[发明专利]一种用于星形工业以太网交换设备MAC层编址寻址方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，具体的说是一种用于星形工业以太网交换设备MAC层编址寻址方法。

背景技术

工业以太网具有通信速率高、成本低廉、软硬件资源丰富、与计算机网络可实现无缝结合等优点而被应用于自动控制系统。而基于分组交换的星形工业以太网的交换设备需要建立MAC地址转发表来确定数据帧的转发端口，其查表延时不确定，同时为适应网络设备的动态增减，MAC地址转发表还需定期更新和自学习。另外，MAC地址转发表的建立需要消耗大量的硬件资源，快速查表逻辑用硬件实现复杂。可见，一种简单高效的分组交换方法对简化工业以太网交换设备的实现以及提高网络通信的实时性具有重要作用。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种工业以太网交换设备MAC地址的编址寻址方法，使用该方法能简化数据链路层协议的硬件实现，从而达到降低硬件的设计生产成本，同时提升了生产效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

硬件上采用一个父设备接口和多个子设备接口结构的工业以太网交换设备；整个现场网络基于MAC层的层次化的编址寻址方法进行数据帧的转发和交换；星形现场网络的层次数目可以为一层至多层；现场网络加电后，网络设备开始进行运行参数初始化和终端现场设备MAC地址的初始化；现场网络在初始化的过程中能自行配置各个设备的运行参数，运行参数本身可反映设备所在的层次和分支；现场网络运行中，网络设备可以进行新设备的添加和/或原有设备的移除，该设备可以为交换机设备或终端设备，新引入的交换机设备或终端设备的参数能够在接入后进行初始化；交换设备根据运行参数和数据帧的目的地址的逻辑运算可得到数据帧待转发的目的端口。

MAC层的层次化编址过程：

根交换设备确定MAC地址的前两个字节的默认值，然后把此信息和端口信息发给下层交换机设备或终端设备，这些设备把自己所在的层次和分支信息编入设备的运行参数，如果是交换机设备会把配置好的运行参数和端口信息发给下层交换机设备或终端设备，供下层交换机设备或终端设备进行运行参数的初始化，也就是自顶向下的逐层的进行交换机设备或终端设备运行参数的初始化，直到所有运行参数初始化完毕，终端现场设备的MAC地址根据其运行参数进行配置。

MAC层的层次化寻址过程：

交换机设备接收到数据帧进行转发中，利用以配置好的设备运行参数，与数据帧中的目的地址进行逻辑运算，得到目的端口，也就得到了数据帧下一步转发路径。

设备的运行参数能够反映当前交换机设备或终端设备在现场网络中的层次和分支信息，这些信息反映出当前交换机设备或终端设备到根交换设备的位置信息。

现场网络的层次数目通过调整运行参数可达到54层，通过减少每一层端口编号占用的位宽度来增加层数。

本发明具与现有技术相比具有以下效果和优点：

1.硬件实现简单。交换机设备转发数据帧的逻辑简单，只需对数据帧的目的地址和设备运行参数进行简单的移位和寄存器测试即可正确转发数据帧，取代了传统的查MAC地址转发表的方法。

2.灵活通用。本发明方法依据IEEE802.3标准设计，由此兼容以太网技术的现场设备均适用于基于该发明方法设计的现场网络。

3.自适应能力强。根交换设备的运行参数可配置，现场网络运行期间可以任意增减设备，并自发完成设备参数的初始化。

附图说明

图1为本发明方法应用的星形工业以太网结构图；

图2为图1中交换机设备的硬件结构图；

图3为图1的MAC层的编址寻址原理示例图；

图4为图1中根交换机设备初始化流程图；

图5为图1中非根交换机设备初始化流程图；

图6为图1中非根交换机设备或终端设备运行参数初始化流程图；

图7为图1中终端设备初始化流程图；

图8为图1中交换机设备的父设备接口接收数据帧的转发流程图；

图9为图1中交换机设备的子设备接口接收数据帧的转发流程图；

图10为图1中终端设备接收数据帧的处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的方案作进一步详细说明：