[發明專利]一種基于交換和環網冗余的高速總線網絡

有效

• 申請號: 202011054860.5
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112202690B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 陳建波;郭文斌;陳果;陳園園
• 申請（專利權）人: 北京航星機器制造有限公司
• 主分類號: H04L49/552
• 分類號: H04L49/552;H04L49/55;H04L12/40
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所有限公司 11386
• 代理人: 李明里

1.一種基于交換和環網冗余的高速總線網絡，其特征在于，包括N個交換節點和M*N個終端節點；

每一個交換節點與M個終端節點首尾相連組成環網，N個交換節點之間按星型結構互聯，構成一個交換+環網的復合網絡結構；

在所述復合網絡結構中，其中的一個交換節點作為網絡的核心節點，對全網的數據交互和通信互聯進行通信調度，使整個網絡在一個全局統一時間內，達到同步穩定狀態，避免傳輸沖突的發生；

交換節點包含兩個完全相同且彼此獨立的交換單元，兩者互為冗余備份，備份交換單元冗余通過路徑持續監聽主交換單元的網絡調度過程，當發現主交換單元停止調度后，備份交換單元立即啟動，接替總線網絡的持續調度，避免網絡癱瘓；

終端節點作為網絡的數據終端，用于通信數據流的產生和接收處理；

所述高速總線網絡的通信調度中，采用有序調度和自由調度相結合的網絡通信調度方法，將每個總線網絡調度周期分成有序調度周期和自由調度周期；

所述通信調度方法包括以下步驟：

1)將總線時間劃分為確定的基本周期；

2)在每個總線網絡調度周期的起始時刻，以交換節點中的其中一個作為總線控制器，發送一個廣播報文到所有的網絡節點，指示當前進入有序調度階段；

在有序調度周期，作為總線控制器的交換節點向其他交換節點和終端節點有序發送包括控制命令在內的高實時、小數據流、低帶寬的周期數據；

所述控制命令包括時間同步信息，傳感器參數配置命令以及其他自定義的命令；

各節點響應的內容為時間同步信息，傳感器當前參數配置、工作狀態是否正?；蛘呙钍欠衽渲贸晒Γ⑶腋鞴濣c的響應報文里面包含目的地址信息；

當一個節點收到其他節點的響應報文時進行目的地址信息判斷，當發現目的地址不是自己時，將響應報文轉發出去，以此方式，所有的響應報文經過各節點的轉發最終會匯聚到總線控制器；總線控制器根據各節點響應報文的節點地址和目的地址信息，判斷各節點的響應情況，總線控制器收到了所有節點的響應報文后，認為有序調度周期結束；或者，在設定的時間范圍內沒有接到節點的響應報文，即認為有序調度周期結束；

3)當各節點的有序調度結束后，總線控制器會再發送一個廣播報文，指示當前的調度階段進入自由調度階段；

在自由調度周期，網絡中各節點之間自由進行包括傳感器和多媒體數據在內的低實時、大數據流、高帶寬的數據的傳輸；

指示當前的調度階段進入自由調度階段的廣播報文，包括自由調度指令的低優先級調度同步指示包，使各節點明確進入自由調度階段；

自由調度階段，主要傳輸大數據流高帶寬的周期數據；自由調度采用點到點通信，在網絡中可以同時傳輸多個方向的數據；如果數據塊很大，總線并不要求也不允許在一個總線網絡周期內完成整個數據塊的傳輸，而是按照每個自由調度周期最大數據傳輸量將數據塊分成若干個數據子塊，在連續的總線網絡周期的自由調度階段，依次傳輸所述數據子塊直至完成整個數據塊的傳輸。

2.根據權利要求1所述的高速總線網絡，其特征在于，所述交換節點和交換節點之間，交換節點和終端節點之間，終端節點和終端節點之間均采用光纖和以太網雙絞線進行連接，光纖和以太網互為冗余。

3.根據權利要求1所述的高速總線網絡，其特征在于，

在有序調度階段，作為總線控制器的交換節點發起的網絡傳輸其他交換節點和終端節點必須進行響應，并且不允許其他節點主動發起網絡數據傳輸。

4.根據權利要求3所述的高速總線網絡，其特征在于，

根據總線控制器發送控制命令的周期特性，總線控制器選擇在控制指令沒有改變的總線網絡調度周期只進行自由調度，不進行有序調度。

5.根據權利要求1所述的高速總線網絡，其特征在于，所述總線網絡在物理層、鏈路層，網絡層、傳輸層和應用層均采用冗余容錯，保證網絡的可靠性。

6.根據權利要求5所述的高速總線網絡，其特征在于，所述冗余容錯包括以下方法：

1)物理層的光電冗余；通過光纖和以太網的互為冗余，利用銅纜的抗振動、抗拉伸性能和光纜的抗電磁干擾性能，提升傳輸的可靠性；

2)鏈路層的幀校驗去冗余；對網絡中多條冗余路徑帶來的報文冗余進行幀校驗去除冗余數據報文，上傳鏈路層唯一正確的數據報文；

3)數據重傳；對數據報文進行逐條的傳輸超時時間配置，當出現傳輸超時提供重傳機制，支持包括三次重傳的四次傳輸；

4)固定響應回環；通過在傳輸層進行在線判斷，固定響應回環判斷通信的傳輸層、鏈路層、物理層通信狀況，用于實現通信故障的監聽；

5)傳輸層調度控制切換；在交換節點設置兩個完全相同且彼此獨立的交換單元，兩者互為冗余備份，備份交換單元冗余通過路徑持續監聽主交換單元的網絡調度過程，當發現主交換單元停止調度后，備份交換單元立即啟動，接替總線網絡的持續調度，避免網絡癱瘓；

6)應用層運行監控；對應用層響應回環進行刷新，監控應用層運行狀況。