一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与系统。方法包括：传输准备阶段，边缘交换机接收数据并转发给控制器，控制器为非实时数据分配标识ID，并将分配结果以流表的形式发送给传输路径上的交换机；数据传输阶段，边缘交换机对实时数据直接进行转发操作；对非实时数据进行包头压缩/解压缩，并在包头加入/去除标识ID后进行转发。核心交换机对实时数据匹配L2层包头信息，对非实时数据匹配标识ID，按照匹配流表进行转发。系统包括：能够实现对数据包头的压缩/解压缩和标识添加/去除功能的控制器和交换机。本发明专利技术能够节省带宽开销和数据转发速度，提高数据传输效率，为工业网络的实时数据传输预留更多的网络资源，提高工业网络的整体传输性能。

Data transmission method and system for industrial SDN network supporting Baotou compression

The invention discloses an industrial SDN network data transmission method and system supporting the compression of Baotou. The transmission method includes: preparation stage, edge switch data received and forwarded to the controller, the controller for non real time data distribution identification ID, and distribution of the results to send flow forms to the transmission path switch; the data transmission phase, edge switches and real-time data forwarding operations directly; Baotou compression / decompression of non real time data, and in Baotou, adding / removing mark ID after forwarding. The core switch matches the data of the L2 layer on the real time data, matches the non real time data, identifies the ID, and forwards it according to the matching flow table. The system consists of a controller and a switch that can perform compression / decompression and identification, addition, and removal of data Baotou. The invention can save bandwidth cost and data forwarding speed, improve data transmission efficiency, reserve more network resources for the real-time data transmission of the industrial network, and improve the overall transmission performance of the industrial network.

【技术实现步骤摘要】
一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与系统
本专利技术涉及网络
，更具体的说是涉及一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与系统。
技术介绍
随着互联网技术的发展，工业信息互联和设备IP化逐渐成为未来工业网络的发展方向。IP协议的头部有大量的冗余信息，降低了信道利用率。对于信道带宽有限的网络和多种复杂头部的新协议的广泛使用，问题就变得更加突出。例如,一个基于TCP/IPv4协议的应用，其基本包头长度为40字节，当使用IPv6后，包头长度增加到60字节。而在工业网络中，传输的数据往往是温度、压力等传感数据，有效的数据负载只有几个字节，相对于几十字节的包头而言，有效负载的传输效率非常低。因此，对于此类数据的传输，希望能利用有限的带宽资源，提高有效传输效率。目前一种广泛采用的方式是采用头部压缩技术来减小IP协议封装引入的额外开销。软件定义网络(SDN)是目前一种新型网络创新架构，将网络管理与物理网络拓扑分离，摆脱硬件对网络架构的限制，这样用户便可以像升级、安装软件一样对网络进行修改，而底层的数据层设备，如交换机、路由器等硬件则无需替换，节省大量的成本的同时，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。SDN网络固有的网络架构和“软件”属性可以方便的实现对交换机的控制和功能添加。但现有的SDN网络协议(openflow)并没有对数据包头压缩功能的支持，无法在SDN网络中进行数据压缩。而且SDN网络的流表查找是基于包头多元组的匹配，耗时长，降低了转发速度。因此亟需改进。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与系统，通过对数据包包头进行压缩和标识，能够节省带宽开销和数据转发速度，提高数据传输效率，从而提高工业网络的整体传输性能。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于包头压缩的工业SDN网络数据传输方法，包括以下步骤：传输准备阶段：边缘交换机接收数据，并将所述数据转发给控制器；控制器根据所述数据包头信息分配传输路径，为非实时数据分配标识ID，并将分配结果以流表的形式发送给所述传输路径上的交换机；所述传输路径上的交互机接收控制器发送的流表并存储在本地的流表存储单元；数据传输阶段，边缘交换机区分接收到的数据的协议类型，对于实时数据，直接进行转发操作；对于非实时数据，进行包头压缩/解压缩，并在包头加入/去除标识ID后进行转发；核心交换机区分接收到的数据的协议类型，实时数据匹配L2层包头信息，非实时数据匹配标识ID，按照匹配流表进行转发。所述传输准备阶段，包括以下步骤：Ingress边缘交换机接收数据，并将所述数据转发给控制器。控制器接收Ingress边缘交换机发送来的数据，对所述数据的包头进行解析，提取数据包的L2层源/目的地址、协议类型；根据所述数据包的协议类型判断数据是否为非实时数据，如果是实时数据，则根据L2层源/目的地址为其分配传输路径；如果为非实时数据，则继续提取L2层以上各层包头信息，根据L2层源/目的地址和其他层次包头信息分配所述数据包的传输路径，并分配标识ID；将所述传输路径和标识ID的分配的结果转换成流表形式，并分别为所述传输路径上的交换机生成流表项；将所述流表项分发到所述传输路径上的各交换机；所述各交换机接收控制器发送来的流表项并存储在本地流表存储单元内，以供数据传输阶段使用。所述非实时数据的流表项包括：包头域，包括：数据入端口、MAC源地址、MAC目的地址、协议类型、标识ID、预留元组；计数器域，与原Openflow协议相同；行动域，在原Openflow协议基础上添加操作：压缩、解压缩、添加标识ID、去除标识ID。所述行动域添加的操作的组成结构为：Compress压缩操作：压缩操作类型号+压缩方式；UnCompress解压缩操作：解压缩操作类型号+解压缩方式+原包头内容；Add_ID添加标识ID：添加标识ID操作类型号+标识ID；Remove_ID去除标识ID：去除标识ID操作类型号。所述数据传输阶段，包括Ingress边缘交换机处理方法、核心交换机处理方法和Egress边缘交换机处理方法；所述Ingress边缘交换机处理方法包括：Ingress边缘交换机接收数据，对所述数据进行包头解析，提取L2层包头的源/目的地址、数据协议类型；根据所述数据协议类型进行数据包类别判断，是实时数据或者非实时数据；如果是实时数据，则将所述源/目的地址作为包头匹配的key，在本地流表存储单元中查找匹配的流表项；如果是非实时数据，则继续提取L2层以上各层包头信息作为包头匹配的key，在本地流表存储单元中查找匹配的流表项；对于没有找到匹配流表项的数据，将所述数据转发给控制器，进入传输准备阶段流程；对于找到流表项的非实时数据，压缩L2层以上的包头，并将所述匹配流表项中action指示的标识ID加入到包头中作为转发标识，然后按照流表项中action指示端口转发给核心交换机；对于找到流表项的实时数据，直接按照流表项中action指示端口转发给核心交换机；所述核心交换机处理方法包括：核心交换机接收数据，对所述数据进行包头解析，提取L2层包头的源/目的地址、数据协议类型；根据所述数据协议类型进行数据包类别判断，是实时数据或者非实时数据；如果是实时数据，则将所述源/目的地址作为包头匹配的key；如果是非实时数据，则提取标识ID作为包头匹配的key；根据提取的所述包头匹配的key在本地流表单元中查找匹配的流表项，并按照流表项中action指示进行转发；所述Egress边缘交换机处理方法包括：Egress边缘交换机接收数据，对所述数据进行包头解析，提取L2层包头的源/目的地址、数据协议类型；根据所述数据协议类型进行数据包类别判断，是实时数据或者非实时数据；如果是实时数据，则将所述源/目的地址作为包头匹配的key，在本地流表单元中查找匹配的流表项，按照流表项中action指示进行转发；如果是非实时数据，则继续提取标识ID作为包头匹配的key，在本地流表单元中查找匹配的流表项，按照流表项中action指示去除包头中标识ID，解压缩L2层以上的包头，后转发。所述压缩/解压缩方法为：Ingress边缘交换机借助压缩算法使数据包头所占用字节减少，在数据包传输过程中携带压缩后的包头，到Egress边缘交换机处再解压缩成原数据包；或，在Ingress边缘交换机将要压缩的数据包头完全去除，传递过程中携带信息减少，到Egress边缘交换机处再将去除的包头还原。一种基于包头压缩的工业SDN网络数据传输系统，包括：控制器，用于对整体数据传输系统进行管理和传输控制，接收交换机发送的数据传输请求，为其分配数据传输路径和转发标识；交换机，用于传输数据，根据控制器分配的转发标识和传输路径，对数据进行压缩/解压缩、包头修改和转发。所述控制器，包括：第一数据包解析单元，用于对从交换机发送来的无匹配流表项的数据包进行解析，提取L2层包头的源/目的地址、数据协议类型；第一类型判定单元，用于对所述数据包的数据协议类型进行判定，区分实时数据和非实时数据；第一包头提取单元，用于对非实时数据的标识ID、L3层包头信息进行提取；路径分配单元，用于根据提取的所述包头信息为数据包分配传输路径，确定数据包传输经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于包头压缩的工业SDN网络数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：传输准备阶段：边缘交换机接收数据，并将所述数据转发给控制器；控制器根据所述数据包头信息分配传输路径，为非实时数据分配标识ID，并将分配结果以流表的形式发送给所述传输路径上的交换机；所述传输路径上的交互机接收控制器发送的流表并存储在本地的流表存储单元；数据传输阶段，边缘交换机区分接收到的数据的协议类型，对于实时数据，直接进行转发操作；对于非实时数据，进行包头压缩/解压缩，并在包头加入/去除标识ID后进行转发；核心交换机区分接收到的数据的协议类型，实时数据匹配L2层包头信息，非实时数据匹配标识ID，按照匹配流表进行转发。

【技术特征摘要】
1.一种基于包头压缩的工业SDN网络数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：传输准备阶段：边缘交换机接收数据，并将所述数据转发给控制器；控制器根据所述数据包头信息分配传输路径，为非实时数据分配标识ID，并将分配结果以流表的形式发送给所述传输路径上的交换机；所述传输路径上的交互机接收控制器发送的流表并存储在本地的流表存储单元；数据传输阶段，边缘交换机区分接收到的数据的协议类型，对于实时数据，直接进行转发操作；对于非实时数据，进行包头压缩/解压缩，并在包头加入/去除标识ID后进行转发；核心交换机区分接收到的数据的协议类型，实时数据匹配L2层包头信息，非实时数据匹配标识ID，按照匹配流表进行转发。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输准备阶段，包括以下步骤：Ingress边缘交换机接收数据，并将所述数据转发给控制器。控制器接收Ingress边缘交换机发送来的数据，对所述数据的包头进行解析，提取数据包的L2层源/目的地址、协议类型；根据所述数据包的协议类型判断数据是否为非实时数据，如果是实时数据，则根据L2层源/目的地址为其分配传输路径；如果为非实时数据，则继续提取L2层以上各层包头信息，根据L2层源/目的地址和其他层次包头信息分配所述数据包的传输路径，并分配标识ID；将所述传输路径和标识ID的分配的结果转换成流表形式，并分别为所述传输路径上的交换机生成流表项；将所述流表项分发到所述传输路径上的各交换机；所述各交换机接收控制器发送来的流表项并存储在本地流表存储单元内，以供数据传输阶段使用。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述非实时数据的流表项包括：包头域，包括：数据入端口、MAC源地址、MAC目的地址、协议类型、标识ID、预留元组；计数器域，与原Openflow协议相同；行动域，在原Openflow协议基础上添加操作：压缩、解压缩、添加标识ID、去除标识ID。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述行动域添加的操作的组成结构为：Compress压缩操作：压缩操作类型号+压缩方式；UnCompress解压缩操作：解压缩操作类型号+解压缩方式+原包头内容；Add_ID添加标识ID：添加标识ID操作类型号+标识ID；Remove_ID去除标识ID：去除标识ID操作类型号。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据传输阶段，包括Ingress边缘交换机处理方法、核心交换机处理方法和Egress边缘交换机处理方法；所述Ingress边缘交换机处理方法包括：Ingress边缘交换机接收数据，对所述数据进行包头解析，提取L2层包头的源/目的地址、数据协议类型；根据所述数据协议类型进行数据包类别判断，是实时数据或者非实时数据；如果是实时数据，则将所述源/目的地址作为包头匹配的key，在本地流表存储单元中查找匹配的流表项；如果是非实时数据，则继续提取L2层以上各层包头信息作为包头匹配的key，在本地流表存储单元中查找匹配的流表项；对于没有找到匹配流表项的数据，将所述数据转发给控制器，进入传输准备阶段流程；对于找到流表项的非实时数据，压缩L2层以上的包头，并将所述匹配流表项中action指示的标识ID加入到包头中作为转发标识，然后按照流表项中action指示端口转发给核心交换机；对于找到流表项的实时数据，直接按照流表项中action指示端口转发给核心交换机；所述核心交换机处理方法包括：核心交换机接收数据，对所述数据进行包头解析，提取L2层包头的源/目的地址、数据协议类型；根据所述数据协议类型进行数据包类别判断，是实时数据或者非实时数据；如果是实时数据，则将所述源/目的地址作为包头...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾鹏，俞雪婷，李栋，刘意杨，于海斌，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21