专利名称：在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法
技术领域：
本发明如标题所示涉及在电网中的通信系统上实现虚拟局域网(LAN)的方法。
本发明的主要思想是开发新的VLAN结构，本发明要求电网节点的专有VLAN(OVLAN)，也支持虚拟网络的802.1q标准。
本发明的目的允许获得多层OVLAN以及允许分层虚拟网络的可能性，其适于电网上通信系统中的普通拓扑，因为这个拓扑为树形，即分层的。此外，本发明的另一个目的是允许在分层结构中引进方向性，以便同一层次的装置不能看到它们自己层次中的装置，而它们能看到较高层次的相关联的装置。用本发明的方法，OVLAN和由标准802.1q定义的网络是兼容的，并能无干扰地并行工作。
背景技术：
在本领域中虚拟局域网(LAN)的使用是已知的，这些是通过装置形成的网络，这些装置能在它们自己之间通信，但不受所述装置的物理位置的限制，而是尽管在网络的不同物理段，但它们能像它们被物理地连接到局域网(LAN)的同一物理段那样通信，并且即使它们连接在同一物理段，它们也能将它们自己与属于另一VLAN的装置隔离。由于虚拟网络，有可能建立虚拟工作组，降低VLAN物理段之间的装置的传送成本，降低可具有较低容量的OSI(开放系统互连)结构中的层3路由器的成本，并降低针对所有用户的业务量(即广播业务量)，以及针对用户群的业务量(即组播业务量)。OSI是由ISO(国际标准化组织)创建的参考模型，作为标准化基于层的计算机的协议的第一步，即连接开放系统以与其它系统通信的模型。
在本领域中VLAN的使用是已知的，遵循IEEE 802.1q标准，该标准的提出是为了解决怎样将大的计算机网络分成更小部分的问题，以便在不使用比需要的多的带宽的情况下实现广播和组播业务量。此外，这个标准使网络内部段之间的安全性更高。
802.1q的规范建立了一种在以太网帧内插入属于VLAN的信息的方法。在VLAN网络中，广播和组播业务量被传递到所有终端站，但是这个业务量不能超过VLAN的限制，因为如果用户不属于帧中所指示的VLAN，则该帧将被丢弃。因此，不可能实现虚拟网络的各个层，能定义的虚拟网络数减少了，并且它们不能遵循该标准的规范实现具有方向性的分层结构，因此这个标准不适于使用了分层结构的电网上的通信系统。
802.1q基于在以太网帧内增加特定位以实现识别属于VLAN的装置的标记。
这些特定位即是通常所说的“标签标题”，并且包含虚拟标识VID。因此，802.1q标准只允许一层VLAN，因为它只给每个以太网帧增加了一个具有VID的“标签标题”。
发明内容
为了实现上述目的并避免上述段落中指出的不足，本发明已经提出了一种在电网上的通信系统中实现VLAN的新方法，其中在连接到电网的不同装置之间发送帧；装置支持上述段落中描述的VLAN标准802.1q，其包括将标识标签插入帧内的保留空间中以指示该帧属于VLAN，以便如果帧被标记，当通过装置接收时，所述装置将标签与装置输出接口中的允许标签的列表相比较，并且如果帧没被标记，则在比较之前进行标记。
本发明的新颖性的特征在于包括-为实现的OVLAN的每层分配OVLAN标识标签，以允许多个分层OVLAN且具有不同层的结构；
-包含对帧透明的外部标签；-在未标记的帧中包含外部标签，并将所述标签与装置的输出接口中的允许或禁止标签的列表相比较，以便如果帧从一个节点到达并且它借助一个端口被定址到一个地址，具有禁止OVLAN标签或不在所述节点的禁止列表上的标签，则丢弃所述帧；以及-包含专用标识标签，其在通过装置被检测到时，使这些装置直接发送帧以允许具有方向性的分层结构，其中来自层次中同一层的不同OVLAN的装置不能接收数据包或将其发送到同一层次层中的其余OVLAN的装置，而它们能发送和接收到同一OVLAN中在所述层次中较高的装置。
该方法具有重要的优点，因为它允许隔离每个虚拟网络的不同端点，以便附属到每个端点的用户从其它虚拟网络是不可访问的。这个事实意味着不同的VLAN用于各终端装置，其超越电网上大量应用中的802.1q标准中的可配置网络数，并克服了该标准显示的不足。
因此，专用标记允许方向性，这是在802.1q标准中没考虑的特征，因为用专用标记来标记的帧能到达虚拟网络中的任何节点，无需改变输出标签列表。
也允许具有多层的多个OVLAN的结构，由此便于电网上的应用通信，其中结构为树形或分层形式。此外，本发明允许所述方法扩展到电网之外。
本发明也允许便于与802.1q标准的VLAN无关的结构，并且其无干扰地且与所述标准并行地起作用，这归因于当以对所述帧透明的方式且外部地添加标签时信息与以太网帧一起发送但不改变它的事实。
本发明允许存在由802.1q标准定义的网络和根据本发明的网络的拓扑组合，产生支持两种技术的混合拓扑。
因此，本发明不改变以太网帧，这使它与所述标准兼容。
借助专用标识标签，帧能到达OVLAN中的任何节点，而没被丢弃。
当帧从较高层进入在一个层的装置时，添加所述一个层的标识标签，一个层的所述标识标签在帧从该一个层的装置退到较上层时被抽出。
OVLAN标识标签包含在帧中发送的业务量所属的OVLAN的数。
在本发明的一个实施例中，当帧离开电网时抽出OVLAN标识标签，以便将OVLAN限制在所述电网。
发送标识标签的列表由允许或禁止标签的列表选择地构成，由此如果标识标签在禁止列表上或不在允许列表上，则忽略帧。
在另一个实施例中，当帧离开电网时发送OVLAN标识标签，以将VLAN扩展到没连接到电网的设备。
在发送中，当帧的标识标签是专用标识标签时，在装置没咨询其发送标签列表的情况下直接发送帧。
提供如下附图以便更好地理解本发明，并且同时形成具体描述和权利要求书的整体部分，它们提供了说明性而非限制性的本发明原理的表示。
图1示出了电网上通信系统的典型树结构，其中定义了各种VLAN层。
图2示出了虚拟网络(VLAN)的混合图的一个示例，其中虚拟网络可包含其它虚拟网络。
图3示出了中和低压变压器通过光纤环网络通信情形的一个示例，该光纤环网络必须支持设置了专有虚拟网络的各种低压网络。
图4示出了根据本发明在具有OVLAN标识标签的电网上的通信系统的内部帧的结构，其对于以太网帧是外部的。
图5示出包含在所有节点中以允许实现本发明方法的物理块。
图6示出在虚拟网络的混合设计中的本发明方法的一个可能实现的流程图，其共同支持VLAN标准802.1q和本发明中的方法所预见的OVLAN。
图7.示出了分层形式的虚拟网络图，其中能观察到来自不同层次的节点的上和下方向性。
具体实施例方式
这个部分参考附图中所用的标号提供本发明一个实施例的示例的描述。
众所周知，电能是在高压网络、中压网络上分配，并且最后借助低压网络被分配给消费者。中压网络通常也称为中压，通常是互连的中到低压变压器。
低压网络倾向于具有树结构，以便当使用电网上的通信系统时，首端装置设置在中到低压变压器中，该中到低压变压器允许中压到低压网络的分配，而转发器和用户装置位于网络上的不同点，并且它们在两个方向与首端通信。在这种情况下，便于创建独立虚拟网络的各个层，如图1所示，诸如层1到层3。这样的网络不能使用802.1q标准来创建，因为如在关于本发明背景技术部分中所述的，它只支持一层。
因此，有必要创建实现与该标准无关的虚拟网络的方法，其主要特征包括在发送的帧中放置一个或多个外部标签3。这在图4中示出了，稍后将作说明，其中标号3a表示层N的标签，3b表示N-1的标签，以及3c表示层1的标签。如图4所示，外部标签3被添加到在电网上发送的帧4，当它们离开所述电网时抑制帧4的所述外部标签3，即，以便所述层和虚拟网络的创建对于电网是透明的。
这个解决方案允许使用独立虚拟网络，即专有虚拟网络(OVLAN)，它能在一层或各种不同层中无干扰地独立作用。因此，包含OVLAN导致能被应用到电网上通信系统的虚拟网络的多种配置。可能配置的其中之一只在于不使用虚拟网络，即每个用户可看到局域网中通过电网连接到通信节点2的任何其它用户。另一个可能性是使用客户建立网络的802.1q标准，或通过节点2的组建立VLAN，或通过节点2的组建立多于一个OVLAN，以便业务量被维持在所述组内，其中该组可包含电网的一个或多个节点。另一个可能性是OVLAN可被维持在电网内，并具有分层的、平的或混合的结构。
分层结构是树结构，如所述的那样，在低压网络中是典型的，其中必须提供方向性以允许来自较上分层的节点与来自较低层次的节点通信，也就是说，靠近网络的树系统的根设置的节点可与设置在电网的支路中的那些通信。
平的网络是所有节点2都属于层次中同一层的网络，它是由标准802.1q考虑的仅有的情况。混合网络是两种网络类型都存在的网络，它是支持802.1q标准和通过本发明中描述的方法获取的OVLAN网络的网络情况。这个拓扑差异如图2所示，其中两个都遵循802.1q标准的虚拟网络VLAN A和VLAN B与遵循本发明方法的各种OVLAN网络一起存在，并且其被称作VLAN A-B内的OVLAN1-OVLAN3。在该图中，所有属于VLAN A的节点2都接受和发送属于这个VLAN A的帧。另一方面，在OVLAN2内，OVLAN1的节点不接收OVLAN2的业务量，虽然两者都属于同一VLAN A。
在图2中，标号5示出了干线网络，并且其中示出了使干线网络5与电网通信的开关6，所述开关通常最好是位于中到低压变压器中的首端装置。根据OSI层的基本原理，开关6实现干线网络5与网络的一个或其它部分之间的切换。
另一方面，标号7示出了路由器，它是OSI结构的网络层设备，允许在两个没直接通过路由方法连接的装置之间通信。它能用于连通来自没连接到干线网络的不同OVLAN的节点。
本发明的方法并不局限于低压网络，而是还可用于其它网络，即使它们不具有分层结构。
有可能将通信节点放置在使用中压环形成通信网络的中到低压变压器中，如图3所示。在所述图中示出了典型情况，其中在光纤网络9上连接了多个环8。低压网络在中压环上悬挂每个变压器6，与图1所示的类似，并且在其中可实现本发明的方法。为了简便，这些图只示出了可形成各种OVLAN的一部分的部分低压中的一系列节点。这些OVLAN通常能被叠加，或与图1中的那些类似，允许各种层的分层结构。如果它们被叠加，则对于不同类型的业务量它们可使用不同的OVLAN，这样隔离节点。
在图3中的示例中，网络是叠加的，虽然在一般的实现中不必这样。
低压网络通常具有200至500个连接的装置。在每个中压网络中大约有30个中到低压变压器，并且此外，连接中压的光纤网络倾向于近似地连接到组。
因此，增加悬挂在每个环上的末端装置数，可以看到，节点数很高，不可能通过遵循802.1q标准来隔离它们。但是使用结合本发明方法的OVLAN的标准的VLAN，利用电网中的层次，允许实现这种隔离。
使用本发明的方法，并假设每个低压网络中最少有3个OVLAN，对于每个中压环将共有90个OVLAN，本发明的方法可支持它，主要通过使用多重标记的可能性。
为此，使用2字节的标签足够了，因为它有足够的位来识别同一层中的OVLAN。
标签3中的16位中的12位用于编码OVLAN数，这意味着在每层中可定义达4096个不同的OVLAN。保留剩余的4位用于将来允许扩展系统的应用。
此外，如前所示，以太网帧没被修改，因此其标题4a、数据4b和循环冗余码4c(CRC)被维持如初始发送的，其允许支持标准协议802.1q。
在这种情况下，干线网络上没有正确标记的业务量不能到达低压网络，但能穿过中压环8，为此在到低压网络的入口实现标签过滤，如下所述，丢弃没被适当标记的帧。
因为允许标签和/或禁止标签的列表包含在节点中，因此丢弃具有没包含在允许标签中或包含在禁止标签中的标签3的帧4。
图5示出了通信系统中每个节点中所需的块的一般图表，支持本发明的OVLAN网络和通过802.1q标准定义的网络，也就是说，处理与帧4一起包含的标签3以及包含在以太网帧4中的VLAN信息。
因此，预见第一块10，用于OVLAN中标签的处理和输入控制，其中如果帧4不带有标签，则给它分配适当的外部标签3，并且如果当它不该带有标签时却带有了或如果它应该带有标签时却没带有，则可丢弃该帧。
一旦已经实现了802.1q标准(如果激活)的输入控制11，包就在块12被发送到OSI结构的层2(数据连接层)，它选择包的输出接口。
最后，实现802.1q标准(如果有效)的输出控制13以及标记的OVLAN的输出控制14，以便它将帧中的标签与允许或禁止的输出标签的列表相比较，以便如果根据标签所述节点不应该实现所述帧的发送，则丢弃包。
因而，通常足以实现块12，其实现了层2桥，其中存在断开或省略实现根据802.1q标准(11和13)的输入输出以及根据OVLAN(10和14)的输入输出的块的可能性。可以使输入控制10和输出控制14一起以及802.1q的输入控制11与802.1q输出控制13一起无效，具有能独立地与一个或其它实现工作的优点。
OVLAN的实现将电网中的内部和外部端口纳入考虑，其构成了关于标准的差异，并且由于行为改变取决于端口是内部还是外部的事实而允许网络的叠加。通过默认退出外部端口消除所有标签。当用于实现连接到电网的节点之间的连接时，端口是内部的，而当用于节点与电网之外的任何实体通信时，端口是外部的。
图6示出了支持混合网络的本发明方法的一个可能实现的流程图。
在接收的帧中15，验证起点的端口16，并且还进行验证17，以查看在这个节点OVLAN是否激活，也就是说，必须实现OVLAN的过滤和输入规则。在肯定的情况下，验证帧是否带有标签18，并如前所述丢弃适当的帧19。
在节点中的OVLAN没被激活的情况下，或者如果帧没被丢弃，则进行验证20，以查看在节点中802.1q标准是否激活，即验证是否必须应用该标准的规则。在21进行检查输入规则的方法，并且如果有必要，则在22进行丢弃。
接下来进行发送帧的方法23。一旦帧被处理并能够发送这个，就进行验证24，以查看标准是否有效，并在肯定的情况下应用列表规则25，以便如果有必要，则丢弃帧26。如果标准没被激活，或如果帧没被丢弃，则进行验证27，以查看OVLAN规则是否应用，并且如果应用了，则应用列表28丢弃帧29。
如果在节点内OVLAN规则没被激活或还没被帧丢弃，则获得过滤的帧30，并进行发送31。因此根据该图可以说通常，如果OVLAN网络是有效的，则应用OVLAN输入和输出规则，而如果802.1q网络是有效的，则应用这个标准的输入和输出规则。如果帧没有实现OVLAN中禁止/允许的那些的标准中的允许规则的其中之一，则在发送帧的过程中23或在将帧发送到网络之前31，它被丢弃。
此外，在以太网帧中包含一个或多个外部标签和在本发明中指定的方法，便于实现遵循上述标准无法实现的具有方向性的分层结构。在图7中示出了一个分层图的例子。该图类似于图2，只是箭头给出了网络获得的方向性。方向性意味着同一层次的装置不能看到彼此(在图中由其上叠加×的箭头表示的)，因为它们不属于同一OVLAN。为了能够做到这点，它们必须使用OSI结构的较高层，即，如果或只有当它们不属于同一OVLAN时，在没有经过ISO结构的层3中的路由器7的情况下它们不能通信。另一方面，这些相同的装置能看到与较高层次相关联的装置，即它们能向这些装置发送或接收包。来自较高层次的节点能通过使用专用标签将消息发送到较低层次中的节点，具有与图4所示的外部标签3相同的配置，只是对于所述标签具有特定的参考码。这个标签即是ALLVLAN。在进入和退出节点的过程中，外部标签与一系列允许和禁止的值相比较。因此，如果帧具有ALLVLAN标签，则这些过程被忽略，并直接发送帧。这减少了树结构中列表的内容，例如低压配电网的内容。
同样地，如果层次1中更高的节点(如图7所示)接收来自干线网络5的帧时，指向直接或通过通信系统的其它节点连接的节点，则专用ALLVLAN标签被添加到这些帧，由此避免中间节点丢弃所述帧，并且因此所述帧能到达任何层次中的任何装置，之后将选择它们的目的地方向。
权利要求
1.在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法，其中在连接到所述电网的各个装置(2)之间发送帧；所述装置(2)支持虚拟局域网(VLAN)的802.1q标准，包括将标识标签插入所述帧内保留的空间以指示所述帧属于VLAN，当所述装置接收所述帧时，如果所述帧被标记，则所述装置将所述标签与所述装置的输出接口中的允许标签的列表相比较，并且如果没被标记，则在比较之前所述装置进行标记；其特征在于，它包括-为实现的OVLAN的每层分配专有虚拟局域网(OVLAN)标识标签(3)，以允许多个分层OVLAN且具有不同层的结构；-包含对于所述帧透明的外部标签(3)；-在未标记的帧中包含外部标签(3)，并将所述标签与所述装置的输出接口中的允许或禁止标签的列表相比较，以及-包含专用标识标签(ALLVLAN)，其在通过所述装置(2)被检测时，使所述装置直接发送所述帧以允许具有方向性的分层结构，其中来自所述层次中同一层的不同OVLAN的装置不能将包接收或发送到与其余的所述OVLAN相同层次层中的装置，而所述装置能向和从同一OVLAN中在所述层次中较高的装置进行发送和接收。
2.如权利要求1所述的在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法，其特征在于，一个层的标识标签(3)在所述帧从较高层进入所述一个层的装置时被添加。
3.如权利要求2所述的在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法，其特征在于，来自一个层的标识标签在所述帧从所述一个层的装置退到较高层时被抽出。
4.如权利要求1所述的在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法，其特征在于，所述OVLAN标识标签包含在所述帧中发送的业务量所属的OVLAN的数。
5.如权利要求1所述的在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法，其特征在于，发送标识标签的列表选择地由允许或禁止标签的列表构成，以便如果所述标识标签在禁止标签的列表中或如果它不在允许标签的列表中，则丢弃所述帧。
6.如权利要求1所述的在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法，其特征在于，当所述帧从所述电网出来时，抽出所述OVLAN标识标签，以便将所述OVLAN限制在所述电网。
7.如权利要求1所述的在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法，其特征在于，当所述帧离开所述电网时，发送所述OVLAN标识标签，以便将所述VLAN扩展到没连接到所述电网的设备。
8.如权利要求1所述的在电网中的通信系统上实现虚拟局域网的方法，其特征在于，在发送中，当帧的标识标签(3)是ALLVLAN专用标识标签时，在所述装置没有咨询发送标签的列表的情况下直接发送所述帧。
全文摘要
便于支持虚拟网络(VIAN)上的802.1q标准，以及在其间无干扰的一层或多层独立的专有虚拟网络(OVLAN)。它还能支持分层结构，因此它包含为每层分配OVLAN标识标签(3)；包含对于帧透明的外部标签(3)；在未标记的帧中包含标签(3)，并将所述标签与来自装置输出接口的允许或禁止标签的列表相比较；以及包含专用标识标签，当通过装置检测时，使这些装置直接发送帧以允许方向性的分层结构。
文档编号H04B3/54GK1703872SQ200380100982
公开日2005年11月30日 申请日期2003年10月7日 优先权日2002年10月9日
发明者J·V·布拉斯科克拉雷, J·C·里韦罗因苏亚, F·戈麦斯马丁内斯, A·滕塞夫里安 申请人:硅系统设计公司