[發(fā)明專利]一種高可靠性分布式冗余環(huán)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710121620.0
• 申請(qǐng)日: 2007-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN101252426A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鴻雁;張國(guó)剛;陳凡民;馬化一;薛百華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京東土科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H04L1/22
• 分類號(hào): H04L1/22;H04L12/42;H04L29/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種工業(yè)通信傳輸方法，更具體的說(shuō)涉及一種分布式高可靠性工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，我國(guó)化工、煤炭、石油天然氣等工業(yè)領(lǐng)域安全事故頻繁發(fā)生，這不僅給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且給人身、設(shè)備、環(huán)境造成了極大威脅，已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與和諧社會(huì)建設(shè)的重要因素。

同時(shí)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)制造水平不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)所需的機(jī)器設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度大幅度提高，這就使得生產(chǎn)工藝和設(shè)備變得復(fù)雜，因而設(shè)備的安全性也變得極為重要，安全控制系統(tǒng)能夠有效避免工作人員在操作中發(fā)生人機(jī)事故，保障人員的生命安全和設(shè)備安全。

網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)是提高工業(yè)控制系統(tǒng)可靠性的重要手段，網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信鏈路進(jìn)行冗余備份以確保信息傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。工業(yè)控制系統(tǒng)中的控制網(wǎng)絡(luò)按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌捎镁W(wǎng)絡(luò)冗余方式和故障恢復(fù)策略不同的。如ABB公司針對(duì)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)提出了環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議(Media?Redundancy?Protocol，MRP)；西門子公司針對(duì)總線型網(wǎng)絡(luò)提出了并行冗余協(xié)議(Parallel?Redundancy?Protocol，PRP)；FF針對(duì)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)提出了網(wǎng)狀冗余協(xié)議(Cross-network?Redundancy?Protocol，CRP)。我司提出分布式冗余協(xié)議(Distributed?Redundancy?Protocol，DRP)，并由我司負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證該協(xié)議，目前，IEC的TC65工作組正在制定關(guān)于網(wǎng)絡(luò)冗余的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62439。在網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)方面，我國(guó)提出的DRP協(xié)議，已經(jīng)提交到國(guó)際電工委員會(huì)的TC65相關(guān)工作組，也正在積極開展研究，以期在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定與發(fā)展過(guò)程中占有一席之地。

以上幾種方法只實(shí)現(xiàn)了鏈路中斷的網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)的方法，不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)故障進(jìn)行準(zhǔn)確的判定、分析、記錄、定位等。

一種分布式冗余環(huán)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法，不僅實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的快速冗余倒換，而且還可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的事件進(jìn)行屏蔽，進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄、分析、定位和維護(hù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性。即可以判定，網(wǎng)絡(luò)是是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供高可靠性網(wǎng)絡(luò)提供了一種可操作的方法。

發(fā)明內(nèi)容

一種分布式冗余環(huán)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法，網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)元時(shí)間同步的狀態(tài)下，每個(gè)設(shè)備根據(jù)預(yù)先組態(tài)的時(shí)間域，輪流在自己時(shí)域內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)，避免了環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中主站失效時(shí)產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴；同時(shí)定義了網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變時(shí)，故障的上報(bào)機(jī)制，可定位、上報(bào)如下網(wǎng)絡(luò)故障：網(wǎng)絡(luò)中鏈路故障、鏈路正常CPU故障、程序故障；并能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的故障進(jìn)行精確定位，在50臺(tái)設(shè)備組網(wǎng)條件下網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)間小于300ms，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)不產(chǎn)生任何倒換時(shí)間；所述的分布式冗余環(huán)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兒螅W(wǎng)絡(luò)的精密同步路徑將自動(dòng)更新到精度最高的時(shí)鐘源；所述的分布式冗余環(huán)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生一次倒換，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)不再產(chǎn)生倒換，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕凰龅姆植际饺哂喹h(huán)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法，能清晰在任意一臺(tái)設(shè)備上獲取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦B接關(guān)系。

系統(tǒng)支持精密時(shí)鐘協(xié)議，能自動(dòng)的接受外部時(shí)鐘源的時(shí)鐘信號(hào)，并能讓網(wǎng)絡(luò)中的其他網(wǎng)元同步到主時(shí)鐘源上，同步精度最高可達(dá)到百ns級(jí)。系統(tǒng)支持精密時(shí)鐘協(xié)議，能設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)網(wǎng)元的實(shí)時(shí)時(shí)鐘為網(wǎng)絡(luò)中的主時(shí)鐘，并能讓網(wǎng)絡(luò)中其他網(wǎng)元同步到主時(shí)鐘源上。網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)元都有精密的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，每個(gè)網(wǎng)元能準(zhǔn)確的記錄網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的事件，能準(zhǔn)確的提供歷史記錄，實(shí)現(xiàn)故障精確定位。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)網(wǎng)元需要預(yù)先配置發(fā)送周期性報(bào)文的時(shí)間域。每個(gè)網(wǎng)元在自己的時(shí)間域內(nèi)，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)維護(hù)報(bào)文。網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)，不再產(chǎn)生任何倒換時(shí)間；網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，系統(tǒng)倒換時(shí)間小于300ms。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中任意網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的上述故障，都可以清晰定位故障類型和發(fā)生故障的網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生倒換時(shí)，網(wǎng)元可以快速重新同步時(shí)間。相鄰站間每隔1秒鐘發(fā)送一次精密時(shí)鐘報(bào)文，校對(duì)網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)元的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，并確認(rèn)相鄰節(jié)點(diǎn)的CPU工作狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)鏈路中斷時(shí)，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入非周期狀態(tài)，允許發(fā)送告警的非周期性報(bào)文。網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)網(wǎng)元，在收到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障報(bào)告時(shí)，退出周期性檢測(cè)模式，記錄網(wǎng)絡(luò)事件，并停止發(fā)送輪流維護(hù)信息。

環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有固定的根節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)是每個(gè)網(wǎng)元在預(yù)先組態(tài)的時(shí)間域中完成網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)，在下一個(gè)時(shí)間域內(nèi)由另外的網(wǎng)元對(duì)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)。

在工業(yè)交換機(jī)中引入精密同步時(shí)鐘的概念，交換機(jī)可以接受外部時(shí)鐘源或本機(jī)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘作為網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)鐘。網(wǎng)絡(luò)中的其他網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)同步網(wǎng)絡(luò)中的高級(jí)別的時(shí)鐘。