CN112887140A - 一种多云协同断网容灾方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多云协同断网容灾方法，在网络正常阶段，生产车间的各节点进行数据缓存，并基于SIA‑NSDRTC方法建立非依赖于后台服务的端到端通信，在网络异常阶段，生产车间各节点通过SIA‑NSDRTC方法可直接进行业务数据交换，保证生产持续进行，在网络恢复阶段，生产车间各节点通过SIA‑VCFB‑RSync算法向云端进行数据同步，保证数据的一致性；本发明采用的SIA‑NSDRTC方法可自动对各节点进行组网通讯，网络时延低，丢包率低，具有较强的稳定性；SIA‑VCFB‑RSync数据同步算法能同时处理多种类型的数据，同步效率高，能满足制造企业在多云模式下断网容灾的需求。

Description

一种多云协同断网容灾方法

技术领域

本发明涉及计算机系统信息技术领域，具体地说是一种多云协同断网容灾方法。

背景技术

新一代信息技术的快速发展为制造业的技术集成创新提供了很好的技术支撑，围绕推动制造业高质量发展，强化工业基础和技术创新能力，促进先进制造业和现代服务业融合发展，加快建设制造强国，打造工业互联网平台，拓展“智能+”，为制造业转型升级赋能成为新一轮产业革命的主要发展方向。在此背景之下，企业智能化决策需要新的应用创新载体，伴随制造业变革与数字经济浪潮交汇融合，云计算、物联网、大数据等信息技术与制造技术、工业知识的集成创新不断加剧，工业互联网平台应运而生。企业的业务上云已成为一种趋势。

在传统制造模式下，企业的业务系统运行于本地，业务系统不会受到外围网络故障的影响，然而，企业的业务系统上云以后，如果继续采用以往的客户端请求、服务端应答这种“以资源为中心”的模式，一旦企业端与云端的网络出现故障时就会对企业的业务系统造成影响，本发明重点解决多云模式下当生产车间的局域网正常而多云之间的网络断开时如何保证正常持续生产的问题，填补这一领域的技术空白。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多云协同断网容灾方法，考虑到传统的生产管控系统“以资源为中心”的实时请求-应答模式并不适用于多云环境下，在多云环境下的生产过程管控系统中，各制造节点之间需要大量频繁的数据交互，本发明方法提供断网情况下基于SIA-NSDRTC方法建立非依赖于后台服务的端到端通信，生产车间各制造节点通过SIA-NSDRTC方法可直接进行业务数据交换，保证生产持续进行，当网络恢复正常时，通过SIA-VCFB-RSync算法向云端进行数据同步，保证数据的一致性，提高企业上云以后业务系统的健壮性。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种多云协同断网容灾方法，包括以下步骤：

网络正常时，制造节点在多云环境下进行数据缓存，并采用基于SIA-NSDRTC方法建立非依赖于后台服务的端到端通信；

网络异常时，制造节点基于SIA-NSDRTC方法进行业务数据交换；

网络恢复时，制造节点向云端进行数据同步。

所述制造节点为多云环境下边缘侧用于制造企业车间承载生产管控系统的客户端。

所述多云包括企业管控业务上云以后形成的云端、各制造企业生产车间子云。

所述网络为制造企业车间与云端的公网。

所述SIA-NSDRTC方法，通过计算丢包率和延迟变化率来控制制造节点发送数据的发送码率，从而避免网络阻塞，包括以下步骤：

网络中的制造节点任何时候都是双向通讯，用于计算丢包率的数据包固定设置在报文的固定位置，通过下式判断是否重传数据包：

f(t_dx)表示判断函数，t_dx-2是上一个未乱序的数据包到当前数据包时间戳的时间间隔，t_dx-1是上一个未乱序的数据包到当前时间的时间间隔，TD(γt)是γt的线性函数，γt是全局可设置的常量，

数据包延迟时间为：

d(n)＝t(n)-t(n-1)-(T(n)-T(n-1))

其中，T(n)是第n个数据包组中第一个数据包的发送时间，t(n)是第n个数据包组中最后一个数据包的到达时间；

则数据包延迟变化率为：

其中，Δn表示第n个数据数据包之后到达的数据包；

综合考虑丢包率和延迟变化率的发送码率为：

当丢包率L(t_dx)大于0.08时，说明网络发生堵塞，需要降低发送码率；

当丢包率小于0.01时，说明网络状况良好，可以增加发送码率；

其他情况下发送码率保持不变,T_m(t_dx-1)表示前一个数据包的发送码率。

所述网络恢复时，制造节点通过SIA-VCFB-RSync算法向云端进行数据同步，具体为网络恢复后将所有制造节点的数据同步到云端，每个制造节点的数据包括四类，即断网前的原始数据(X1)、断网后修改过的数据(X2)、断网后删除的数据(X3)、断网后新增的数据(X4)，采用SIA-VCFB-RSync算法对所有的制造节点数据进行同步，包括以下步骤：

(1)所有制造节点随机选举出同步代理节点Proxy；

(2)每个制造节点将该制造节点下的数据按数据类别分割成连续的不重叠非固定大小的数据块B_iw(f)，类别i∈(1，2，3，4)，w表示类别i的数据块中第w个数据包；

(3)计算每个数据块的校验值；

(4)所有制造节点向同步代理节点发送校验值，同步代理节点接收到数据后进行验证并重构完整的数据；

(5)同步代理节点向云端同步数据，然后向其他制造节点发送同步成功通知。

所述所有制造节点向同步代理节点发送校验值，同步代理节点接收到数据后进行验证并重构完整的数据，包括以下步骤：

1)X_proxy,i＝{b_i1,b_i2,…,b_in}为同步代理节点包含的n个数据串，那么构造一个(n-1)阶的多项式

如下：

其中，

表示第b_in个数据包的校验值；

2)其他制造节点为一个含有k个数据串的数据，那么构造一个h阶的多项式

如下：

其中，a_ik表示第i类、第k个数据包，node表示制造节点序号；

表示第a_ik个数据包的校验值；

3)则当其他节点的Y_i(f)确定以后，X_proxy,i(f)的校验值验证为：

B_proxy,i(X_proxy,o)＝X_proxy,i(f)modY_node,i(f)

其中，mod表示求模进行校验值验证；

4)同步代理节点对于长度为m连续字符串{X_proxy,i1,X_proxy,i2,…,X_proxy,in+1,X_proxy,in+2,…}中长度为l的字符串{X_proxy,i1,X_proxy,i2,…,X_proxy,in-l+1}，其校验值验证R_proxy,il(X)由以下方法得到：

其中，α为常数，j取值为从l-1到m；l为常量；

5)校验向前移动一个字节，以X_proxy,in+1为起点、宽为w的字符串{X_proxy,in,X_proxy,in+1,…,X_proxy,in+w}的R_proxy,in+1(X)为：

由此完成对所有的制造节点数据进行校验。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明采用的SIA-NSDRTC方法可自动对各节点进行组网通讯，网络时延低，丢包率低，具有较强的稳定性；

2.本发明采用的SIA-VCFB-RSync数据同步算法能同时处理多种类型的数据，同步效率高，能满足制造企业在多云模式下断网容灾的需求。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明中数据块B_iw(f)的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

图1为本发明的方法流程图。

本发明涉及一种多云协同断网容灾方法，随着云计算技术的不断发展与普及，制造企业上云已经成为趋势，企业上云以后当生产车间的局域网正常而多云之间的网络断开时如何保证正常持续生产成为业界关注的技术问题；在网络正常阶段，生产车间的各节点进行数据缓存，并基于SIA-NSDRTC方法建立非依赖于后台服务的端到端通信，在网络异常阶段，生产车间各节点通过SIA-NSDRTC方法可直接进行业务数据交换，保证生产持续进行，在网络恢复阶段，生产车间各节点通过SIA-VCFB-RSync算法向云端进行数据同步，保证数据的一致性；本发明采用的SIA-NSDRTC方法可自动对各节点进行组网通讯，网络时延低，丢包率低，具有较强的稳定性；SIA-VCFB-RSync数据同步算法能同时处理多种类型的数据，同步效率高，能满足制造企业在多云模式下断网容灾的需求。

本发明方法采用分布式自组织体系结构，多云模式下生产车间的生产管控系统客户端可自由选择加入或退出断网容灾系统，每个生产管控系统客户端对象作为独立的节点，通过SIA-NSDRTC方法与其他所有节点建立通信连接，该节点有新的业务数据时向其他所有节点发送消息，同时每个节点侦听所有其他节点发送的消息，对消息进行过滤并对本节点的业务数据进行更新，在此模式下不存在中心节点，但每个节点的数据能够保持最新状态。

每个节点按周期尝试向云端发送心跳数据，一旦探测到网络恢复正常，则启动数据同步任务，向云端同步数据之前，所有节点进行数据一致性校验，并选举出同步代理节点，由代理节点统一向云端同步数据，同步操作正常完成时，代理节点向其他节点发送成功通知，如果超时未接收到成功通知，则重启选举操作，直至数据同步成功，在极端情况下，如果所有节点未同步数据即退出，数据则在节点本地持久性存储，节点重启后可对数据进行同步操作。

一种多云协同断网容灾方法，包括以下步骤：

步骤1：网络正常时，制造节点在多云环境下进行数据缓存，并采用基于SIA-NSDRTC方法建立非依赖于后台服务的端到端通信；

步骤2：网络异常时，制造节点基于SIA-NSDRTC方法进行业务数据交换；

步骤3：网络恢复时，制造节点通过SIA-VCFB-RSync算法向云端进行数据同步。

制造节点为多云环境下边缘端的制造企业车间承载生产管控系统的智能终端、装备等客户端。

多云包括企业管控业务上云以后形成的云端、各制造企业生产车间子云。

所述网络为制造企业车间与云端的公网。

所述SIA-NSDRTC方法包括：

为保证工业场景实时性高的要求，通过计算丢包率和延迟变化率来控制节点发送数据的发送码率，从而避免网络阻塞；

网络中的节点任何时候都是双向通讯，用于计算丢包率的数据包固定设置在报文的固定位置，是否重传包的计算公式：

t_dx-2是上一个未乱序的包到当前包时间戳的时间间隔，t_dx-1是上一个未乱序的包到当前时间的时间间隔，TD(γt)是γt的线性函数，γt是全局可设置的常量，

数据包延迟时间计算公式为：

d(n)＝t(n)-t(n-1)-(T(n)-T(n-1))

其中，T(n)是第n个数据包组中第一个数据包的发送时间，t(n)是第n个数据包组中最后一个数据包的到达时间；

则数据包延迟变化率计算为：

综合考虑丢包率和延迟变化率的发送码率计算公式为：

当丢包率L(t_dx)大于0.08时，说明网络发生堵塞，需要降低发送码率；当丢包率小于0.01时，说明网络状况良好，可以增加发送码率；以上发送码率的变化考虑了数据包延迟变化率v；其他情况下发送码率保持不变。

所述SIA-VCFB-RSync算法包括：

网络恢复后需要将所有节点的数据同步到云端，每个节点的数据分为四类，即断网前的原始数据(X1)、断网后修改过的数据(X2)、断网后删除的数据(X3)、断网后新增的数据(X4)，采用SIA-VCFB-RSync算法对所有的节点数据进行高效、全面的同步；

(1)所有节点随机选举出同步代理节点Proxy；

(2)每个节点将该节点下的数据按数据类别分割成连续的不重叠非固定大小的数据块B_iw(f)：其中i∈(1，2，3，4)；如图2所示。

(3)计算每个数据块的弱校验值和强校验值；

(4)所有节点向代理节点发送校验值，代理节点接收到数据后进行验证并重构完整的数据：

1)假定X_proxy,i＝{b_i1,b_i2,…,b_in}为代理节点包含的n个数据串，那么构造一个(n-1)阶的多项式

如下：

其中，

表示第b_in个数据包的校验值；

2)假定其他节点为一个含有k个数据串的数据，那么构造一个h阶的多项式

如下：

其中，a_ik表示第i类、第k个数据包，node表示制造节点序号；f_aik表示第a_ik个数据包的校验值；

3)则当其他节点的Y_i(f)确定以后，X_proxy,i(f)的校验值验证定义为：

B_proxy,i(X_proxy,i)＝X_proxy,i(f)modY_node,i(f)

4)对于长度为m连续字符串{X_proxy,i1,X_proxy,i2,…,X_proxy,in+1,X_proxy,in+2,…}中长度为l的字符串{X_proxy,i1,X_proxy,i2,…,X_proxy,in-l+1}，其校验值验证R_proxy,il(X)可以由以下方法得到：

其中α为常数，j取值为从l-1到m；

5)当校验向前移动一个字节，以X_proxy,in+1为起点、宽为w的字符串{X_proxy,in,X_proxy,in+1,…,X_proxy,in+w}的R_proxy,in+1(X)为：

由此可以快速对所有的节点数据进行校验；

(5)向云端同步数据，然后向其他节点发送同步成功通知。

Claims (7)

1.一种多云协同断网容灾方法，其特征在于，包括以下步骤：

网络正常时，制造节点在多云环境下进行数据缓存，并采用基于SIA-NSDRTC方法建立非依赖于后台服务的端到端通信；

网络异常时，制造节点基于SIA-NSDRTC方法进行业务数据交换；

网络恢复时，制造节点向云端进行数据同步。

2.根据权利要求1所述的一种多云协同断网容灾方法，其特征在于：所述制造节点为多云环境下边缘侧用于制造企业车间承载生产管控系统的客户端。

3.根据权利要求1或2所述的一种多云协同断网容灾方法，其特征在于：所述多云包括企业管控业务上云以后形成的云端、各制造企业生产车间子云。

4.根据权利要求1所述的一种多云协同断网容灾方法，其特征在于：所述网络为制造企业车间与云端的公网。

5.根据权利要求1所述的一种多云协同断网容灾方法，其特征在于：所述SIA-NSDRTC方法，通过计算丢包率和延迟变化率来控制制造节点发送数据的发送码率，从而避免网络阻塞，包括以下步骤：

网络中的制造节点任何时候都是双向通讯，用于计算丢包率的数据包固定设置在报文的固定位置，通过下式判断是否重传数据包：

f(t_dx)表示判断函数，t_dx-2是上一个未乱序的数据包到当前数据包时间戳的时间间隔，t_{dx_1}是上一个未乱序的数据包到当前时间的时间间隔，TD(γt)是γt的线性函数，γt是全局可设置的常量，

数据包延迟时间为：

d(n)＝t(n)-t(n-1)-(T(n)-T(n-1))

其中，T(n)是第n个数据包组中第一个数据包的发送时间，t(n)是第n个数据包组中最后一个数据包的到达时间；

则数据包延迟变化率为：

其中，Δn表示第n个数据数据包之后到达的数据包；

综合考虑丢包率和延迟变化率的发送码率为：

当丢包率L(t_dx)大于0.08时，说明网络发生堵塞，需要降低发送码率；

当丢包率小于0.01时，说明网络状况良好，可以增加发送码率；

其他情况下发送码率保持不变,T_m(t_dx-1)表示前一个数据包的发送码率。

6.根据权利要求1所述的一种多云协同断网容灾方法，其特征在于：所述网络恢复时，制造节点通过SIA-VCFB-RSync算法向云端进行数据同步，具体为网络恢复后将所有制造节点的数据同步到云端，每个制造节点的数据包括四类，即断网前的原始数据(X1)、断网后修改过的数据(X2)、断网后删除的数据(X3)、断网后新增的数据(X4)，采用SIA-VCFB-RSync算法对所有的制造节点数据进行同步，包括以下步骤：

(1)所有制造节点随机选举出同步代理节点Proxy；

(2)每个制造节点将该制造节点下的数据按数据类别分割成连续的不重叠非固定大小的数据块B_iw(f)，类别i∈(1，2，3，4)，w表示类别i的数据块中第w个数据包；

(3)计算每个数据块的校验值；

(4)所有制造节点向同步代理节点发送校验值，同步代理节点接收到数据后进行验证并重构完整的数据；

(5)同步代理节点向云端同步数据，然后向其他制造节点发送同步成功通知。

7.根据权利要求6所述的一种多云协同断网容灾方法，其特征在于，所述所有制造节点向同步代理节点发送校验值，同步代理节点接收到数据后进行验证并重构完整的数据，包括以下步骤：

1)X_proxy,i＝{b_i1,b_i2,…,b_in}为同步代理节点包含的n个数据串，那么构造一个(n-1)阶的多项式

如下：

其中，

表示第b_in个数据包的校验值；

2)其他制造节点为一个含有k个数据串的数据，那么构造一个h阶的多项式

如下：

其中，a_ik表示第i类、第k个数据包，node表示制造节点序号；

表示第a_ik个数据包的校验值；

3)则当其他节点的Y_i(f)确定以后，X_proxy,i(f)的校验值验证为：

B_proxy，i(X_proxy,i)＝X_proxy,i(f)modY_node,i(f)

其中，mod表示求模进行校验值验证；

4)同步代理节点对于长度为m连续字符串{X_proxy,i1,X_proxy,i2,…,X_proxy,in+1,X_proxy,in+2,…}中长度为l的字符串{X_proxy,i1,X_proxy,i2,…,X_proxy,in-l+1}，其校验值验证R_proxy,il(X)由以下方法得到：

其中，α为常数，j取值为从l-1到m；l为常量；

5)校验向前移动一个字节，以X_proxy,in+1为起点、宽为w的字符串{X_proxy,in,X_proxy,in+1,…,X_proxy,in+w}的R_proxy,in+1(X)为：

由此完成对所有的制造节点数据进行校验。

Images