[发明专利]一种基于软件定义的自适应工业以太网网关系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于软件定义的自适应工业以太网网关系统与方法，包括工业以太网协议报文处理过程和工业以太网和工业SDN双网协同处理过程。在工业总线层网络中，工业以太网协议由于工业生产的需求，往往具有实时性和高可靠性，通过软件定义的方式，以匹配流表的形式，完成自适应协议判别，协议解析和数据处理。通过软件定义流表的匹配项，完成对多种工业以太网协议报文的匹配及处理。报文匹配动作能够结合工业以太网时隙调度和实时性、可靠性的需求，完成IT层网络的相对应调度，实现双网协同处理的功能。

技术领域

本发明属于工业OT网络和IT网络融合领域，是对工业以太网网关系统的设计和发明，具体设计的是一种基于软件定义的具有协议自适应能力的工业以太网网关的设计与应用。

背景技术

为了解决工业互连转型过程中，工业网络设备接口异构，互联互通难，生产流程固化调整难，产线定期检测运维难等问题，实时工业协议自适应网关系统具有高灵活性，高性能，高可靠性和高兼容性，能够满足当前智能制造转型中，柔性生产控制网络对于总线层数据进行采集和监控的需求，并为上位机对总线层设备进行实时控制，实现柔性生产提供了数据基础。

在工业以太网协议百家争鸣的过程中，随着智能制造、工业4.0以及“中国制造2025”等概念的不断提出和向前推进，加速工业网络IT层和OT层融合的步伐逐渐加快，其关键技术在于将OT层的工业以太网协议转换为IT层的Ethernet协议，在此过程中，即保证信息的可靠性，也保证工业以太网的实时性，对于协议转换软件也就提出了更加严格的要求。

随着工业设备相关技术的发展进步，以及工业生产的要求，目前，工业生产相关设备，特别是应用于工业以太网，工业互联网条件下的总线层设备的内部通信协议种类繁多。因此，具有协议自适应能力的工业以太网网关，通过更加灵活、定制化、可拓展的软件定义模式，自动适配总线层设备所选用的工业以太网协议，实现了多种工业以太网协议相互兼容，同时支持当前工业生产中的大部分工业以太网通信协议，实现了多厂商、多协议设备的信息兼容接入。

发明内容

本发明将针对工业操作技术网络(OT网络)和信息技术网络(IT网络)融合对于工业以太网协议报文进行采集和监控的要求，设计一种基于软件定义自适应工业以太网网关系统和报文处理方法，能够针对OT层设备不同厂商的各种工业以太网协议报文进行监控，并对所需数据进行采集。本发明提供如下的技术方案：

一种基于软件定义的自适应工业以太网网关系统，包括：

工业以太网实时同步模块，用于通过南向接口接收工业以太网的实时协议报文；

软件定义匹配流表，用于根据设定的匹配项，将经过工业以太网实时同步模块的协议报文进行流表匹配；

数据监控模块，用于将匹配后的报文携带的IT层网络所需数据经过缓存、封装或预处理，最后经北向接口发送给IT层网络设备。

所述软件定义匹配流表包括：

协议类型匹配模块，用于进行第一次匹配，即根据设定的协议类型匹配项对协议报文的报文头特征进行匹配；如果匹配失败，表示该报文并非是IT层所需的工业以太网协议报文，那么该报文由实时同步模块直接在内存操作；否则添加下一个报文进入流表，进行工业以太网协议匹配；

如果协议匹配成功，表示该类型的协议报文是IT层网络节点所需，该报文的复制数据加入到相应的工业以太网协议栈进行解析，解析的结果再进行第二次匹配；

网路层数据匹配模块，用于第二次匹配，即根据该网络层数据匹配项对协议报文内容进行匹配；

数据包处理动作模块，根据第二次匹配结果，对应设定的数据处理动作表中的动作对工业以太网协议报文所携带的数据内容进行处理，发送给IT层网络节点。