CN106534325A - 一种铁路轨道交通的异构网络通信系统 - Google Patents

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姜仁胜
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Abstract

本发明公开了一种铁路轨道交通的异构网络通信系统，包括：数据层、虚拟切片层和控制层；所述数据层包括基础终端设备和数据交换机，基础终端设备与相应的数据交换机相连；所述虚拟切片层包括与数据交换机相连的虚拟化平台，虚拟化平台用于将数据层中的物理网络划分为多个相互隔离的逻辑虚拟网络系统；所述控制层包括多个系统控制器，分别与逻辑虚拟网络系统相连；该异构网络通讯系统可以通过虚拟化对不同业务进行简单的逻辑分离，实现网络的可扩展性、可靠性以及业务隔离，同时也保证了业务的实时性；本发明的网络通信系统可以有效解决现在轨道交通通信网中存在的功能单一、新业务不便拓展、设备维护众多、维护压力大以及业务系统之间的相互融合等问题。

Description

一种铁路轨道交通的异构网络通信系统
技术领域
本发明涉及一种轨道交通网络通信技术，特别涉及一种铁路轨道交通的异构网络通信系统。
背景技术
随着现在轨道交通企业规模的扩大以及应用系统的增多，原有的网络越来越不能满足需求。铁路局现有网络一般只覆盖铁路机关办公区域和几个主要的分支机构，铁路局的其它分支机构以及和铁路局相关的合作伙伴等仍没有联上，这样，无法满足铁路局与各分支机构之间以及同合作伙伴间的信息交换。现在信息中心没有网络管理软件和各种网络测试工具,出现网络故障,只能凭经验检查，增加维护人员工作量和工作难度，效率低。因此，要求通信网络运行管理的智能化水平必须大幅度提升，实现统一规划、统一建设、统一管理、统一调度，建设一个安全、可靠、实时性的轨道交通通信网显得越来越迫切。现有的轨道交通采用经典网络体系结构，网络通信设备软件和硬件高度集成，相对形成封闭系统，其本身技术上的限制，已逐渐不能满足用户的需求。轨道交通系统通信网已经发展成为包括无线、有线、列控等众多业务系统共存的复杂网络，这些业务系统基本上是由不同通信系统负责运行，彼此相互独立，资源无法共享。随着各种业务系统的不断扩展，这些系统之间的控制更加混乱，新业务不方便扩展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路轨道交通的网络通信系统，从而克服现有轨道交通通信网的业务系统之间控制混乱的缺陷。
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种铁路轨道交通的异构网络通信系统。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：
一种铁路轨道交通的异构网络通信系统，包括数据层、虚拟切片层和控制层。
参考图1，所述数据层包括基础终端设备和数据交换机，基础终端设备与相应的数据交换机相连；所述虚拟切片层包括与数据交换机相连的虚拟化平台，虚拟化平台用于将数据层中的物理网络划分为多个相互隔离的逻辑虚拟网络；所述控制层包括多个系统控制器，分别与逻辑虚拟网络系统相连。
参考图2-3，在一个具体的实施方式中，虚拟化平台FlowVisor，数据交换机用于获取基础终端设备生成的数据包，并判断数据包的头部字段与本地流表是否匹配，匹配上的话根据本地流表指示转发至对应的系统控制器。
报文头部与所有流表均未能匹配时，将报文转发至FlowVisor中的OpenFlow交换机。
所述OpenFlow交换机用于：在报文与FlowVisor的数据库匹配时，将报文转发至对应的系统控制器。
系统控制器在接收到OpenFlow交换机转发的报文后，生成指向数据包的流表项，并将流表项添加到流表中。
所述逻辑虚拟网络系统包括：客票系统，旅服系统、列控系统、办公系统中的一种或多种。
参考图4，在一个具体的实施方式中，还包括应用层；所述应用层包括输入输出设备，输入输出设备与控制层中的控制器相连。
本发明的具体实施方式中提供的轨道交通通信网络系统，基于软件定义网络的轨道交通通信网虚拟化架构，引入新型网络体系架构SDN中的控制与转发功能分离的思想，将SDN应用于轨道交通通信网，通过加入各级控制器以及虚拟切片层的虚拟网络划分，将实现网络的可扩展性、可靠性以及业务隔离，同时也保证了业务的实时性。同时，对不同业务进行简单的逻辑分离，在虚拟的通信网络中部署实验新业务时也不影响原有业务的运行，并且网络虚拟化可以实现通信网络的业务隔离，即通过将物理资源抽象为逻辑上的资源，将物理网络划分成多个逻辑上的虚拟网络，在不同虚拟网络之间进行业务隔离，以保证各个业务用户的隐私和安全。
该网络系统可以有效解决现在轨道交通通信网中存在的功能单一、新业务不便拓展、设备维护众多、维护压力大以及业务系统之间的相互融合等问题。
附图说明
图1示出了本发明的网络通信系统的第一结构图。
图2示出了本发明的网络通信系统的虚拟化平台为FlowVisor时的结构示意图。
图3示出了本发明的网络通信系统的通信流程图。
图4示出了本发明的网络通信系统的第二结构图。
具体实施方式
为了使本发明解决的技术问题、采用的技术方案、取得的技术效果易于理解，下面结合具体的附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明。
一种铁路轨道交通的异构网络通信系统，包括：数据层，虚拟切片层和控制层。
其中，所述数据层包括基础终端设备101和数据交换机102，该基础终端设备101与相应的数据交换机102相连；
其中，所述虚拟切片层包括与数据交换机相连的虚拟化平台201，虚拟化平台用于将数据层中的物理网络划分为多个相互隔离的虚拟逻辑网络系统202；
其中，所述控制层包括多个系统控制器301，分别与逻辑虚拟网络相连，参考图1。
本发明的一个具体实施例中，基础终端设备为轨道交通通信网络中的设备，具体包括路局或站段中的办公主机、售票终端、闸机等。本发明实施例中提供的轨道交通通信网络系统包含了轨道交通网中的原有的基础终端设备，同时加入了控制器以及在虚拟切片层进行虚拟网划分，可以通过虚拟化对不同业务进行简单的逻辑分离，在虚拟的通信网络中部署实验新业务，而不影响原有业务的运行。由控制层对数据包进行统一管理，基础终端设备只需要采集或转发数据即可，能大大简化基础终端设备的功能，并降低基础终端的功耗，参考图1。
本发明的一个具体实施例中，实施例提供的轨道交通通信网络系统基于SDN(Software Defined Network，软件定义网络)实现。SDN将轨道交通通信网络的控制平面与数据转发平面进行分离，从而通过控制层集中的控制器去控制底层硬件，实现对网络资源灵活的按需调配。在SDN网络中，网络设备(如基础终端设备)只负责单纯的数据转发，可以采用通用的硬件；而原来负责控制的操作系统将提炼为独立的网络操作系统，负责对不同业务特性进行适配，而且网络操作系统和业务特性以及硬件设备之间的通信都可以通过编程实现，参考图2-3。
本发明的一个实施例中，虚拟化平台为FlowVisor。具体的，FlowVisor是建立在OpenFlow之上的网络虚拟化平台，它可以将物理网络分成多个逻辑网络，从而实现开放软件定义网络(SDN)。它为管理员提供了广泛定义规则来管理网络，而不是通过调整路由器和交换机来管理网络。FlowVisor部署在标准OpenFlow控制器和OpenFlow交换机之间，成为二者的透明代理。FlowVisor能够与多个控制器连接使得每个控制器控制一个虚网，保证各虚网相互隔离。通过SDN中的网络虚拟化将网络的物理资源抽象为逻辑上的资源，将物理网络划分成多个逻辑上的虚拟网络，在不同的虚拟网络之间进行业务隔离，以保证各个业务用户的隐私和安全。虚拟切片根据控制器下发的指令，将所有流经汇聚路由器的数据划分到各类虚拟网。逻辑虚拟网络系统包括办公系统、客票系统、列控系统、旅服系统中的一种或多种；相应的系统控制器为办公系统控制器、客票系统控制器、列控系统控制器和旅服系统控制器，参考图2。
本发明的一个具体实施例中，该数据交换机为SDN交换机。SDN中的交换机负责所属区域的路局、站段各类数据采集和传输。控制层采用层级式设计，由主控制器控制多个系统控制器；同时采用了主控制器和备用控制器相结合的方式，有利于负载均衡和网络的可靠性，整个网络的控制逻辑完全集中在控制器上，需要在添加新设备或者部署新业务时在控制面对网络进行相应配置，参考图2。
数据交换机用于获取基础终端设备生成的数据包，并判断数据包的头部字段与本地流表是否匹配，在数据包的头部字段与本地流表不相匹配时，将数据包转发至FlowVisor中的OpenFlow交换机；此时，OpenFlow交换机用于：在数据包与FlowVisor的数据库相匹配时，将数据包转发至相应的系统控制器。系统控制器在接收到OpenFlow交换机转发的数据包后，生成指向数据包的流表项，并将流表项添加至流表中，以便后继匹配相同流规则的数据包直接按照流表进行转发，否则将该数据包丢弃，参考图3。
轨道交通通信网的基础终端设备(如售票终端)将用户产生的原始数据首先封装成IP包，IP包再加相应字段(VLAN ID等)后封装为数据包发送出去；当SDN交换机接收到数据包后，首先进行数据包的头部字段解析，然后根据虚网划分的流表规则，将该数据包与流表进行匹配；当存在多个(如N个)流表则逐一进行匹配，一旦匹配成功就将这个数据包通过安全通道传送给SDN控制器，由SDN控制器决定如何处理(丢弃或者转发)。如果无法匹配现有的流表规则，数据包转发到FlowVisor中的OpenFlow交换机接收模块，如果匹配FlowVisor中的数据库，控制器将做出的决定作为一条新的流表项添加到新的流表中，参与下一个数据包的流规则匹配，参考图3。
在本发明的一个具体实施例中，该轨道交通通信网络系统还包括应用层，应用层主要设有面向用户的输入输出设备，该输入输出设备与控制层中的控制器相连。应用层可以面向信息化控制中心维护人员，可以根据工作需求下发各类应用，具备极强的可拓展性和灵活性；而且，凭借控制器的反馈，可以获取整个路局通信网的任何内容，大大提升了工作效率和网络的反应能力。同时，控制层还包括主控制器和备用控制器，主控制器和备用控制器均与所有的系统控制器相连。采用了主控制器和备用控制器相结合的方式，有利于负载均衡和网络的可靠性，参考图4。
本发明的实施例中提供的轨道交通通信网络系统，基于软件定义网络的轨道交通通信网虚拟化架构，引入新型网络体系架构SDN中的控制与转发分离的思想，将SDN应用于轨道交通通信网，通过加入各级控制器，以及虚拟切片层的虚拟网络划分，将实现网络的可扩展性、可靠性以及业务隔离，同时也保证了业务的实时性。同时，对不同业务进行简单的逻辑分离，在虚拟的通信网络中部署实验新业务时也不影响原有业务的运行，并且网络虚拟化可以实现通信网络的业务隔离，即通过将物理资源抽象为逻辑上的资源，将物理网络划分为逻辑上的多个虚拟网络，在不同虚拟网络之间进行业务隔离，以保证各个业务用户的隐私和安全。该网络系统可以有效解决现在轨道交通通信网中存在的功能单一、新业务不方便拓展；设备维护众多、维护压力大以及业务系统之间相互融合等问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种铁路轨道交通的异构网络通信系统，其特征在于：包括数据层、虚拟切片层和控制层；所述数据层包括基础终端设备和数据交换机，基础终端设备与相应的数据交换机相连；所述虚拟切片层包括与数据交换机相连的虚拟化平台，虚拟化平台用于将数据层中的物理网络划分为多个相互隔离的逻辑虚拟网络系统；所述虚拟网络系统，基于软件定义网络的轨道交通通信网虚拟化架构，引入新型网络体系架构SDN中的控制与转发功能分离的思想，将SDN应用于轨道交通通信网，所述控制层包括多个系统控制器。
2.根据权利要求1所述的网络通信系统，其特征在于：所述基础终端设备设置有多个，所述基础终端设备可以为平板电脑，笔记本电脑，PC，监视器，多功能机等。
3.根据权利要求1所述的网络通信系统系统，其特征在于：所述数据交换机为OpenFlow交换机，所述数据交换机设置有多个。
4.根据权利要求1所述的网络通信系统，其特征在于：所述虚拟化平台为FlowVisor。
5.根据权利要求1所述的网络通信系统，其特征在于：所述系统控制器可以是办公系统控制器、客票系统控制器、列控系统控制器和旅服系统控制器。
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