數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線性無損網(wǎng)絡(luò)保護方法
【專利摘要】本發(fā)明針對所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，提出了一種利用報文攜帶序列號機制、報文在互為備份的路徑上復(fù)制傳與送機制和報文在接收端基于序列號無損篩選機制的零丟包無損線性網(wǎng)絡(luò)保護方法。
【專利說明】數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線性無損網(wǎng)絡(luò)保護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]工業(yè)控制和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)控制越來越多地使用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信，但是工業(yè)控制常常需要網(wǎng)絡(luò)傳送達到更高的可靠性，比如“零丟包”。目前多數(shù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)故障條件下進行網(wǎng)絡(luò)保護有一定的丟包。本發(fā)明針對所有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型，在網(wǎng)絡(luò)故障時可以實現(xiàn)“零丟包“的無損線性網(wǎng)絡(luò)保護，為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在高等級工業(yè)控制中應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(data network),或稱為計算機網(wǎng)絡(luò)(computer network)由實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(network node)和連接節(jié)點間的鏈路(line)構(gòu)成；節(jié)點根據(jù)是否終結(jié)所使用的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議可以分為DTE (數(shù)據(jù)通信發(fā)起或終結(jié)單元)和DCE (數(shù)據(jù)通信單元，例如數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換/路由設(shè)備，但不限于這些設(shè)備)；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)使用通信協(xié)議所在的OSI七層分層模型又可以分成物理層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(或模塊)、數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(或模塊)、網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(或模塊)、傳輸層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(或模塊)等。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)報文(即數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最小信息傳送結(jié)構(gòu))傳送信息。報文由相關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議字段和用戶信息字段構(gòu)成，并在途徑的每個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)接受相關(guān)通信協(xié)議的處理。
[0004]數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線性保護的定義:網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點間通過的連接兩個節(jié)點的兩條不同路徑傳送數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)報文，實現(xiàn)當一條路徑出現(xiàn)故障時(例如，該路徑上的某段線路或某個節(jié)點故障)或網(wǎng)絡(luò)管理需要時，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)報文可以通過另一條路徑到達的功能。如圖1所示。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線性保護功能既可以是單向的，也可以是雙向的。上述兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點稱作保護端點。
[0005]本發(fā)明旨在實現(xiàn)無損線性保護，即保護端點間的報文傳送在線性保護發(fā)生時不能有報文丟失。本發(fā)明的主要實現(xiàn)機制有:在保護端點報文發(fā)送過程中的報文復(fù)制機制、報文攜帶序列號機制；在相對的保護端點的報文接收過程中的報文無損篩選的機制。
[0006]被傳送報文在保護端點發(fā)送過程中的復(fù)制機制:即將被傳送的報文復(fù)制并同時向兩個互為備份的保護路徑發(fā)送的辦法。
[0007]報文攜帶序列號的機制:被傳送的報文在兩個保護端點間的傳送過程中，通過該報文數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議區(qū)域未用的預(yù)留字節(jié)或用戶信息區(qū)域新擴充的字節(jié)攜帶序列號。序列號在按報文發(fā)送順序依次增加一，在增加到最大時進行翻轉(zhuǎn)，重新從最小值開始。序列號的范圍為一個連續(xù)整數(shù)集合，下限可以從零或I開始，上限要足夠大，保證在兩個保護端點間的最長傳送(用時最長)情境下序列號不發(fā)生翻轉(zhuǎn)。序列號攜帶可以發(fā)生在報文復(fù)制之前或之后，如果發(fā)生在之后，復(fù)制的報文需攜帶相同的序列號。在保護端點間的所有途經(jīng)的設(shè)備中，報文一直攜帶序列號且不對序列號作任何處理。序列號在相對的保護端點的接收過程中從報文中去掉。[0008]基于序列號的無損篩選報文的機制:在保護端點的接收過程中，從互為備份的路徑中的兩路相同的報文，根據(jù)序列號，保留一路序列號連續(xù)、沒有重復(fù)的報文。
[0009]基于滑動丟棄窗口和滑動緩存窗口的實現(xiàn)辦法辦法:在相對發(fā)送端的另一保護端點的接收過程，從互為備份的兩條路徑(分別為A和B)同時接收兩路相同的報文，對于具有相同序列號的報文，先到的保留，后到的丟棄；并且從兩路中挑選出保留的報文應(yīng)該序列號連續(xù)，即下一個保留報文的序列號須是當前保留報文序列號加I ;(超過最大序列號時翻轉(zhuǎn)到I)。每個路徑需要維護一個丟棄窗口和一個緩存窗口，兩個窗口由連續(xù)的序列號構(gòu)成。丟棄窗口記錄本路已經(jīng)被選擇保留且另一路還未到達的報文的序列號，即另一路必須丟棄的報文的序列號。記錄那些緩存下來的暫時還無法決定其是否丟棄或保留的報文的序列號。兩個窗口的最大寬度應(yīng)該能夠支持網(wǎng)絡(luò)最大可能傳送時間。假設(shè)兩路傳送不考慮錯序的情況，報文的無損篩選過程在下面三種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換:[0010]I)兩路報文長時間(大于網(wǎng)絡(luò)最大可能傳送時間)都保持按序列號連續(xù)到達，兩路的緩存窗口應(yīng)該閉合，而在任何時刻，兩路中必定有一路的丟棄窗口是閉合的，假設(shè)為A，而B的丟棄窗口為閉合或打開。
[0011]-如果B的丟棄窗口為閉合，則無論兩路中哪一路先來報文，則該路的丟棄窗口會打開，窗口上限為新到報文的序列號，該報文被保留；
[0012]-如果B丟棄窗口不為閉合，則A新來報文必會落入B的丟棄窗口，該報文被丟棄，并且B的丟棄窗口下限應(yīng)該更新到該報文的序列號+1，A的丟棄窗口任然閉合出新來的報文會被保留，并且B的丟棄窗口的上限會增加1，即為B新到報文的序列號。
[0013]2)在一路傳送發(fā)送中斷但還未恢復(fù)情形下，兩路的丟棄窗口任然按I)的規(guī)則進行更新，報文的保留和丟棄也按I)規(guī)則執(zhí)行。
[0014]3)在一路發(fā)生中斷后又恢復(fù)情形下，假設(shè)該路為A，
[0015]-如果恢復(fù)一刻A側(cè)到達報文序列號大于B的最新報文序列號，這該報文被緩存，且A的緩存窗口打開。此后隨A和B的新報文到來，A的緩存窗口不斷擴展，直到B的新到報文序列號為A緩存窗口下限減一，此時B新到報文保留，B的丟棄窗口閉合，且A的所有緩存的報文依照序列號被一次性被保留，A的丟棄窗口等于A的緩存窗口，A的緩存窗口閉合。此后篩選進入I)狀態(tài)
[0016]-如果如果恢復(fù)一刻A側(cè)到達報文序列號小于等于B的最新報文序列號，則A報文必然落入B的丟棄窗口中，該報文丟棄，A丟棄窗口閉合，B的丟棄窗口下限更新到A新到報文序列號+1。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1線性保護機制說明.[0018]圖2在mpls網(wǎng)絡(luò)實施本方明，使用PW的通用control word攜帶序列號。
【具體實施方式】
[0019]針對mpls網(wǎng)絡(luò),在PW標簽后可以擴充通用格式的control word用于記錄序列號，如圖2所示。按照mpls協(xié)議，0-3bit必須為O ;其余28bit可以用來記錄序列號,序列號范圍從I到268，435，455，對于千兆網(wǎng)絡(luò)來說，連續(xù)發(fā)送這么多最短64byte報文，大約需要13秒，遠遠大于一般千兆網(wǎng)可能的端到端傳送的最長時間。O值用于關(guān)閉序列號計數(shù)功能。
[0020]在保護端點的發(fā)送過程中，對每個傳送的報文在兩個互為備份的PW中進行復(fù)制時，可以同時在擴充的control word內(nèi)攜帶相同的序列號。
[0021]在相對的保護端點的接收過程，從互為備份的兩條PW (分別成為A和B)同時接收兩路報文，利用發(fā)明的丟棄與緩存滑動窗口，實現(xiàn)的報文無損篩選。
【權(quán)利要求】
1.本方法采用報文攜帶序列號方法和接收端根據(jù)序列號緩存對齊兩路互為備份的報文的機制，實現(xiàn)無損網(wǎng)絡(luò)保護。
2.權(quán)利要求本方法適用于任何符合0SI7層模型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
3.權(quán)利要求本方法使用的報文處理流程:在保護端點報文發(fā)送過程中的報文復(fù)制、報文攜帶序列號；報文在兩個保護端之間途經(jīng)設(shè)備中攜帶序號，在相對的保護端點的報文接收過程中無損篩選報文。
4.權(quán)利要求本方法使用的報文攜帶序列號的機制:被傳送的報文在兩個保護端點間的傳送過程中，通過該報文數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議區(qū)域未用的預(yù)留字節(jié)或用戶信息區(qū)域新擴充的字節(jié)攜帶序列號。序列號在按報文發(fā)送順序依次增加一，在增加到最大時進行翻轉(zhuǎn)，重新從最小值開始。序列號的范圍為一個連續(xù)整數(shù)集合，下限可以從零或I開始，上限要足夠大，保證在兩個保護端點間的最長傳送(用時最長)情境下序列號不發(fā)生翻轉(zhuǎn)。序列號攜帶可以發(fā)生在報文復(fù)制之前或之后，如果發(fā)生在之后，復(fù)制的報文需攜帶相同的序列號。在保護端點間的所有途經(jīng)的設(shè)備中，報文一直攜帶序列號且不對序列號作任何處理。序列號在相對的保護端點的接收過程中從報文中去掉。
5.權(quán)利要求本方法的 基于序列號的無損篩選報文的機制:在保護端點的接收過程中，從兩路互為備份的路徑中，提取出序列號連續(xù)、沒有重復(fù)的報文的辦法。
6.權(quán)利要求本方法具體實施方案中在mpls網(wǎng)絡(luò)上利用mplspw通用control word攜帶序列號的辦法:按照mpls協(xié)議，0-3bit必須為O ;其余28bit可以用來記錄序列號,序列號范圍從I到268，435，455，數(shù)值O為關(guān)閉序列號計數(shù)功能。
7.權(quán)利要求本方法具體實施方案中使用的利用滑動報文丟棄窗口和滑動報文緩存窗口實現(xiàn)無損篩選報文方式，但不限于此方式:在相對發(fā)送端的另一保護端點的接收過程，從互為備份的兩條路徑(分別為A和B)同時接收兩路相同的報文，對于具有相同序列號的報文，先到的保留，后到的丟棄；并且從兩路中挑選出保留的報文應(yīng)該序列號連續(xù)，即下一個保留報文的序列號須是當前保留報文序列號加I ;(超過最大序列號時翻轉(zhuǎn)到I)。每個路徑需要維護一個丟棄窗口和一個緩存窗口，兩個窗口由連續(xù)的序列號構(gòu)成。丟棄窗口記錄本路已經(jīng)被選擇保留且另一路還未到達的報文的序列號，即另一路必須丟棄的報文的序列號。記錄那些緩存下來的暫時還無法決定其是否丟棄或保留的報文的序列號。兩個窗口的最大寬度應(yīng)該能夠支持網(wǎng)絡(luò)最大可能傳送時間。假設(shè)兩路傳送不考慮錯序的情況，報文的無損篩選過程在下面三種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換: 1)兩路報文長時間(大于網(wǎng)絡(luò)最大可能傳送時間)都保持按序列號連續(xù)到達，兩路的緩存窗口應(yīng)該閉合，而在任何時刻，兩路中必定有一路的丟棄窗口是閉合的，假設(shè)為A，而B的丟棄窗口為閉合或打開。 -如果B的丟棄窗口為閉合，則無論兩路中哪一路先來報文，則該路的丟棄窗口會打開，窗口上限為新到報文的序列號，該報文被保留； -如果B丟棄窗口不為閉合，則A新來報文必會落入B的丟棄窗口，該報文被丟棄，并且B的丟棄窗口下限應(yīng)該更新到該報文的序列號+1，A的丟棄窗口任然閉合；B新來的報文會被保留，并且B的丟棄窗口的上限會增加1，即為B新到報文的序列號。 2)在一路傳送發(fā)送中斷但還未恢復(fù)情形下，兩路的丟棄窗口任然按I)的規(guī)則進行更新，報文的保留和丟棄也按I)規(guī)則執(zhí)行。3)在一路發(fā)生中斷后又恢復(fù)情形下，假設(shè)該路為A， -如果恢復(fù)一刻A側(cè)到達報文序列號大于B的最新報文序列號，這該報文被緩存，且A的緩存窗口打開。此后隨A和B的新報文到來，A的緩存窗口不斷擴展，直到B的新到報文序列號為A緩存窗口下限減一，此時B新到報文保留，B的丟棄窗口閉合，且A的所有緩存的報文依照序列號被一次性被保留，A的丟棄窗口等于A的緩存窗口，A的緩存窗口閉合。此后篩選進入I)狀態(tài)； -如果如果恢復(fù)一刻A側(cè)到達報文序列號小于等于B的最新報文序列號，則A報文必然落入B的丟棄窗口中，該報文丟棄，A丟棄窗口閉合，B的丟棄窗口下限更新到A新到報文序列號+1。此后篩選狀態(tài)進 入I)。
【文檔編號】H04L12/24GK103607288SQ201310355984
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】王健 申請人:王健