[發明專利]用于運行具有冗余路由器的通信系統的方法和路由器

有效

• 申請號: 201980087409.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN113302886B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 法魯克·克斯金
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: H04L45/021
• 分類號: H04L45/021;H04L45/28;H04L45/586;H04L45/74;H04L47/24
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 徐麗華

在具有冗余的路由器的通信系統內，根據存儲在路由器的路由表中的路由信息，由路由器(101?106)將數據報從源通信設備轉發到目標通信設備。針對通信終端設備(201?203)分別將配有由多個路由器組成的組(11、12)的虛擬路由器配置為默認網關。源自配屬于虛擬路由器的相同的組的路由器相互選出作為激活的默認網關運行的路由器(104、103)。不作為激活的默認網關運行的路由器被操作為預留網關。相應的激活的默認網關僅依據存儲的地址分配的、從預留網關接收到的請求(1)將全部存儲的地址分配(2)以打包方式分別傳輸到發請求的預留網關。

技術領域

本發明涉及用于運行具有冗余路由器的通信系統的方法和路由器。

背景技術

工業自動化系統通常包括多個經由工業通信網相互聯網的自動化裝置，并且在制造或過程自動化的領域中用于控制或調節設備、機器或裝置。基于工業自動化系統中的時間關鍵的框架條件，為了自動化裝置之間的通信主要使用實時通信協議、如PROFINET、PROFIBUS、實時以太網或時間敏感型網絡(TSN)。

工業自動化系統的計算機單元或自動化裝置之間的通信連接的中斷能夠導致服務請求的傳輸的不期望或不必要的重復。此外，未被傳輸或未被完全傳輸的消息例如能夠妨礙工業自動化網絡過渡或保持到安全的運行狀態中。這能夠最后導致整個生產設備的故障和高成本的停產。在工業自動化系統中通常由具有相對較多但是相對較短的消息的信息交換造成特別的問題，由此加劇了上述問題。

為了能夠平衡通信連接或設備，針對高可用性的能冗余運行的工業通信網發展通信協議、如高可用性無縫冗余或并行冗余協議。高可用性無縫冗余(HSR)和并行冗余協議(PRP)在標準IEC?62439-3中限定并且能夠以盡可能小的恢復時間實現消息的無干擾的冗余傳輸。根據高可用性無縫冗余和并行冗余協議，由發送的通信設備復制每個數據幀(Frame)并且在兩個不同的到接收器的路徑上發送。通過接收側的通信設備從接收的數據流中濾出代表副本的冗余的消息。

介質冗余協議(MRP)在標準IEC?62439-2中限定，并且能夠實現在具有簡單的環形拓撲結構的網絡中在數據幀的有沖突的冗余的傳輸時各個連接的補償。根據介質冗余協議，在環形拓撲結構中具有兩個接口的交換機對應冗余管理器，其監視網絡的連接故障并且在可能的情況下為閉環引入開關措施。在正常的運行狀態中，冗余管理器根據測試數據幀檢查：是否在環形拓撲結構中出現中斷。如果在環形拓撲結構中有交換機或連接故障，那么由接口發出的測試數據幀不再分別在其它接口上接收。根據其冗余管理器能夠識別故障并且在數據幀故障時利用與正常運行狀態不同的有效數據從一個接口傳輸到另外的接口，并且反之亦然。

借助于公共地址冗余協議(CARP)能夠將應用服務器、防火墻或路由器實現為高可用性的系統。對此設置至少兩個相互冗余的系統組件，其能夠接管相同的任務并且配有相同的子網。冗余的系統組件分別具有明確的IP和MAC地址并且組成設備聯合體。該設備聯合體同樣配有IP和MAC地址，經由其使其它的設備或系統與設備聯合體通信。在此，設備聯合體的系統組件采納用于發現設備聯合體的任務的主機作用，同時其余的系統組件采納輔機作用。當具有主機作用的系統組件有故障時，迄今為止對應輔機作用的系統組件接管其任務并且能經由對應于設備聯合體的IP或MAC地址訪問。

在路由中的部分線路故障能夠通過動態路由或選擇替換線路簡單地補償的同時，在終端設備中配置的默認網關的故障是有問題的。如果默認網關不作為用于終端設備的第一路由器提供，那么原則上不能夠由此實現涉及的子網的路由。借助于熱備份路由器協議(HSRP)將多個路由器組合為一個設備組，通過其實現邏輯路由器。該邏輯路由器配有IP或MAC地址，經由其能訪問設備組的選出的初級路由器。所有其它的路由器代表次級路由器并且目前不能經由對應于邏輯路由器的IP或MAC地址訪問。初級路由器借助于標準地每3秒發送的多播消息為次級路由器報告其功能準備。如果該多播消息消失例如10秒鐘，那么迄今為止的次級路由器被選出作為新的初級路由器并且將對應于邏輯路由器的IP或MAC地址連接到其網絡接口上。