[發(fā)明專利]冗余以太網(wǎng)的同步對時設(shè)備、系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610268895.6
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN105978652B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉巍
• 申請（專利權(quán)）人: 劉巍
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04L12/931;H04L12/939;H04L12/26
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31236
• 代理人: 胡晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冗余以太網(wǎng)技術(shù)，特別涉及是一種滿足能在工業(yè)冗余以太網(wǎng)應(yīng)用場景中實現(xiàn)各網(wǎng)元節(jié)點的時間同步技術(shù)，主要是針對于IEC62439-3協(xié)議標準下的冗余以太網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)。

背景技術(shù)

工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實效、高擴展性及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業(yè)廠商，控制系統(tǒng)和工廠自動化系統(tǒng)常常采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)完成工業(yè)控制任務(wù)，是未來工業(yè)4.0的通訊控制領(lǐng)域的主打技術(shù)。然而在工廠、電力以及智能交通等很多工業(yè)控制領(lǐng)域的實際應(yīng)用場合下，設(shè)備所處的環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，用戶對以太網(wǎng)的可靠性要求也越來越高。為了保證不會因通信服務(wù)器失效、網(wǎng)絡(luò)斷線或交換機故障而導(dǎo)致整個通信系統(tǒng)癱瘓，現(xiàn)在普遍通過以太網(wǎng)冗余技術(shù)來提高網(wǎng)絡(luò)容錯的能力。

因此IEC62439-3應(yīng)時代而生，是一個非常先進且可靠的以太網(wǎng)冗余協(xié)議，是一個國際性標準，有著廣泛的廠商支持。IEC62439-3有HSR(高可用性無縫冗余環(huán))和PRP(并聯(lián)冗余協(xié)議)兩種應(yīng)用模式。一個典型的HSR網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1，即所有節(jié)點設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)口都連接在一個雙向環(huán)網(wǎng)上，典型的設(shè)備形態(tài)有DANH(雙連接節(jié)點)和RedBox(冗余盒子，是擁有三個外部以太網(wǎng)端口的實體)兩種。RedBox可以為目前還不具備冗余功能的設(shè)備提供代理支持，并提供多設(shè)備和多端口接入。協(xié)議規(guī)范中RedBox的功能可分為兩部分，一部分是標準的冗余交換功能，另一部分為代理橋接功能。A/B口是掛在環(huán)網(wǎng)上，用戶的數(shù)據(jù)通過InterLink(連接到以太網(wǎng)的端口)口進行上下業(yè)務(wù)，管理口稱之為CPU口，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控配置等操作。發(fā)端發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)會復(fù)制兩份在環(huán)的兩個方向進行傳輸，數(shù)據(jù)到達目的地后，節(jié)點設(shè)備會根據(jù)協(xié)議所規(guī)范的標準進行選擇一路作為收。換言之，數(shù)據(jù)在起點和終點是雙發(fā)選收的模式，數(shù)據(jù)在鏈路中傳播則是按照設(shè)備配置的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則進行，此時猶如一臺正常運行的交換機。

工業(yè)以太網(wǎng)以及未來的工業(yè)4.0對實時性需求也逐步迫切，且要求的精度也是不斷提高，精度甚至是達到納秒級別，這就有必要在環(huán)網(wǎng)內(nèi)部署時間同步協(xié)議，來實現(xiàn)所有節(jié)點設(shè)備的時間同步。選擇通信領(lǐng)域成熟IEEE的1588V2標準無疑是最佳的選擇。眾所周知IEEE 1588V2協(xié)議在實現(xiàn)時間同步的一個前提條件，就是要滿足上下行鏈路的延時對稱。圖2是沒有交換網(wǎng)絡(luò)的時間同步模型，主MS(報文處理單元)和從MS之間傳輸報文的延時相同，即鏈路延時對稱，對時較為方便，圖2的時基偏移計算公式如下：Offset＝(T2-T1)-(T4-T3)。然而，很顯然在環(huán)網(wǎng)中存在多個HSR/PRP交換模塊，數(shù)據(jù)在上下行鏈路的延時是完全不對稱，且不固定，無法采用沒有交換網(wǎng)絡(luò)的時間同步模型進行對時。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種冗余以太網(wǎng)的同步對時設(shè)備，在冗余環(huán)網(wǎng)中應(yīng)用時，可以實現(xiàn)在整個冗余環(huán)網(wǎng)下的多個節(jié)點設(shè)備的時間同步。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種冗余以太網(wǎng)的同步對時設(shè)備，包括：

冗余交換單元，用以實現(xiàn)雙向冗余傳輸并根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑轉(zhuǎn)發(fā)報文，其具有第一網(wǎng)絡(luò)接口、第二網(wǎng)絡(luò)接口、管理接口及業(yè)務(wù)接口；

至少三個時間戳生成單元，用以在接收或輸出報文時生成并記錄相應(yīng)時間戳，接收從冗余交換單元輸出報文的時間戳生成單元還用以記錄報文在冗余交換單元內(nèi)傳輸用的累加延時值，其中，第一時間戳生成單元連接在所述第一網(wǎng)絡(luò)接口和第一物理接口之間，第二時間戳生成單元連接在所述第二網(wǎng)絡(luò)接口和第二物理接口之間，第三時間戳生成單元連接在業(yè)務(wù)接口和報文處理單元之間；

所述報文處理單元，根據(jù)配置而成為主單元或從單元，用以發(fā)送、或接收報文，從單元還用以根據(jù)接收的報文中的時間戳和累加延時值確定時基偏移；以及

時基單元，用以接收所述報文處理單元確定的時基偏移來調(diào)整時基，還用以提供時基給各所述時間戳生成單元。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，主單元發(fā)送同步請求報文，或響應(yīng)于同步響應(yīng)報文而發(fā)送資源報文；從單元轉(zhuǎn)發(fā)接收到的同步請求報文，或響應(yīng)于所述同步請求報文而發(fā)送同步響應(yīng)報文、且在接收到所述資源報文后根據(jù)資源報文中的時間戳和累加延時值確定時基偏移。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述時基偏移計算公式為

Offset＝((T2+T3+CorrectField[T3/T4])-(T1+T4+CorrectField[T1/T2]))/2，