建及其业务调度方法，包括网络拓扑的构建和基于构建拓扑的业务调度方法两部分；

所述车间工业网络拓扑构建指构建交换机之间的拓扑，在链状拓扑的基础上，根据一定规则生成的具有冗余性的网络拓扑。

所述业务调度方法，在SDN网络控制器中实现，根据拓扑生成业务路径，并在网络交换机或者链路出现故障情况下，对业务路径进行重新规划。

所述网络拓扑的构建包括以下步骤：

(1)根据车间布局构建树状拓扑，并将树状拓扑拆解为多个级别的链状拓扑，拆解时分支节点和向根方向的上一个节点同时属于两个链状拓扑；

(2)针对链状拓扑，从头至尾对交换机节点进行1至n编号；

(3)取正整数M(1＜M≤n)和L(1≤L＜M)将拓扑中编号为k(M-L-1)+1和(k+1)M-kL-k的节点连接，其中k＝0,1,2,…，且

(4)若将拓扑中编号为k_max(M-L-1)+1和n的节点连接，其中k_max表示k可以取到的最大值。

所述业务调度方法采用以下步骤计算业务路径：

(1)在SDN控制器中还原树状拓扑并对交换机编号：针对链状拓扑，从头至尾对交换机节点进行1至n编号；

(2)若两个分别连有业务终端节点的交换机在同一链状拓扑分支内，则依次通过步骤(3)和(4)得到业务路径；否则，针对每个拓扑分支，依次采用步骤(3)和(4)得到业务在每条分支上的路径，并将两条路径连接为一条路径；

(3)计算链状拓扑中编号为p和q的节点之间路径上的节点集合R＝{r_i|i＝0,1,2…}，pq，步骤为：

(i)初始化r₀＝p；

(ii)若r_i≠k(M-L-1)+1，记r_i+1＝r_i+1；