CN110445657A - 一种基于区块链的分布式组网管理系统 - Google Patents

一种基于区块链的分布式组网管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于区块链的分布式组网管理系统，涉及分布式组网管理技术领域。本发明中，子网系统采用中心化组网方式，由管理节点统一进行认证，维护网络拓扑结果和业务终端状态，结构简单，安全性高；顶层网络系统采用去中心化组网方式，各管理节点数据互为备份，保证了整个系统的健壮性。本发明的组网方式，网络易于管理，方便子网系统之间的协作互通。可见，该方案同时考虑了中心化和去中心化组网方式的优点，解决了完全中心化组网方式和完全去中心化组网方式带来的问题，适应于大型集团和组织机构的网络建设。

Description

一种基于区块链的分布式组网管理系统
技术领域
本发明涉及分布式组网管理技术领域，具体涉及一种基于区块链的分布式组网管理系统。
背景技术
传统的组网管理系统，都是基于中心化的组网方式，所有数据都集中在中心服务器上，这种方式的优点缺点都很明显，优点是结构简单、效率高、易于管理，但在系统的健壮性、扩展性等方面存在明显的不足。随着比特币和区块链技术的出现并成为热点，很多系统组网方式过分强调去中心化，而不考虑应用的实际场景和成本的投入，在完全去中心化的网络环境下所有节点都参与分布式处理，实现完全去中心化的认证，使得系统过于复杂，不便于管理维护，对每个节点计算能力也有较高要求。而在一些集团和特定组织的实际应用中，网络主要是由一些内部分支机构或者一些特定组织的子网构成，并不需要每个业务终端都参与去中心化的认证处理。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种适应于大型集团和组织机构的网络建设的组网管理系统，解决现有技术中完全中心化组网方式和完全去中心化组网方式带来的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于区块链的分布式组网管理系统，该系统由两级网络系统构成；其中第一级是由多个业务终端和一个管理节点构成的子网系统，该子网系统采用中心化的管理方式，该管理节点用于维护子网系统的拓扑结构以及子网系统内业务终端的状态；第二级是由多个地位平等的子网系统组成的顶层网络系统，子网系统的管理节点代表子网系统成为顶层网络系统的节点，该顶层网络系统采用去中心化的管理方式，组成顶层网络系统的各节点拓扑结构同步更新，业务终端加入子网系统时，在对应子网系统的管理节点进行认证；子网系统加入顶层网络系统时，由顶层网络系统内的任意管理节点进行认证，且子网系统加入顶层网络系统采用去中心化的认证方式。
优选地，所述管理节点还用于实现对子网系统的如下管理：子网系统内业务终端的相互通信以及业务终端加入子网系统的统一认证，触发子网系统拓扑结构发生改变的条件包括业务终端的加入和退出。
优选地，所述顶层网络系统的各组成节点都能够用于实现对顶层网络系统的管理，包括：顶层网络系统拓扑结构的维护、顶层网络系统内子网系统状态的维护、子网系统的加入认证、整个分布式组网管理系统网络拓扑结构的同步更新、子网系统之间的相互通信，其中触发顶层网络系统拓扑结构改变的条件包括子网系统的加入和退出。
本发明又提供了一种所述的系统中业务终端加入子网系统的方法，包括以下步骤：
步骤11.新的业务终端组包向子网系统的管理节点发送加入申请，数据报文由两部分构成，报文头和报文体，所述报文头中包含业务终端ID和业务终端加入申请信令JOIN，所述报文体中包含业务终端自身信息如IP端口；
步骤12.子网系统的管理节点收到新业务终端的加入申请后，进行统一认证：接收数据报文，进行解析，首先从所述报文头中解析出申请信令JOIN，再根据协议从所述报文体中解析出业务终端自身信息，与管理节点上存储的信息比较，进行认证处理；
步骤13.子网系统的管理节点将认证结果返回给业务终端对申请进行响应：管理节点根据协议进行组包，报文头中信令字为加入申请的响应命令RES_JOIN，数据报文中包含业务终端ID和认证结果，以及管理节点上与业务终端相关的信息；
步骤14.认证成功时，管理节点记录业务终端信息，新的业务终端成为子网系统的成员，管理节点将该业务终端加入到子网系统成员列表中，更新子网网络拓扑结构及相关信息；
步骤15.管理节点将子网网络拓扑结构数据同步给整个分布式组网管理系统的其他管理节点，数据同步的方法见下面的分布式组网管理系统中数据同步的步骤。
本发明还提供了一种所述的系统中新的子网系统加入顶层网络系统的方法，包括以下步骤：
步骤21.由代表新的子网系统的管理节点向顶层网络系统的任一管理节点组包发送加入申请，数据报文的报文头中包含子网系统加入申请信令NET_JOIN，报文体中包含子网系统的信息如IP端口；
步骤22.顶层网络系统的管理节点接收到新子网系统的加入申请后，直接在本地进行认证：管理节点收到数据报文，首先对报文头进行解析，对于子网系统加入申请信令NET_JOIN，根据协议继续解析报文体中的子网系统的信息，与管理节点上预存的认证信息比较，对子网系统进行认证；
步骤23.认证结果返回给申请加入的子网系统，对加入申请进行响应，管理节点根据协议组包，报文头中信令字为的响应命令RES_NET_JOIN，报文体包含子网系统ID和认证结果；
步骤24.认证成功，管理节点记录新加入的子网系统的信息，新的子网系统成为顶层网络系统的成员，管理节点更新顶层网络拓扑结构信息；
步骤25.处理认证请求的管理节点使用下面的分布式组网管理系统中数据同步的步骤向顶层网络系统中的其它管理节点同步更新顶层网络系统拓扑结构信息。
优选地，所述分布式组网管理系统中数据同步的步骤为：
步骤31.分布式管理系统中管理节点的网络拓扑结构信息发生变更；
步骤32.管理节点根据协议规定对同步的数据进行组包得到数据报文P，数据报文P的报文头中除包含同步数据的信令字外，还包含该管理节点自身标识信息ID、数据报文序号seq，数据报文的报文体中含有要同步的数据；
步骤33.该管理节点作为发送节点将数据报文发送给分布式管理系统中的其他所有管理节点，对发出的信息在本地队列queue进行记录，同时记录发送对象、发送时间戳timestamp、发送次数count；
步骤34.接收节点收到数据报文P，进行处理，并根据协议对接收报文进行响应，响应信息中带有数据报文序号seq和接收节点标识；
步骤35.发送节点收到接收节点的响应，解析出接收节点标识和数据报文序号seq，从队列queue中查找出该项并删除，数据同步成功；
优选地，在步骤31至步骤35的数据同步过程中，发送节点定期检测队列queue中各项的发送时间戳timestamp，若数据项在一定时间内数据发送节点没有收到接收节点的回复，则向该接收节点重新发送数据，时间戳更新为当前时间，发送次数count加1；在重发数据超过一定次数，或检测到网络问题时，认为该接收节点存在故障，在分布式管理系统内进行通知，对该接收节点进行异常处理。
(三)有益效果
本发明中，子网系统采用中心化组网方式，由管理节点统一进行认证，维护网络拓扑结果和业务终端状态，结构简单，安全性高；顶层网络系统采用去中心化组网方式，各管理节点数据互为备份，保证了整个系统的健壮性。本发明的组网方式，网络易于管理，方便子网系统之间的协作互通。可见，该方案同时考虑了中心化和去中心化组网方式的优点，解决了完全中心化组网方式和完全去中心化组网方式带来的问题，适应于大型集团和组织机构的网络建设。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于区块链的分布式组网管理系统结构示意图；
图2为本发明的系统中业务终端加入子网系统的方法流程示意图；
图3为本发明的系统中子网系统加入顶层网络系统的方法流程示意图；
图4为本发明的系统中的数据同步方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种基于区块链的分布式组网管理系统由两级网络系统构成，第一级是由多个业务终端和一个管理节点构成的子网系统，采用中心化的管理方式，管理节点用于维护子网系统的拓扑结构以及子网系统内业务终端的状态；第二级是由多个地位平等的子网系统组成的顶层网络系统，子网系统的管理节点代表子网系统成为顶层网络系统的节点，顶层网络系统采用去中心化的管理方式，组成顶层网络系统的各节点拓扑结构同步更新，业务终端加入子网系统，在对应子网系统的管理节点进行认证；子网系统加入顶层网络系统，由顶层网络系统内的任何管理节点进行认证，子网系统加入顶层网络系统采用去中心化的认证方式。
上述子网系统中多个业务终端和一个管理节点，其对应关系为N:1，业务终端上运行相对独立的软件，管理节点还用于实现对子网系统的如下管理：子网系统内业务终端的相互通信以及业务终端加入子网系统的统一认证，触发子网系统拓扑结构发生改变的条件包括业务终端的加入和退出。
顶层网络系统的各组成节点都具备顶层网络的管理功能，包括：顶层网络系统拓扑结构的维护、顶层网络系统内子网系统状态的维护、子网系统的加入认证、整个分布式组网管理系统网络拓扑结构的同步更新、子网系统之间的相互通信。触发顶层网络系统拓扑结构改变的条件，包括子网系统的加入和退出。
顶层网络系统中的任何一个节点都可以进行管理，这就要求各节点上网络拓扑结构、认证信息以及其他重要信息必须保持一致，任何情况下，只要信息发生改变都要触发数据的同步更新机制。在分布式组网管理系统中触发同步更新主要是由于网络拓扑结构的改变，有两种情况会使网络的拓扑结构发生改变：一种情况是系统内子网系统的拓扑结构发生改变，比如有新的业务终端加入子网系统或者子网系统内的业务终端退出；另一种情况是顶层网络系统拓扑结构发生改变，如新的子网系统加入顶层网络系统或顶层网络系统内的子网系统退出。
业务终端上运行独立的软件，若业务终端向管理节点发送申请加入子网系统，由管理节点进行中心认证，通过认证的业务终端成为子网系统成员，子网系统的成员之间通过管理节点可相互通信，没有通过中心认证的业务终端无法与其他业务终端互通。新的业务终端的加入和子网系统内原有成员的退出都会使得子网系统网络拓扑结构发生改变，管理节点对相关信息进行更新，并向顶层网络系统同步更新拓扑结构及相关信息。
新的子网系统加入分布式网络系统，由代表该子网系统的管理节点与顶层网络系统内的任一子网系统中管理节点进行认证交互。通过认证，则新的子网系统成为顶层网络系统内的成员，在顶层网络系统内与其他子网系统互相通信；未通过认证，则子网系统无法与顶层网络系统内其他子网系统互通。新子网系统的加入以及顶层网络系统内子网系统的退出都会引起顶层网络系统拓扑结构的改变，触发对顶层网络系统中管理节点上拓扑结构等信息的同步更新。
各管理节点上网络拓扑结构、认证信息和关键数据必须保持同步更新。子网系统内业务终端的加入和退出、顶层网络系统内子网系统的加入和退出都会使得网络拓扑结构发生改变，触发数据的同步更新。对预设认证信息和其它重要信息的维护所引起的信息变化，也会触发顶层网络系统内管理节点数据的同步更新。
基于区块链的分布式组网管理系统中网络拓扑结构等信息发生改变，各管理节点上的信息进行同步更新，需要采用有效机制，确保数据同步成功。其同步机制为，管理节点所管理的网络拓扑结构发生改变或其他重要信息发生改变，会主动同步数据给顶层网络系统的其他管理节点，数据中带有序号，并在本地节点记录，接收节点收到数据后，回应发送节点，回应数据中带有该数据的序号，发送节点收到回应，则认为发送成功。且发送节点定时检查发出的数据，若在一定时间内没有收到接收节点的回应，则重发该数据。接收节点如果收到同一发送节点序号相同的数据，则认为是重发的数据，忽略不做处理。
由网络的管理部门预设认证信息，用于子网系统的中心认证和顶层网络系统去中心认证，确保其安全性。认证信息保存在分布式网络系统的管理节点上，各节点认证信息同步更新，确保顶层网络系统的去中心化认证，在任何一个管理节点均可进行认证。
如图2所示，本发明的系统中业务终端加入子网系统的步骤为：
步骤11.新的业务终端组包向子网系统的管理节点发送加入申请，数据报文由两部分构成，报文头和报文体，所述报文头中包含业务终端ID和业务终端加入申请信令JOIN，所述报文体中包含业务终端自身信息如IP端口；
步骤12.子网系统的管理节点收到新业务终端的加入申请后，进行统一认证：接收数据报文，进行解析，首先从所述报文头中解析出申请信令JOIN，再根据协议从所述报文体中解析出业务终端自身信息，与管理节点上存储的信息比较，进行认证处理；
步骤13.子网系统的管理节点将认证结果返回给业务终端对申请进行响应：管理节点根据协议进行组包，报文头中信令字为加入申请的响应命令RES_JOIN，数据报文中包含业务终端ID和认证结果，以及管理节点上与业务终端相关的信息；
步骤14.认证成功时，管理节点记录业务终端信息，新的业务终端成为子网系统的成员，管理节点将该业务终端加入到子网系统成员列表中，更新子网网络拓扑结构及相关信息；
步骤15.管理节点将子网网络拓扑结构等数据同步给整个分布式组网管理系统的其他管理节点，数据同步的方法见下面的分布式组网管理系统中数据同步的步骤。
其中，如图3所示，本发明的系统中新的子网系统加入顶层网络系统的步骤为：
步骤21.由代表新的子网系统的管理节点向顶层网络系统的任一管理节点组包发送加入申请，数据报文的报文头中包含子网系统加入申请信令NET_JOIN，报文体中包含子网系统的信息如IP端口；
步骤22.顶层网络系统的管理节点接收到新子网系统的加入申请后，直接在本地进行认证：管理节点收到数据报文，首先对报文头进行解析，对于子网系统加入申请信令NET_JOIN，根据协议继续解析报文体中的子网系统的信息，与管理节点上预存的认证信息比较，对子网系统进行认证；
步骤23.认证结果返回给申请加入的子网系统，对加入申请进行响应，管理节点根据协议组包，报文头中信令字为的响应命令RES_NET_JOIN，报文体包含子网系统ID和认证结果；
步骤24.认证成功，管理节点记录新加入的子网系统的信息，新的子网系统成为顶层网络系统的成员，管理节点更新顶层网络拓扑结构等信息；
步骤25.处理认证请求的管理节点使用下面的分布式组网管理系统中数据同步的步骤向顶层网络系统中的其它管理节点同步更新顶层网络系统拓扑结构等信息。
其中，如图4所示，所述分布式组网管理系统中数据同步的步骤为：
步骤31.分布式管理系统中管理节点的网络拓扑结构等信息发生变更；
步骤32.管理节点根据协议规定对同步的数据进行组包得到数据报文P，数据报文P的报文头中除包含同步数据的信令字外，还包含该管理节点自身标识信息ID、数据报文序号seq，数据报文的报文体中含有要同步的数据；
步骤33.该管理节点作为发送节点将数据报文发送给分布式管理系统中的其他所有管理节点，对发出的信息在本地队列queue进行记录，同时记录发送对象、发送时间戳timestamp、发送次数count；
步骤34.接收节点收到数据报文P，进行处理，并根据协议对接收报文进行响应，响应信息中带有数据报文序号seq和接收节点标识；
步骤35.发送节点收到接收节点的响应，解析出接收节点标识和数据报文序号seq，从队列queue中查找出该项并删除，数据同步成功；
在步骤31至步骤35的数据同步过程中，发送节点定期检测队列queue中各项的发送时间戳timestamp，若数据项在一定时间内数据发送节点没有收到接收节点的回复，则向该接收节点重新发送数据，时间戳更新为当前时间，发送次数count加1；在重发数据超过一定次数，或检测到网络问题时，认为该接收节点存在故障，在分布式管理系统内进行通知，对该接收节点进行异常处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于区块链的分布式组网管理系统，其特征在于，该系统由两级网络系统构成；其中第一级是由多个业务终端和一个管理节点构成的子网系统，该子网系统采用中心化的管理方式，该管理节点用于维护子网系统的拓扑结构以及子网系统内业务终端的状态；第二级是由多个地位平等的子网系统组成的顶层网络系统，子网系统的管理节点代表子网系统成为顶层网络系统的节点，该顶层网络系统采用去中心化的管理方式，组成顶层网络系统的各节点拓扑结构同步更新，业务终端加入子网系统时，在对应子网系统的管理节点进行认证；子网系统加入顶层网络系统时，由顶层网络系统内的任意管理节点进行认证，且子网系统加入顶层网络系统采用去中心化的认证方式。
2.如权利要求1所述的基于区块链的分布式组网管理系统，其特征在于，所述管理节点还用于实现对子网系统的如下管理：子网系统内业务终端的相互通信以及业务终端加入子网系统的统一认证，触发子网系统拓扑结构发生改变的条件包括业务终端的加入和退出。
3.如权利要求2所述的基于区块链的分布式组网管理系统，其特征在于，所述顶层网络系统的各组成节点都能够用于实现对顶层网络系统的管理，包括：顶层网络系统拓扑结构的维护、顶层网络系统内子网系统状态的维护、子网系统的加入认证、整个分布式组网管理系统网络拓扑结构的同步更新、子网系统之间的相互通信，其中触发顶层网络系统拓扑结构改变的条件包括子网系统的加入和退出。
4.一种如权利要求1或2或3所述的系统中业务终端加入子网系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤11.新的业务终端组包向子网系统的管理节点发送加入申请，数据报文由两部分构成，报文头和报文体，所述报文头中包含业务终端ID和业务终端加入申请信令JOIN，所述报文体中包含业务终端自身信息如IP端口；
步骤12.子网系统的管理节点收到新业务终端的加入申请后，进行统一认证：接收数据报文，进行解析，首先从所述报文头中解析出申请信令JOIN，再根据协议从所述报文体中解析出业务终端自身信息，与管理节点上存储的信息比较，进行认证处理；
步骤13.子网系统的管理节点将认证结果返回给业务终端对申请进行响应：管理节点根据协议进行组包，报文头中信令字为加入申请的响应命令RES_JOIN，数据报文中包含业务终端ID和认证结果，以及管理节点上与业务终端相关的信息；
步骤14.认证成功时，管理节点记录业务终端信息，新的业务终端成为子网系统的成员，管理节点将该业务终端加入到子网系统成员列表中，更新子网网络拓扑结构及相关信息；
步骤15.管理节点将子网网络拓扑结构数据同步给整个分布式组网管理系统的其他管理节点，数据同步的方法见下面的分布式组网管理系统中数据同步的步骤。
5.一种如权利要求1或2或3所述的系统中新的子网系统加入顶层网络系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤21.由代表新的子网系统的管理节点向顶层网络系统的任一管理节点组包发送加入申请，数据报文的报文头中包含子网系统加入申请信令NET_JOIN，报文体中包含子网系统的信息如IP端口；
步骤22.顶层网络系统的管理节点接收到新子网系统的加入申请后，直接在本地进行认证：管理节点收到数据报文，首先对报文头进行解析，对于子网系统加入申请信令NET_JOIN，根据协议继续解析报文体中的子网系统的信息，与管理节点上预存的认证信息比较，对子网系统进行认证；
步骤23.认证结果返回给申请加入的子网系统，对加入申请进行响应，管理节点根据协议组包，报文头中信令字为的响应命令RES_NET_JOIN，报文体包含子网系统ID和认证结果；
步骤24.认证成功，管理节点记录新加入的子网系统的信息，新的子网系统成为顶层网络系统的成员，管理节点更新顶层网络拓扑结构信息；
步骤25.处理认证请求的管理节点使用下面的分布式组网管理系统中数据同步的步骤向顶层网络系统中的其它管理节点同步更新顶层网络系统拓扑结构信息。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述分布式组网管理系统中数据同步的步骤为：
步骤31.分布式管理系统中管理节点的网络拓扑结构信息发生变更；
步骤32.管理节点根据协议规定对同步的数据进行组包得到数据报文P，数据报文P的报文头中除包含同步数据的信令字外，还包含该管理节点自身标识信息ID、数据报文序号seq，数据报文的报文体中含有要同步的数据；
步骤33.该管理节点作为发送节点将数据报文发送给分布式管理系统中的其他所有管理节点，对发出的信息在本地队列queue进行记录，同时记录发送对象、发送时间戳timestamp、发送次数count；
步骤34.接收节点收到数据报文P，进行处理，并根据协议对接收报文进行响应，响应信息中带有数据报文序号seq和接收节点标识；
步骤35.发送节点收到接收节点的响应，解析出接收节点标识和数据报文序号seq，从队列queue中查找出该项并删除，数据同步成功。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤31至步骤35的数据同步过程中，发送节点定期检测队列queue中各项的发送时间戳timestamp，若数据项在一定时间内数据发送节点没有收到接收节点的回复，则向该接收节点重新发送数据，时间戳更新为当前时间，发送次数count加1；在重发数据超过一定次数，或检测到网络问题时，认为该接收节点存在故障，在分布式管理系统内进行通知，对该接收节点进行异常处理。
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