[發(fā)明專利]一種防止通信路徑改變的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)路檢測方法

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• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108712333A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹寧;劉宏博;汪飛
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: H04L12/705
• 分類號: H04L12/705;H04L12/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 顏盈靜

本發(fā)明公開了一種防止通信路徑改變的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)路檢測方法，選擇環(huán)路中優(yōu)先級最低的端口作為待阻塞端口，為了防止通信路徑改變，當(dāng)前操作端口的優(yōu)先級應(yīng)高于被阻塞端口和鏈路建立之后立即添加的端口的優(yōu)先級，該方法在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的L2SW中實現(xiàn)，先定義端口狀態(tài)，然后設(shè)計一個特定格式的環(huán)路檢測幀并進行環(huán)路檢測和信息采集，最后在環(huán)路中選擇待阻塞端口。本發(fā)明不損失網(wǎng)絡(luò)的同步精度，不改變通信路徑，具有良好的容錯性，本發(fā)明對于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)具有重要價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)現(xiàn)場總線領(lǐng)域，特別涉及針對防止通信路徑改變的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)路檢測的方法。

背景技術(shù)

近年來，工業(yè)現(xiàn)場總線在工廠自動化(FA)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度越來越高，從而增加了信息幀通過環(huán)路循環(huán)的風(fēng)險，而環(huán)路檢測能抑制其風(fēng)險。傳統(tǒng)的環(huán)路檢測方法往往會改變通信路徑和傳輸延遲，難以保持同步傳輸。

以太網(wǎng)不僅適用于家庭和辦公室環(huán)境中的局域網(wǎng)，也適用于廣域網(wǎng)(如數(shù)據(jù)通信系統(tǒng))，同時以太網(wǎng)也具備帶寬和成本方面的優(yōu)勢。但是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)不能實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)所需的實時、可靠的通信，為了解決這個問題，工業(yè)現(xiàn)場總線已經(jīng)在IEC61158協(xié)議下標(biāo)準(zhǔn)化，實時、高度可靠的通信協(xié)議也在IEC61784-2協(xié)議中得到了規(guī)范。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是通過工業(yè)現(xiàn)場總線連接單個主設(shè)備和多個從設(shè)備而構(gòu)建的。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)有許多技術(shù)要求：設(shè)備之間的同步，如控制器，機器人和傳感器；容錯系統(tǒng)；靈活和可擴展的網(wǎng)絡(luò)；可維護性；環(huán)境穩(wěn)健；網(wǎng)絡(luò)安全。當(dāng)使用以太網(wǎng)交換機擴展網(wǎng)絡(luò)并在各種設(shè)備之間引入多個路徑時，存在廣播幀和多播幀通過環(huán)路循環(huán)的風(fēng)險。環(huán)路不僅會減少可用帶寬，還會損失同步的精度，傳統(tǒng)方法通過阻塞環(huán)路中的端口消除環(huán)路，但是這種方法會改變通信路徑，由此引起的延遲對同步的精度有很大影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種在不改變通信路徑的前提下，進行工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)路檢測的方法，主要思想是選擇環(huán)路中優(yōu)先級最低的端口作為待阻塞的端口，為了避免通信路徑改變，當(dāng)前端口的優(yōu)先級被設(shè)置為高于被阻塞端口和鏈路建立之后立即添加的端口的優(yōu)先級。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種防止通信路徑改變的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)路檢測方法，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的L2SW中實現(xiàn)，包括以下步驟：

步驟1：設(shè)計一個用于操作管理和維護消息的環(huán)路檢測幀，其格式如下所示：

步驟2：定義三種類型的端口狀態(tài)，優(yōu)先級由高到低分別為“運行”、“過濾”、“阻塞”，所有端口會定期發(fā)送環(huán)路檢測幀；

狀態(tài)為“運行”的端口，可以轉(zhuǎn)發(fā)用戶幀和環(huán)路檢測幀；

狀態(tài)為“過濾”的端口，可以轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)路檢測幀，但不能轉(zhuǎn)發(fā)用戶幀；

狀態(tài)為“阻塞”的端口，不能轉(zhuǎn)發(fā)用戶幀或環(huán)路檢測幀；

若端口狀態(tài)相同，則根據(jù)設(shè)備特定標(biāo)識符的大小評估兩臺交換機端口之間的相對優(yōu)先級，并根據(jù)端口號評估L2SW中端口的相對優(yōu)先級，由此確定網(wǎng)絡(luò)中所有端口的相對優(yōu)先級；

步驟3：選擇環(huán)路中具有最低優(yōu)先級的端口作為阻塞端口；

步驟4：通過逐步關(guān)閉具有最低優(yōu)先級的端口來檢測和消除環(huán)路。

所述環(huán)路檢測幀具有三個特定的參數(shù)：出端口，最低端口狀態(tài)和最低MAC；

出端口，保存環(huán)路檢測幀的出口端口號；

最低端口狀態(tài)，保存環(huán)路中的最低端口狀態(tài)，當(dāng)L2SW轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)路檢測幀時，通過比較前面定義的端口優(yōu)先級來更新最低端口狀態(tài)；

最低MAC，保存具有最低端口狀態(tài)的L2SW端口的MAC地址；