论文部分内容阅读
工业互联网是将工业网络与互联网融合的新兴技术。其中,工业以太网作为工业互联网的重要的支撑技术,受到业界的广泛关注。工业以太网通过对标准以太网技术改进,实现了关键数据的高可靠性、高实时性以及高速率传输。EtherCAT作为当前主流的工业以太网络规范之一,通过一套独特的通信机制使数据能够高效交换,并且具有成本低廉、布线灵活,低传输时延等特点,被国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)批准为国际标准,在工业网络中得到了广泛的应用。互联网协议第6版(Internet Protocol Version 6,IPv6)协议是国际互联网工程任务组(The Internet Engineering Task Force,IETF)提出的下一代互联网的核心协议。与IPv4协议相比,IPv6协议在地址空间、服务质量等方面具有显著的优势。随着IPv6技术在工业以太网中的不断应用,如何实现EtherCAT与IPv6网络之间的无缝融合与互联,实现EtherCAT设备对下一代互联网的接入,成为一项重要的挑战。EtherCAT与IPv6互联的核心是协议转换,但目前尚缺乏对EtherCAT与IPv6协议转换机制的研究,阻碍了Ehter CAT技术的发展和应用。针对这一问题,本文提出了一种EtherCAT与IPv6网络的协议转换方法。在保持EtherCAT网络传输特性的基础上,将EtherCAT数据包转化为能够在IPv6网络中传输的数据包。论文主要工作如下:1.分析EtherCAT和IPv6协议标准,对两种网络的数据包传输特性和关键技术进行简要介绍,分析实现EtherCAT和IPv6数据包协议转换所要解决的关键问题。2.针对EtherCAT与IPv6网络之间无缝融合与互联的需求,提出一种协议转换解决方案,主要包括EtherCAT数据包的获取和识别、直连模式的整网帧格式转换方法、优先级转换方法、地址转换方法、扩展首部的添加以及开放模式下的IPv4首部转化为IPv6。最终,数据包转化为IPv6格式的同时,保持了原有EtherCAT网络的传输特性。3.对所述的EtherCAT与IPv6数据包转换方法进行软件实现。主要包括两个模块,首先是EtherCAT数据包识别模块,实现了对主站EtherCAT数据包的获取,并将属于每个从站的数据分别传输至转换单元;其次是协议转换模块,实现对EtherCAT数据包的协议转换功能,具体包括优先级、地址转换、扩展首部添加,形成IPv6格式的数据包,最后发送至IPv6网络。4.搭建EtherCAT主从站实验平台。抓取数据包,通过Wireshark对数据包细节进行分析,对上述方法进行测试,同时对协议转换装置的转换时间、内存占用进行测试。测试结果表明,本文设计的EtherCAT与IPv6网络协议转换方法,能够有效的将EtherCAT数据接入IPv6工厂骨干网。促进了工业以太网和互联网网络互联互通,并保证了EtherCAT原有的传输特性。本文的研究,对于EtherCAT在下一代互联网中的应用,具有一定的参考价值。