一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法技术

本发明专利技术涉及一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法，属于工业网络技术领域。本发明专利技术针对采用EtherCAT协议的工业以太网，通过所发明专利技术的转换方法，将EtherCAT现场网络数据包转化为能够在工厂骨干网传输并支持IPv6协议的数据包。所发明专利技术的转换方法包括EtherCAT帧识别、地址转换、优先级转换、扩展首部转换以及帧格式转换等。本发明专利技术能够在不影响EtherCAT主从站设备正常通信的同时，将其数据包转换并传输至IPv6工厂骨干网中，并在转换过程中保持了EtherCAT网络的传输特性，有效实现了EtherCAT网络与IPv6网络之间的互联。

A protocol conversion method between EtherCAT and IPv6 network

【技术实现步骤摘要】
一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法
本专利技术属于工业网络
，涉及一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法。
技术介绍
工业以太网是以太网技术的延伸，通过对标准以太网技术进行改进以满足工业控制网络对网络的高实时性、高可靠性的要求。EtherCAT是当前主流的工业以太网络规范之一，已被IEC批准为国际标准。EtherCAT通过一套独特的通信机制使数据能够高效交换，并且具有成本低廉、布线灵活，低传输时延等特点，在工业网络中得到了广泛的应用。IPv6协议是IETF工作组提出的下一代互联网的核心协议。与现有的IPv4协议相比，IPv6协议在地址空间、服务质量等方面具有显著的优势。随着工业互联网的不断发展，如何实现现有工业网络与IPv6网络之间的互联互通，使现有工业网络设备接入下一代IPv6网络，成为工业网络发展和应用所需解决的重要问题。针对这一问题，面向采用EtherCAT协议的工业以太网，专利技术了EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法，在保持EtherCAT网络传输特性的基础上，将EtherCAT现场网络数据包转化为能够在IPv6工厂骨干网中传输的IPv6数据包，使EtherCAT设备能够有效的接入IPv6网络，实现了EtherCAT与IPv6网络之间的互联互通。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法，该方法通过分析和对比EtherCAT工业以太网和IPv6网络的特性，在保证EtherCAT传输特性的同时，将标准EtherCAT数据包转化为能够IPv6工厂骨干网传输的数据包。该方法能够在不影响EtherCAT主从站数据通信的前提下，实现将从站传感器接收到的数据传输至IPv6网络中，提高了网络的兼容性，实现了异构网络数据的互联互通。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法，首先对EtherCAT协议栈结构进行分析，在不影响主从站之间数据正常通信的前提下，获取EtherCAT现场网络数据包，将其传输至协议转换模块，然后，协议转换模块根据输入数据包的特性，使用地址转换单元、优先级转换单元、扩展首部添加单元和时钟同步单元对数据包中的相关字段进行分析和转化，接下来通过帧格式转换单元将其构建成一个以UDP/IPv6为传输层/网络层的以太网数据包，最终传输到支持IPv6协议的工厂骨干网络中。可选的，所述协议转换模块具体包括：地址转换单元：将从站的32bits地址转化为IPv6协议的128bits地址，并建立映射表；优先级转换单元：分析从站的通信模式，即邮箱通信和逻辑通信，为其分配不同的优先级再映射到IPv6协议的流量类型字段；扩展首部单元：分析EtherCAT协议中与IPv6的扩展首部功能相似的服务，包括分段、带宽资源预留功能，在网络层添加扩展首部，保持EtherCAT数据包的传输特性；时钟同步单元：获取DC寄存器的信息，将时钟信息以合理的方式传输给IPv6工厂骨干网，保证协议数据传输的时延；帧格式转换单元：为EtherCAT数据包添加网络层和传输层，将EtherCAT数据包转换成能够在IPv6工厂骨干网中传输的结构。可选的，所述方法具体包括以下步骤：S1：在不影响主从通信的前提下，从主站相应的rxbuf/txbuf缓存中提取EtherCAT数据包，对报文结构进行分析，获取以太网首部和EtherCAT首部中的长度信息，计算并确定数据包中携带的每一子报文的位置偏移，将来自不同从站的子报文分别传输至协议转换单元，逐一进行分析和识别；S2：判断子报文是否为周期性过程通信，主要通过读取数据报头部中的服务命令CMD字段；若子报文是周期性过程通信方式则为其添加逐跳扩展首部和流标签域保证QoS特性，将其流量类型字段设置最高优先级，进行步骤S5；若不是则进行步骤S3；S3：非周期性通信子报文首先判断其是否存在分段报文请求的情况，若存在则将IPv6基本首部的下一首部字段设置为0x2C，提取Offset、FrameNumber重要信息，添加分段扩展首部；同时提供一个计时器，若一段分段报文的后续报文没有在规定时间到达，则丢弃后续报文；S4：从收集到的子报文邮箱首部中提取该从站传输数据的优先级，并将优先级映射到IPv6流量类型字段；S5：从收集到的子报文中提取该从站的配置地址或逻辑地址，将32bits的从站地址转化为128bits的IPv6地址；在缓存中建立一张EtherCAT从站地址与转换后的IPv6地址的映射表，转换装置将首先判断提取的地址是否已经存在于映射表中，若不存在则进行地址转换并将数据存入表中；S6：将EtherCAT数据包中前导码以及DC寄存器中的时钟同步信息收集，进行时钟同步操作；S7：进行整网帧格式转换，将每一个子报文转换成标准的IPv6协议的以太网帧；添加网络层、传输层服务，并将EtherCAT数据包中数据链路层、EtherCAT首部中的信息，包括端口、Mac地址和报文长度，映射到IPv6以太网帧的相应位置；S8：将转换后的报文传输至IPv6工厂骨干网。可选的，所述步骤S2中，所述逐跳扩展首部为：使用其“路由器警告”选项来实现资源预定RSVP功能，即路由器检查数据包，RSVP能够使消息被截获的同时对正常数据分组的转发几乎没有性能影响；在步骤S4中，EtherCAT协议设计5种优先级，周期过程数据通信采用逻辑寻址，为最高优先级；其他4种采用配置寻址的邮箱通信，包括：紧急数据、命令数据、一般数据和初始化配置数据。本专利技术的有益效果在于：(1)本方法能够有效的将EtherCAT的内部数据传输至IPv6网络。通过所专利技术的协议转换方案，在不影响EtherCAT内部主从站通信的情况下，实现了EtherCAT工业以太网与IPv6工厂骨干网的互联互通，促进了IT技术与OT技术的融合。(2)本方法在转换过程中，保持了EtherCAT的传输特性。通过为EtherCAT数据设置IP首部高优先级，实现了服务质量保持；通过为每一个EtherCAT从站都分配一个IPv6地址，实现了从站独立地址特点的保持；此外，还实现了时钟同步特性的保持。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为本专利技术所述协议转换方案整体流程图；图2为本专利技术所述协议转换方案架构图；图3为本专利技术所述整网帧格式转换示意图；图4为本专利技术所述扩展首部示意图；图5为本专利技术所述地址转换示意图；图6为本专利技术所述时钟同步流程图。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法，其特征在于：首先对EtherCAT协议栈结构进行分析，在不影响主从站之间数据正常通信的前提下，获取EtherCAT现场网络数据包，将其传输至协议转换模块，然后，协议转换模块根据输入数据包的特性，使用地址转换单元、优先级转换单元、扩展首部添加单元和时钟同步单元对数据包中的相关字段进行分析和转化，接下来通过帧格式转换单元将其构建成一个以UDP/IPv6为传输层/网络层的以太网数据包，最终传输到支持IPv6协议的工厂骨干网络中。/n

【技术特征摘要】
1.一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法，其特征在于：首先对EtherCAT协议栈结构进行分析，在不影响主从站之间数据正常通信的前提下，获取EtherCAT现场网络数据包，将其传输至协议转换模块，然后，协议转换模块根据输入数据包的特性，使用地址转换单元、优先级转换单元、扩展首部添加单元和时钟同步单元对数据包中的相关字段进行分析和转化，接下来通过帧格式转换单元将其构建成一个以UDP/IPv6为传输层/网络层的以太网数据包，最终传输到支持IPv6协议的工厂骨干网络中。


2.根据权利要求1所述的一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法，其特征在于，所述协议转换模块具体包括：
地址转换单元：将从站的32bits地址转化为IPv6协议的128bits地址，并建立映射表；
优先级转换单元：分析从站的通信模式，即邮箱通信和逻辑通信，为其分配不同的优先级再映射到IPv6协议的流量类型字段；
扩展首部单元：分析EtherCAT协议中与IPv6的扩展首部功能相似的服务，包括分段、带宽资源预留功能，在网络层添加扩展首部，保持EtherCAT数据包的传输特性；
时钟同步单元：获取DC寄存器的信息，将时钟信息以合理的方式传输给IPv6工厂骨干网，保证协议数据传输的时延；
帧格式转换单元：为EtherCAT数据包添加网络层和传输层，将EtherCAT数据包转换成能够在IPv6工厂骨干网中传输的结构。


3.根据权利要求1所述的一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
S1：在不影响主从通信的前提下，从主站相应的rxbuf/txbuf缓存中提取EtherCAT数据包，对报文结构进行分析，获取以太网首部和EtherCAT首部中的长度信息，计算并确定数据包中携带的每一子报文的位置偏移，将来自不同从站的子报文分别传输至协议转换单元，逐一进行分析和识别；
S2：判断子报文是否为周期性过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，邴群植，邓安华，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50