CN115086445B - 一种POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法,属于工业网络技术领域。该方法包括:通过服务号与消息种类映射模块,将POWERLINK数据帧的服务号、信息类型以及同步异步传输特性映射为IPv6转发优先级和帧类别;利用数据对象转换模块将POWERLINK网络中的过程数据对象和服务数据对象转换为IPv6报文头部的流标签;结合POWERLINK数据帧的NodeID和MAC地址,经过地址信息处理模块生成IPv6地址,填充到IPv6报文的IP地址字段;最后将POWERLINK报文转换为IPv6报文,完成协议转换。本发明能实现POWERLINK网络与IPv6网络数据互通。
Description
技术领域
本发明属于工业网络技术领域,涉及一种POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法。
背景技术
在工业网络中,POWERLINK协议是一种采用SCNM机制(轮询时间槽机制)来解决工业控制中数据传输实时性问题的工业以太网技术,支持POWERLINK通信模式和基本以太网通信模式。在POWERLINK模式下,网络使用SCNM机制实现确定时间下的网络通信;在基本以太网模式下,按以太网通信规范进行通信。POWERLINK网络规定了物理层、数据链路层和应用层。其中,物理层基于Ethernet技术,具备高速传输、接口开放等优点;数据链路层采用SCNM机制,保障了工业数据传输的实时性;应用层基于CANopen标准,规定了统一的设备与应用程序之间的访问接口。由于其具备开放性、实时性、接口统一等技术特点,POWERLINK协议被广泛应用于工业领域中。
作为新一代互联网技术,IPv6为工业网络的发展带来了新的驱动力。与IPv4协议相比,IPv6协议具有地址空间大、安全性高和扩展性强等优点,被广泛应用于工业骨干网中。在异构网络背景下,如何实现工业现场网络(例如POWERLINK)与骨干网IPv6之间的协议转换,从而使得两种网络互联互通,成为工业互联网发展所面临的重要挑战。
综上所述,发明一种用于POWERLINK网络与IPv6网络的协议转换的方法,具有重要的现实意义。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种POWERLINK网络与IPv6网络的协议转换方法,通过服务号与消息种类映射模块、数据对象转换模块和地址信息处理模块3个模块,将POWERLINK报文转换为IPv6报文,实现POWERLINK网络与IPv6网络的互连互通。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种POWERLINK网络与IPv6网络的协议转换方法,具体包括以下步骤:
S1:通过服务号与消息种类映射模块,将POWERLINK数据帧的服务号、信息类型以及同步异步传输等特性映射为IPv6转发优先级和帧类别等;
S2:利用数据对象转换模块将POWERLINK网络中的过程数据对象和服务数据对象转换为IPv6报文头部的流标签;
S3:结合POWERLINK数据帧的NodeID(节点ID,用于POWERLINK网络寻址)和MAC地址等信息,经过地址信息处理模块生成IPv6地址,填充到IPv6报文的IP地址字段。其中,NodeID为POWERLINK网络的节点ID,用于设备寻址;
S4:将POWERLINK报文转换为IPv6报文,完成协议转换。
进一步,步骤S1中,所述服务号与消息种类映射模块的执行步骤包括:
S101:用IPv6报文的流量等级字段的第7位区分等时同步传输和异步传输,第5-6位表示转发优先级,第2-4位表示POWERLINK数据帧类别;
S102:接收到POWERLINK数据帧后,通过POWERLINK通信的同步标志帧和异步标志帧,判断接收数据帧的传输特性,若是等时同步传输,将IPv6报文的流量等级字段的第7位设置为1,执行S103;若是异步传输,将IPv6报文的流量等级字段的第7位设置为0,执行S104;
S103:将IPv6报文流量等级字段的第5-6位设置为3;执行S105;
S104:若数据帧传输异步时隙管理信息,将IPv6报文流量等级字段的第5-6位设置为3;若数据帧异步传输网络控制类信息,将IPv6报文流量等级字段的第5-6位设置为2;若数据帧传输非实时异步数据,将IPv6报文流量等级字段的第5-6位设置为1;执行S105;
S105:解析POWERLINK数据帧MessageType字段,若MessageType字段为ASnd帧,执行S106;若MessageType为Soc帧,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为0;若MessageType字段为PReq帧,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为1;若MessageType字段为PRes帧,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为2;若MessageType字段为Soa帧,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为3;执行S2;其中,MessageType为POWERLINK报文标识,包括Soa帧、Soc帧、PReq帧、PRes帧和ASnd帧;
S106:解析ASnd帧的ServiceID字段(异步时隙专用服务ID),若ServiceID为NmtRequestService服务将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为0;若ServiceID为NmtCommandservice服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为1;若ServiceID为IdentResponse服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为2;若ServiceID为StatusResponse服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为3;若ServiceID为SyncResponse服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为4;若ServiceID为AsySdoseq服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为5;若ServiceID为0,即普通的异步数据帧(ASnd),仅传输异步数据,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为6;其中,ServiceID为异步时隙专用服务ID,包括NmtRequestService、NmtCommandservice、IdentResponse、StatusResponse、SyncResponse和AsySdoseq。
进一步,步骤S2中,所述数据对象转换模块的执行步骤包括:
S201:解析POWERLINK数据帧MessageType字段,若MessageType字段为ASnd,执行S202,否则执行S203;
S202:将MessageType填充到IPv6报文流标签字段的第8-15位,将ServiceID填充到IPv6报文流标签字段的第0-7位,完成服务数据对象流标识;
S203:将0x0d00(Soa+Soc+PReq+PRes)填充到IPv6报文流标签字段的第0-15位,完成过程数据对象流标识。
进一步,步骤S3中,所述地址信息处理模块的执行步骤包括:
S301:如果是第一次启动地址信息处理模块,执行S302;否则执行S303;
S302:向IPv6网络中的路由器发送RS报文,接收路由器回复的IPv6网络配置参数,将IPv6网络前缀保存在变量Network_Prefix中,执行S303;
S303:获取POWERLINK数据帧中的MAC地址和节点ID,在MAC地址中间插入常数0xFF和节点ID后将第7位取反,生成64位的IPv6地址接口标识符;
S304:将Network_Prefix和地址接口标识符填入IPv6的IP地址字段。
进一步,步骤S4中,将POWERLINK报文转换为IPv6报文,具体包括以下步骤:
S401:收到POWERLINK报文后,构建一个空白的IPv6报文;
S402:将POWERLINK报文的MAC地址填充到IPv6报文中的MAC地址中;
S403:将S1、S2、S3中映射、转换的信息如流量等级、流标签和IP地址填充到IPv6头部;
S404:为UDP头部指定端口号;
S405:将POWERLINK数据帧负载复制到UDP负载中;
S406:至此,POWERLINK报文与IPv6报文转换完成。
本发明的有益效果在于:本发明经过服务号与消息种类映射模块、数据对象转换模块和地址信息处理模块,在不改变POWERLINK网络结构和协议特性的情况下,完成了POWERLINK协议与IPv6协议的直接转换,实现了POWERLINK网络与IPv6网络数据互通。
本发明的其他优点、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,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明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
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为本发明POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法的整体流程图;
图2为本发明POWERLINK与IPv6网络的协议转换系统的框架图;
图3为本发明中服务号与消息种类的映射图;
图4为本发明中数据对象转换图;
图5为本发明中地址信息处理过程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本发明的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1~图5,图1所示为POWERLINK网络与IPv6网络的协议转换方法的整体流程图,该方法具体包括以下步骤:
S1:判断接收的POWERLINK数据帧是否是等时同步传输,若是,在流标签字段设置等时同步标志,执行S2;若不是,在流标签字段设置异步标志,执行S3;
S2:设置等时同步传输数据帧的转发优先级,执行S4。
S3:分析异步传输信息的类别,包括异步时隙管理信息、网络控制类信息和异步数据,设置相应的转发优先级。
S4:若数据帧为ASnd帧,根据ServiceID设置帧类别;否则根据MessageType设置帧类别。
S5:设置服务数据对象和过程数据对象流标识。
S6:若第一次执行地址信息处理模块,则向IPv6网络路由器发送RS报文,接收路由器回复的IPv6网络配置信息,将IPv6网络前缀到Network_Prefix中,否则执行S7。
S7:结合POWERLINK数据帧的MAC地址和NodeID合成IPv6接口标识符。
S8:将Network_Prefix和接口标识符填充到IPv6报文的IP地址中。
S9:帧格式转换,完成协议转换工作。
图2所示为POWERLINK网络与IPv6网络的协议转换系统的框架图,该系统包括服务号与消息种类映射模块、数据对象转换模块和地址信息处理模块。以太网POWERLINK网段的POWERLINK报文经过协议转换的3个模块处理后,被转换为IPv6网段中的IPv6报文,实现POWERLINK网络与IPv6网络的数据互通。
服务号与消息种类映射模块,将POWERLINK数据帧的服务号、信息类型以及同步异步传输等特性映射为IPv6转发优先级、帧类别等(保证POWERLINK数据帧的实时性),填充到IPv6报文的流量等级字段。
数据对象转换模块,将POWERLINK网络中的过程数据对象和服务数据对象转换为IPv6头部的流标签。
地址信息处理模块,根据POWERLINK数据帧的NodeID和MAC地址等信息,合成IPv6地址。其中,NodeID为POWERLINK网络的节点ID,用于设备寻址。
图3所示为协议转换的服务号与消息种类的映射图。用IPv6报文的流量等级字段的第7位区分等时同步传输和异步传输,1为等时同步传输,0为异步传输;流量等级字段的第5-6位表示转发优先级,转发优先级值为0-3,0为最低转发优先级,3位最高转发优先级;第2-4位表示POWERLINK数据帧类别,包括Soa、Soc、PReq、PRes、NmtRequestService、NmtCommandservice、IdentResponse、StatusResponse、SyncResponse、AsySdoseq和ASnd。第0-1位保留不用,具体映射如图中所示。
图4所示为协议转换的数据对象转换图。IPv6报文的流标签字段的0-15位两个字节用于标识POWELRINK的过程数据对象和服务数据对象,过程数据对象流标签使用MessageType和ServiceID标识,服务数据对象流标签使用常数0x0d00(Soa+Soc+PReq+PRes)标识,16-19位作为保留位。
图5所示为协议转换的地址信息处理过程图。获取POWERLINK数据帧的MAC地址和NodeID,在MAC地址中间插入常数0xFF和NodeID,将第7位数字取反,得到IPv6地址的接口标识符。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1:通过服务号与消息种类映射模块,将POWERLINK数据帧的服务号、信息类型以及同步异步传输特性映射为IPv6转发优先级和帧类别;
S2:利用数据对象转换模块将POWERLINK网络中的过程数据对象和服务数据对象转换为IPv6报文头部的流标签;
S3:结合POWERLINK数据帧的NodeID和MAC地址,经过地址信息处理模块生成IPv6地址,填充到IPv6报文的IP地址字段;所述NodeID为POWERLINK网络的节点ID,用于设备寻址;
S4:将POWERLINK报文转换为IPv6报文,完成协议转换。
2.根据权利要求1所述的POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法,其特征在于,步骤S1中,所述服务号与消息种类映射模块的执行步骤包括:
S101:用IPv6报文的流量等级字段的第7位区分等时同步传输和异步传输,第5-6位表示转发优先级,第2-4位表示POWERLINK数据帧类别;
S102:接收到POWERLINK数据帧后,通过POWERLINK通信的同步标志帧和异步标志帧,判断接收数据帧的传输特性,若是等时同步传输,将IPv6报文的流量等级字段的第7位设置为1,执行S103;若是异步传输,将IPv6报文的流量等级字段的第7位设置为0,执行S104;
S103:将IPv6报文流量等级字段的第5-6位设置为3;执行S105;
S104:若数据帧传输异步时隙管理信息,将IPv6报文流量等级字段的第5-6位设置为3;若数据帧异步传输网络控制类信息,将IPv6报文流量等级字段的第5-6位设置为2;若数据帧传输非实时异步数据,将IPv6报文流量等级字段的第5-6位设置为1;执行S105;
S105:解析POWERLINK数据帧MessageType字段,若MessageType字段为ASnd帧,执行S106;若MessageType为Soc帧,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为0;若MessageType字段为PReq帧,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为1;若MessageType字段为PRes帧,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为2;若MessageType字段为Soa帧,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为3;执行S2;其中,MessageType为POWERLINK报文标识,包括Soa帧、Soc帧、PReq帧、PRes帧和ASnd帧;
S106:解析ASnd帧的ServiceID字段,若ServiceID为NmtRequestService服务将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为0;若ServiceID为NmtCommandservice服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为1;若ServiceID为IdentResponse服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为2;若ServiceID为StatusResponse服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为3;若ServiceID为SyncResponse服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为4;若ServiceID为AsySdoseq服务,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为5;若ServiceID为0,即普通的异步数据帧ASnd,仅传输异步数据,将IPv6报文流量等级字段的第2-4位设置为6;其中,ServiceID为异步时隙专用服务ID,包括NmtRequestService、NmtCommandservice、IdentResponse、StatusResponse、SyncResponse和AsySdoseq。
3.根据权利要求2所述的POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法,其特征在于,步骤S2中,所述数据对象转换模块的执行步骤包括:
S201:解析POWERLINK数据帧MessageType字段,若MessageType字段为ASnd,执行S202,否则执行S203;
S202:将MessageType填充到IPv6报文流标签字段的第8-15位,将ServiceID填充到IPv6报文流标签字段的第0-7位,完成服务数据对象流标识;
S203:将Soa+Soc+PReq+PRes填充到IPv6报文流标签字段的第0-15位,完成过程数据对象流标识。
4.根据权利要求3所述的POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法,其特征在于,步骤S3中,所述地址信息处理模块的执行步骤包括:
S301:如果是第一次启动地址信息处理模块,执行S302;否则执行S303;
S302:向IPv6网络中的路由器发送RS报文,接收路由器回复的IPv6网络配置参数,将IPv6网络前缀保存在变量Network_Prefix中,执行S303;
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S304:将Network_Prefix和地址接口标识符填入IPv6的IP地址字段。
5.根据权利要求1所述的POWERLINK与IPv6网络的协议转换方法,其特征在于,步骤S4中,将POWERLINK报文转换为IPv6报文,具体包括以下步骤:
S401:收到POWERLINK报文后,构建一个空白的IPv6报文;
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