[發明專利]熱備冗余網絡系統及其冗余實現方法

有效

• 申請號: 201110054029.4
• 申請日: 2011-03-07
• 公開（公告）號: CN102082695A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 馮冬芹;朱杰;褚健
• 申請（專利權）人: 中控科技集團有限公司;浙江大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L1/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明

技術領域：

本發明涉及以太網通信技術領域，尤其涉及一種可適用于實時以太網的熱備冗余網絡系統及其冗余實現方法。

背景技術：

以太網是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。隨著以太網技術的發展，以太網通信在工業領域的應用也越來越廣泛，工業生產的穩定運行和效益提高對于實時以太網的可用性提出了越來越高的要求，因此實時以太網的高可用性也越來越受到重視。

針對實時以太網的高可用性要求，目前普遍采用的是單環網絡的接口冗余機制和雙環網絡的節點冗余機制。但在單環網絡中只能允許其一端線纜發生故障，當再有額外的故障發生時，則整個網絡即發生網絡通信故障。而雙環網絡能夠允許一個環網發生多處故障，但當兩個環網同時發生故障時(如兩個環路同時發生兩處鏈路故障)，則就會造成整個冗余網絡的通信故障。無論是單環冗余還是雙環冗余，隨著系統節點數目的增大，網絡的故障率都會急劇增加，因此現有技術中，采用上述通信機制的實時以太網的冗余度和可靠性都較低，難以較好的滿足工業領域應用的要求。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種可適用于實時以太網的熱備冗余網絡系統及其冗余實現方法，以降低實時以太網的故障率，提高其冗余度和可用性。

為此，本發明實施例提供了如下技術方案：

一種熱備冗余網絡系統，包括：

不少于兩個的網絡節點以及與每個網絡節點唯一對應的冗余節點；

每個網絡節點和每個冗余節點均包括四個網絡接口和一個交換接口，且四個網絡接口均具有相同的物理地址和邏輯地址，其中第一網絡接口和第二網絡接口形成第一冗余接口對，第三網絡接口和第四網絡接口形成第二冗余接口對；

每個網絡節點和其對應的冗余節點之間通過所述交換接口連接，組成一個冗余節點對，且每個冗余節點對中冗余節點的物理地址和邏輯地址，均與該冗余節點對中網絡節點的物理地址和邏輯地址相同；

每一個冗余節點對中，網絡節點的第一網絡接口連接到其相鄰一側的冗余節點對中網絡節點的第三網絡接口，第二網絡接口連接到上述相鄰一側的冗余節點對中冗余節點的第三網絡接口；冗余節點的第一網絡接口連接到上述相鄰一側的冗余節點對中網絡節點的第四網絡接口，第二網絡接口連接到上述相鄰一側的冗余節點對中冗余節點的第四網絡接口；

多個冗余節點對按照上述方式依次相連接，構成線形網格狀結構。

優選的，所述熱備冗余網絡系統中，最后一個冗余節點對中網絡節點的第一網絡接口連接到第一個冗余節點對中網絡節點的第三網絡接口，第二網絡接口連接到第一個冗余節點對中冗余節點的第三網絡接口；

最后一個冗余節點對中冗余節點的第一網絡接口連接到第一個冗余節點對中網絡節點的第四網絡接口，第二網絡接口連接到第一個冗余節點對中冗余節點的第四網絡接口；

冗余節點對之間對按照上述方式相連接，形成環形網狀結構。

優選的，相鄰的兩個冗余節點對之間，連接各個網絡接口的四條線纜的長度在加工精度內相同。

優選的，每一個冗余節點對中有且僅有一個節點處于工作狀態，另一個節點處于備用狀態；

處于工作狀態節點的兩對冗余接口對用于發送報文、接收報文和轉發報文；

處于備用狀態節點的兩對冗余接口對用于接收報文；

處于工作狀態或備用狀態的節點用于處理報文，其交互接口用于接收報文和發送報文。

本發明還提供了一種冗余實現方法，應用于上述熱備冗余網絡系統中，包括：

互為冗余節點對的網絡節點及其冗余節點在上電時，競爭成為工作節點，其中一個節點成為處于工作狀態的工作節點，另一個節點成為處于備用狀態的備用節點；

工作節點通過其四個網絡接口向相鄰的冗余節點對發送冗余的報文；

工作節點的一對冗余接口對中的一個網絡接口接收到報文之后，判斷該報文是否需要轉發，如果是，則通過該節點的另一對冗余接口對轉發該報文；

備用節點在接收到報文時，不轉發該報文。

優選的，所述冗余實現方法還包括：

工作節點與備用節點通過交互接口監聽相互的故障狀態，當工作節點的故障等級大于備用節點的故障等級時，觸發狀態切換，原工作節點切換為備用狀態，同時原備用節點切換為工作狀態。

優選的，備用節點通過交互接口周期性的發送故障等級聲明報文給工作節點；

工作節點解析所述故障等級聲明報文，并與自身的故障等級進行比較，若自身的故障等級高，則通過交互接口向備用節點發送狀態切換命令報文；