[发明专利]电力线载波通信实现分布式网络交换的方法

摘要

本发明公开了一种电力线载波通信实现分布式网络交换的方法，包括进行MAC地址与IP地址的状态维护表，本地和远端设备状态同步，地址学习与ARP代理实现主从载波机之间状态同步进行MAC地址学习通过扩充载波数据帧格式定义进行网络数据帧交换的数据压缩协议，将网络地址与载波地址转换，网络数据帧压缩和解压缩，MTU数据包分片处理实现网络数据帧封装。本发明通过载波机间设备状态同步，本地载波机能生成远端设备状态信息表，记录远端所有设备的IP地址及其MAC地址。当本地载波机收到对远端设备进行ARP解析的包时，通过查询远端设备状态信息表，获取IP地址对应的MAC地址，代被解析的设备生成ARP应答包，回送给源IP，实现在没有广播能力的物理网络上进行地址解析。

主权项

一种电力线载波通信实现分布式网络交换的方法，其特征是，包括：一、主从载波设备之间状态同步进行MAC地址学习，通过以下步骤：1）各载波设备通过以太网的数据信息解析出网络数据帧，通过分析网络数据帧结构，载波设备自动学习挂接在本载波设备下的所有附属终端设备信息，生成包含所述设备信息的本地设备状态表；2）当载波设备网络状态或者载波设备附属终端设备的网络状态变化时，向主载波设备同步网络状态信息，通过状态同步，各载波设备生成载波设备状态表，载波设备状态表记录载波设备信息；3）载波设备实现ARP代理功能，即代远端设备发送ARP响应，使主载波设备成功解析挂接在某个从载波设备下的载波设备附属终端设备的MAC地址；各载波设备每收到一网络数据帧，更新本地设备状态表：如果当前帧中的源MAC‑源IP映射项已经存在本地设备状态表中，更新本地设备状态表中当前帧中的源MAC‑源IP映射建立时间，重置该映射项老化时间；否则，在本地设备状态表中新增当前帧中的源MAC‑源IP映射项、分配设备索引，设置该映射项老化时间，启动本地向远端设备状态表同步过程；如果当前时间大于某映射项老化时间，清除该映射项，收回设备索引，启动本地向远端状态同步过程；二、网络数据帧封装，通过以下步骤：（1）扩充载波数据帧格式定义，以区分是普通载波数据帧还是PLC封装的网络数据帧；若是PLC封装的网络数据帧，要进一步区分是压缩的MAC/IPv4/TCP、压缩的MAC/IPv4/UDP或无压缩的MAC/IP；若是普通载波数据帧，仍按载波通信数据透明传输的数据转发流程处理；若是网络数据帧即MAC帧，则按步骤（3）的网络数据帧的数据转发流程处理；（2）网络地址与载波地址转换载波设备收到网络数据帧时，将网络数据帧的MAC地址转换为载波设备地址，并将网络数据帧封装入PLC帧结构后发送到电力线；（3）网络数据帧压缩和解压缩TCP压缩:将网络数据帧头丢弃，IP/TCP帧头按照RFC1144压缩；TCP解缩：先按RFC1144对IP/TCP帧头解压，再查询本地设备状态表和远端设备状态表，根据表恢复网络数据帧头；每个IP报文，网络数据帧头是网络数据帧的前14字节，IP帧头是IP帧的前20字节， TCP帧头是TCP帧的前20字节；UDP压缩只对于IP首部长度为20字节，服务类型为0，DF为0且不分片的UDP报文进行压缩，不满足“IP首部长度为20字节、服务类型为0，DF为0且不分片”的UDP报文以“无压缩的MAC/IP”方式传送；符合上述条件的UDP压缩：将网络数据帧的网络数据帧头丢弃，查询本地设备状态表和远端设备状态表，将IP帧头中的源IP地址、目的IP地址转换为源设备索引、目的设备索引；保留IP帧头中的标识和TTL，其余丢弃；保留UDP头中的源端口、目的端口和长度，丢弃UDP检验和；符合上述条件的UDP解压：恢复UDP的数据部分、源端口、目的端口和长度，并通过计算恢复UDP检验和；恢复IP帧头中的标识和TTL；通过查询本地设备状态表和远端设备状态表，将源设备索引、目的设备索引转换为IP头中的源IP、目的IP；IP帧头中的数据长度为底层上报的压缩IP/UDP包长度+压缩的IP/UDP头长度+2个标准的IP/UDP头长度，IP版本号为4，首部长度为5，服务类型为0，标志、片偏移为0,上层协议为17 UDP，计算IP首部检验和；（4）MTU数据包分片处理如果压缩后的报文长度超出载波数据帧的最大长度，且IP头中的DF=0即允许分片，对IP报文进行分片；如果压缩后的报文长度超出载波数据帧的最大长度，且IP头中的DF=1即禁止分片，则丢弃该报文，并向源IP发送ICMP不可到达报文。