技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具體是一種EPA(基于以太網(wǎng)的工業(yè)自動化) 網(wǎng)絡(luò)的鏈路冗余控制方法。

背景技術(shù)

EPA實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，是一種全新的適用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的開放性實(shí)時(shí)以太 網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，將大量成熟的IT技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)。EPA系統(tǒng)是一種分布式 系統(tǒng)，它利用ISO/IEC8802-3、IEEE802.11、IEEE802.15等協(xié)議將分布在現(xiàn)場 的若干個(gè)設(shè)備、微網(wǎng)段以及控制/監(jiān)視設(shè)備連接起來，使所有設(shè)備一起運(yùn)作， 協(xié)同完成工業(yè)生產(chǎn)過程和操作中的測量和控制。

EPA網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，可靠性要求非常苛刻。EPA網(wǎng)橋是EPA產(chǎn)品 鏈中的重要設(shè)備，它把兩個(gè)或多個(gè)微網(wǎng)段互連起來，既要求實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)段內(nèi)設(shè) 備的通信數(shù)據(jù)有效隔離，又必須確保微網(wǎng)段內(nèi)設(shè)備同外網(wǎng)段設(shè)備數(shù)據(jù)通信的 快速性和準(zhǔn)確性。因此EPA網(wǎng)橋鏈路的可靠性對于EPA網(wǎng)絡(luò)高效、可靠運(yùn)行 非常關(guān)鍵。鏈路冗余技術(shù)對于提高和改善工業(yè)以太網(wǎng)鏈路的可靠性具有很好 的應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)有的以太網(wǎng)鏈路冗余技術(shù)主要在交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)，通過在各交 換節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建多條物理鏈路來提供冗余通信路徑，(如“雙以太網(wǎng)冗余通信 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用”劉麗軍等，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2005年18卷7期，通過建 立在TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)協(xié)議基礎(chǔ)上的Socket(套接字)來 建立客戶端和服務(wù)器端的連接，客戶端和服務(wù)器如果檢測到通信故障將自動 啟用備用鏈路)，從而提高網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)能力和提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。然而交 換機(jī)與EPA網(wǎng)橋功能定義不同，交換機(jī)實(shí)現(xiàn)鏈路冗余的控制方法無法實(shí)現(xiàn)微 網(wǎng)段設(shè)備通信數(shù)據(jù)的有效隔離；同時(shí)，目前針對EPA網(wǎng)絡(luò)的鏈路冗余控制方 法還沒有出現(xiàn)較好的解決方案。為此，設(shè)計(jì)一種基于EPA網(wǎng)橋的鏈路冗余控 制方法以提高EPA網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對EPA工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中鏈路的高可靠性要求，提出了一種適用 于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，以EPA網(wǎng)橋?yàn)檩d體的鏈路冗余控制方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

根據(jù)EPA工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)并結(jié)合EPA協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在EPA網(wǎng)橋中設(shè)置 EPA網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余處理模塊，修改EPA網(wǎng)橋的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能，采用μC/OS-II (實(shí)時(shí)嵌入式)操作系統(tǒng)以任務(wù)管理機(jī)制對網(wǎng)橋所有功能進(jìn)行統(tǒng)一管理。EPA 網(wǎng)橋進(jìn)入數(shù)據(jù)通信狀態(tài)后，一方面提取與其通信的設(shè)備的EPA通信標(biāo)識符 (0x88CB)，判定通信設(shè)備的合法性和當(dāng)前鏈路的狀態(tài)，網(wǎng)橋解析模塊接收網(wǎng) 絡(luò)上其他所有網(wǎng)橋發(fā)送的配置橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU報(bào)文，解析各個(gè)BPDU包 文中所攜帶的各個(gè)網(wǎng)橋唯一的ID號，將ID號最小的網(wǎng)橋確定為網(wǎng)絡(luò)中的根網(wǎng) 橋，根網(wǎng)橋負(fù)責(zé)周期性向全網(wǎng)發(fā)送拓?fù)鋮f(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDU，即將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)告知其他網(wǎng)橋。網(wǎng)絡(luò)解析模塊對網(wǎng)絡(luò)路徑進(jìn)行分析判斷，如果當(dāng)前網(wǎng)橋收 到攜帶自己ID號的橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU報(bào)文，說明網(wǎng)絡(luò)中存在環(huán)路，將由根 網(wǎng)橋根據(jù)路徑優(yōu)先級確定修剪后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而優(yōu)先級判斷模塊根據(jù)時(shí) 間戳差確定網(wǎng)橋的優(yōu)先級，選擇最健壯的鏈路作為通信鏈路，其余為冗余備 份鏈路，端口狀態(tài)模塊將環(huán)路中連接冗余備份鏈路的網(wǎng)橋端口設(shè)置為阻塞狀 態(tài)，將網(wǎng)絡(luò)修剪為無環(huán)路的樹狀結(jié)構(gòu)。另一方面通過STP(Spanning?Tree Protocol)生成樹算法周期性發(fā)送鏈路探測報(bào)文，識別通信鏈路的通信狀態(tài)，當(dāng) 發(fā)現(xiàn)當(dāng)前通信鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，由生成樹算法(STP)自動啟用備用鏈路，從 而實(shí)現(xiàn)EPA通信鏈路快速、高效、可靠運(yùn)行。

鏈路冗余控制避免環(huán)路的出現(xiàn)，本發(fā)明所提出的控制方法通過在EPA網(wǎng)橋 實(shí)現(xiàn)STP(Spanning?Tree?Protocol)生成樹算法來阻塞一些冗余鏈路端口，將具 有冗余鏈路功能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)修剪成一個(gè)無環(huán)路的樹形拓?fù)洌苊饬司W(wǎng)絡(luò)中出 現(xiàn)環(huán)路。當(dāng)活動鏈路失效時(shí)，自動調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重新構(gòu)造出一個(gè)樹形拓?fù)洌? 由此達(dá)到鏈路備份的目的，EPA網(wǎng)絡(luò)也因此具備了一定的網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)能力。該網(wǎng) 橋采用生成樹算法(STP)實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)段鏈路冗余控制功能，避免網(wǎng)段出現(xiàn)通信 環(huán)路，提高了通信鏈路的可靠性，使EPA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)時(shí)、有序、可靠的進(jìn)行報(bào) 文處理和轉(zhuǎn)發(fā)，從而有助于構(gòu)建具有高可靠性的大規(guī)模EPA控制網(wǎng)絡(luò)。

附圖說明

圖1EPA現(xiàn)場設(shè)備或微網(wǎng)段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖2EPA網(wǎng)橋軟件組成結(jié)構(gòu)示意圖

圖3EPA網(wǎng)橋鏈路冗余控制示意圖