[發明專利]基于EPA網橋的鏈路冗余控制方法

有效

• 申請號: 200910251037.0
• 申請日: 2009-12-28
• 公開（公告）號: CN101764706A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 向敏;王平;周濤;孫韶偉;周川
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/56
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及網絡通信技術，具體是一種EPA(基于以太網的工業自動化) 網絡的鏈路冗余控制方法。

背景技術

EPA實時以太網，是一種全新的適用于工業現場設備的開放性實時以太 網標準，將大量成熟的IT技術應用于工業控制系統。EPA系統是一種分布式 系統，它利用ISO/IEC8802-3、IEEE802.11、IEEE802.15等協議將分布在現場 的若干個設備、微網段以及控制/監視設備連接起來，使所有設備一起運作， 協同完成工業生產過程和操作中的測量和控制。

EPA網絡應用于工業現場，可靠性要求非常苛刻。EPA網橋是EPA產品 鏈中的重要設備，它把兩個或多個微網段互連起來，既要求實現微網段內設 備的通信數據有效隔離，又必須確保微網段內設備同外網段設備數據通信的 快速性和準確性。因此EPA網橋鏈路的可靠性對于EPA網絡高效、可靠運行 非常關鍵。鏈路冗余技術對于提高和改善工業以太網鏈路的可靠性具有很好 的應用價值。現有的以太網鏈路冗余技術主要在交換機上實現，通過在各交 換節點之間構建多條物理鏈路來提供冗余通信路徑，(如“雙以太網冗余通信 系統的設計及應用”劉麗軍等，工業控制計算機2005年18卷7期，通過建 立在TCP/IP(傳輸控制協議/網際協議)協議基礎上的Socket(套接字)來 建立客戶端和服務器端的連接，客戶端和服務器如果檢測到通信故障將自動 啟用備用鏈路)，從而提高網絡的容錯能力和提高網絡通信的可靠性。然而交 換機與EPA網橋功能定義不同，交換機實現鏈路冗余的控制方法無法實現微 網段設備通信數據的有效隔離；同時，目前針對EPA網絡的鏈路冗余控制方 法還沒有出現較好的解決方案。為此，設計一種基于EPA網橋的鏈路冗余控 制方法以提高EPA網絡的可靠性。

發明內容

本發明針對EPA工業控制網絡中鏈路的高可靠性要求，提出了一種適用 于工業控制網絡，以EPA網橋為載體的鏈路冗余控制方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

根據EPA工業控制網絡的特點并結合EPA協議標準，在EPA網橋中設置 EPA網絡鏈路冗余處理模塊，修改EPA網橋的報文轉發功能，采用μC/OS-II (實時嵌入式)操作系統以任務管理機制對網橋所有功能進行統一管理。EPA 網橋進入數據通信狀態后，一方面提取與其通信的設備的EPA通信標識符 (0x88CB)，判定通信設備的合法性和當前鏈路的狀態，網橋解析模塊接收網 絡上其他所有網橋發送的配置橋協議數據單元BPDU報文，解析各個BPDU包 文中所攜帶的各個網橋唯一的ID號，將ID號最小的網橋確定為網絡中的根網 橋，根網橋負責周期性向全網發送拓撲協議數據單元TPDU，即將網絡拓撲結 構告知其他網橋。網絡解析模塊對網絡路徑進行分析判斷，如果當前網橋收 到攜帶自己ID號的橋協議數據單元BPDU報文，說明網絡中存在環路，將由根 網橋根據路徑優先級確定修剪后的網絡拓撲結構；而優先級判斷模塊根據時 間戳差確定網橋的優先級，選擇最健壯的鏈路作為通信鏈路，其余為冗余備 份鏈路，端口狀態模塊將環路中連接冗余備份鏈路的網橋端口設置為阻塞狀 態，將網絡修剪為無環路的樹狀結構。另一方面通過STP(Spanning?Tree Protocol)生成樹算法周期性發送鏈路探測報文，識別通信鏈路的通信狀態，當 發現當前通信鏈路出現故障時，由生成樹算法(STP)自動啟用備用鏈路，從 而實現EPA通信鏈路快速、高效、可靠運行。

鏈路冗余控制避免環路的出現，本發明所提出的控制方法通過在EPA網橋 實現STP(Spanning?Tree?Protocol)生成樹算法來阻塞一些冗余鏈路端口，將具 有冗余鏈路功能的網絡結構修剪成一個無環路的樹形拓撲，避免了網絡中出 現環路。當活動鏈路失效時，自動調整拓撲結構重新構造出一個樹形拓撲， 由此達到鏈路備份的目的，EPA網絡也因此具備了一定的網絡容錯能力。該網 橋采用生成樹算法(STP)實現了微網段鏈路冗余控制功能，避免網段出現通信 環路，提高了通信鏈路的可靠性，使EPA網絡設備實時、有序、可靠的進行報 文處理和轉發，從而有助于構建具有高可靠性的大規模EPA控制網絡。

附圖說明

圖1EPA現場設備或微網段拓撲結構圖

圖2EPA網橋軟件組成結構示意圖

圖3EPA網橋鏈路冗余控制示意圖