[發(fā)明專(zhuān)利]基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾韺?shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410673386.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104506339A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟瑾;王德吉;吳雪芹;孟霞;石懷忠;楊彬;劉博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04L12/24
• 分類(lèi)號(hào): H04L12/24
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙)41104
• 代理人: 時(shí)立新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾韺?shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

PROFINET由PROFIBUS國(guó)際組織(PROFIBUS?International，PI)推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(如PROFIBUS)技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。

在過(guò)去的幾年間，工業(yè)機(jī)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模經(jīng)歷了爆炸式的增長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)深入到人們生產(chǎn)的每一個(gè)角落，成為必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)性的加強(qiáng)，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性也提出了更高的要求：第一，有穩(wěn)定、高效、安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：第二，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)的檢測(cè)出故障原因并修復(fù)。可以看出，網(wǎng)絡(luò)故障診斷對(duì)保持網(wǎng)絡(luò)的健康狀態(tài)具有重要的意義。然而在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)故障診斷遇到了前所未有的困難，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面；控制器網(wǎng)絡(luò)無(wú)論從規(guī)模上，還是從網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和業(yè)務(wù)多樣性上都有了巨大的發(fā)展。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的故障關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，故障原因和故障現(xiàn)象之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系模糊，大大提高了故障診斷的難度。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜性也提高了故障診斷的難度。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜性有兩個(gè)含義：第一是新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷推出，功能越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜；第二是設(shè)備提供商數(shù)量眾多，產(chǎn)品規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

隨著PROFINET的廣泛應(yīng)用，控制器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)得到迅速發(fā)展，新的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)不僅擁有多種業(yè)務(wù)流量，而且采用了多種融合的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。不斷采用的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障診斷提出了越來(lái)越高的要求；正是由于上述困難的存在，傳統(tǒng)的依靠網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家人工方式進(jìn)行的故障診斷已經(jīng)不能滿足需要了。當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)呼喚智能化的故障診斷技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障診斷的自動(dòng)化，將人從繁重的診斷工作中解放出來(lái)。

智能化網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)有下列四個(gè)方面的難點(diǎn)：

第一，故障發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生的不確定性和網(wǎng)絡(luò)軟硬件構(gòu)架的動(dòng)態(tài)變化，使得包括專(zhuān)家?在內(nèi)的知識(shí)受到了局限。

第二，故障定位一個(gè)設(shè)備產(chǎn)生故障會(huì)影響很多和它相連的設(shè)備或子系統(tǒng)，甚至?xí)?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這種現(xiàn)象就叫做故障關(guān)聯(lián)。

第三，故障檢測(cè)常規(guī)的故障檢測(cè)方法需要建立數(shù)學(xué)模型，而數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性和精確性難以滿足高速網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)需求；簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型又導(dǎo)致實(shí)際控制效果不能令人滿意。

第四，故障表示由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣性與不斷更新，現(xiàn)在還不能找到一個(gè)明確的函數(shù)能表示所有的應(yīng)用層故障。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾韺?shí)現(xiàn)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)的各種設(shè)備信息的探測(cè)，以及設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，為工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷提供有利的設(shè)備信息，為后續(xù)工作提供有效數(shù)據(jù)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾韺?shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

A：獲取工業(yè)以太網(wǎng)中設(shè)備站點(diǎn)信息

基于工業(yè)以太網(wǎng)服務(wù)器的TCP/IP協(xié)議族，獲取所有存在于工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備站點(diǎn)信息，包括設(shè)備的IP地址、MAC地址、廣播幀數(shù)、通信幀數(shù)、操作系統(tǒng)。

A1：假設(shè)全局系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)本機(jī)，且設(shè)本機(jī)的兩個(gè)全局變量分別為：IPAdd代表本機(jī)IP地址，MACAdd代表本機(jī)的MAC地址。

A2：首先進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)；

本機(jī)周期性的向局域網(wǎng)中所有可能存在的每一臺(tái)主機(jī)發(fā)送一個(gè)ARP欺騙包，從而獲取接收主機(jī)的IP地址和MAC地址。

A3：根據(jù)ARP欺騙包的應(yīng)答回復(fù)遍歷每一臺(tái)主機(jī)的IP地址；

若IP地址的MAC地址已知，則遍歷其它主機(jī)的IP地址；并且，以其它IP地址和本機(jī)MAC地址為發(fā)送端，以選中的IP地址和選中的MAC地址為目的端，構(gòu)造并發(fā)送ARP欺騙包；

若IP地址的MAC地址未知，則以本機(jī)IP地址和本機(jī)MAC地址為發(fā)送端，以選中的IP地址為目的端，構(gòu)造并發(fā)送正常的ARP請(qǐng)求包。

A4：針對(duì)主機(jī)的ARP高速緩存為靜態(tài)的系統(tǒng)，再進(jìn)行被動(dòng)探測(cè)；

A4.1：系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)PASSIVE_DATA結(jié)構(gòu)體；

A4.2：本機(jī)每收到一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，如ARP請(qǐng)求/應(yīng)答包，執(zhí)行一次分析判斷，并刷新發(fā)送端主機(jī)的數(shù)據(jù)信息；

A4.3：將每個(gè)IP地址的相關(guān)數(shù)據(jù)信息整合在一起。