专利名称：一种支持5ms内快速恢复冗余技术、符合轨道交通控制系统要求的管理型千兆工业以太网 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种支持5ms内快速恢复冗余技术、符合轨道交通控制系统要求的管理型千兆工业以太网交换机，其涉及工业以太网故障快速恢复技术领域，在工业控制现场、 轨道交通、视频监视、恶劣环境检测等领域有较为广阔的应用。
背景技术：
随着以太网技术的成熟发展，以太网技术逐渐被引入到工业通信控制领域，大有取代其他现场总线的趋势。工业以太网以其开放的标准和易扩展性，在工业通信控制领域得到了广泛的应用，然而其稳定性和实时性仍不及其他现场总线，故各类管理型的工业以太网交换机开始进入工业以太网领域，为增加其稳定性，满足工业的高需求，各类型的冗余网络被引入到工业以太网领域中。RSTP就是其中一种，然而其几秒到几十秒的恢复时间，根本满足不了工业实时需求。环网冗余技术的引入，为工业以太网注入了新鲜的血液，使工业以太网更加成熟、稳定可靠。环网冗余技术大大缩短了恢复时间，但其从网络中断到恢复还是需要时间的。因此，如何提供更快的恢复时间，且构建的网络稳定可靠便成为一个焦点的技术问题。工业要求通信网络必须稳定可靠，然而以太网作为一种开放标准的网络，给我们带来很多方便，但也正因为其开放的标准，导致其存在很多意想不到的安全隐患，例如病毒、恶意软件，或者网线接头松掉、交换机电源中断等导致网络中断现象，这些都直接影响到工业的安全生产。链路冗余技术可满足网络中断后快速恢复。很多工业现场对通信的实时性还是要求很高的，也就是说，不但要求稳定可靠，而且要求实时性很强。所以，一种快速的冗余机制，把工业以太网中断后恢复通信的时间尽可能的缩短，达到工业所要求的实时性，成为迫切的需求。冗余技术需要周期性的监测连接端口，实时分析网络结构，并且需要处理相应的指令，传送相关信息，以建立起新的链路，所有这些，都需要时间。故一种好的算法和方案， 成为设计者追求的目标，冗余技术的发展也从以前的300ms，发展到现在的100ms，甚至更低。
发明内容
为达到更快的冗余恢复技术，本发明提供一种支持快速恢复冗余技术的管理型千兆工业以太网交换机，其采用新的冗余算法，通过算法选出主从交换机并确定正常链路和备份链路，通过中断、轮询监测的方法来判断端口的通信状态，通过更改端口状态来实现备份链路和正常链路的切换，把千兆冗余技术的恢复时间缩短为5ms以内，把百兆冗余技术的恢复时间缩短为15ms以内。本发明的方案利用千兆端口快速的传送速率，实时性的硬件中断功能，结合优化的编程算法，在千兆组建的冗余网络中，从出现网络中断到自恢复之间的时间缩短到5ms以内，而再次组建冗余网络的时间为零，根本不影响正常通信。本发明的方案利用百兆端口组建的冗余网络，由于采用了精良的优化算法和特殊的处理方式，使从出现网络中断到自恢复的时间缩短到15ms以内，而再次组建冗余网络的时间仍为零，此项技术已足以满足工业通信控制的需求。本发明突破了国内外冗余网络(如RSTP)或其他环网冗余技术所能达到的恢复时间，同时极大的缩短了故障的恢复时间，为工业以太网技术的发展起了极大的促进作用。
图1示出本发明的一种具体实施方式
中组成环网的流程图；图2示出本发明的一种具体实施方式
中检测到环网端口变化时所采取的步骤的流程图；图3示出本发明的一种具体实施方式
中交换机对所接收到的IinkUp包的判断的流程图。
具体实施例方式为达到千兆5ms、百兆15ms内的故障恢复时间，本发明的方案采用以下的实现方式a)本发明的方案的交换机采用千兆和百兆共存的接入方式，其中千兆端口连接状态采用硬件中断的方式，以使连接信号能更快速、更准确的到达处理器进行分析处理。b)本发明的方案使用MAC地址标识交换机的主从关系，并经过自动传送、自动计算得出主从关系。c)本发明的方案使用固定的ID号来标识同一冗余环网。同一网络可以存在多个冗余环网。d)本发明的方案使用固定的几组千兆、百兆端口来组建冗余网络。e)本发明的方案使用 0x000001505e00006cULL和 0x000001505e00006dULL作为某个时间段的BPDU地址。同时使用协议号为0x7010的组播包作为通信的报文，对各个交换机进行控制。f)采用本发明的方案的工业交换机组成环网时，所有端口默认状态是block。如果当端口链接状态变化时符合其中一个条件1、非环网端口 2、环网端口不同时link Up 3、端口 link down但环网还没完成，遵循如下规律链接状态变为link up时端口状态改为 forward，链接状态变为link down时改为block。具体见图1。g)采用本发明的方案的工业交换机组成冗余环网时，当交换机检测到环网端口状态变化且两个端口均为link Up时，发送link Up报文。如果两个端口同时变化为link up, id较大的端口改为forward，另一个保持不变。否则端口状态保持不变化。BPDU改为 0x01505e00006cULL, link Up计数器随中断tick增加，每1个tick发送一个报文。具体见图2。h)采用本发明的方案的工业交换机组成冗余环网时，当交换机接收到优先级比自己大的link Up报文，则停止发送link Up报文，同时将BPDU改为0x015(^e00006dULL。当交换机接收到自己的link Up报文，认为环网已形成，link Up报文记数清零。具体见图3。
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i)采用本发明的方案的工业交换机组成冗余环网时，当某个交换机发送link Up 报文记数大于30时，阻塞端口进入forward状态，IinkUp记数清零同时停止发送link Up 报文，同时将 BPDU 改为 0x000001505e00006dULL。j)检测到环网已形成，主交换机BPDU改为0x01505e00006dULL，除轮询计数器外其他计数器清零，block的端口进入disable状态，清除MAC地址列表，同时发送已形成的通知报文。k)冗余网络中交换机接收到已形成的通知报文时，所有计数器清零，清理MAC地址表后设置环网状态为已完成状态。1)当冗余网络的状态为已完成状态，交换机检测到某个端口状态变link down则发送link down报文通知所有交换机立即进入未完成状态。同时清理MAC地址表，link down的端口进入block状态。m)关于link down报文通知过程如果最早发现状态改变的交换机发现自己端口没有disable状态，则立即发送一个带BPDU的Iinkdown报文。交换机连续发送3个不带 BPDU 的 link down 报文。η)交换机接收到link down报文，如果还处于环网已完成状态则需要如下处理 当交换机端口均不为disable状态，立即转发一个带BPDU的link down报文，进入未完成状态，同时清理MAC地址表。如果存在disable的端口立即进入转发状态，立即转发一个不是 BPDU 的 link down 报文。ο)冗余网络中只有两个状态未完成状态和已完成状态。ρ)冗余网络的端口具有三个状态disable，block和forward. Block只能接受 BPDU的数据包但不转发，forward接收和转发所有的数据包。Disable与Block状态的差别是Block可以发送BPDU报文，而Disable不可以发送BPDU报文。q)本发明的方案最核心的地方是link down报文传输，环网完成以后所有的BPDU 地址均为0X000001505e00006dULL。当最早发现状态改变的交换机发现自己端口都没有 disable状态，则首先发送一个带BPDU的link down报文，接着再发送不带BPDU的link down报文。如果相连交换机端口为disable状态，则这样的操作能保证很短的时间内所有的交换机都接收到link down报文。即使相连交换机端口不为disable状态，其他交换机在收到link down报文时发现自己的环网状态仍为已完成，则立即转发送一个带BPDU的link down报文。使用BPDU报文和普通多播包结合的方式保证所有交换机(各方向不超过250 台)在Ims内网卡均可以接收到link down报文。
权利要求
1. 一种支持快速恢复冗余技术的管理型千兆工业以太网交换机，其采用新的冗余算法，通过算法选出主从交换机并确定正常链路和备份链路，通过中断、轮询监测的方法来判断端口的通信状态，通过更改端口状态来实现备份链路和正常链路的切换，把千兆冗余技术的恢复时间缩短为5ms以内，把百兆冗余技术的恢复时间缩短为15ms以内。
全文摘要
一种支持5ms内快速恢复冗余技术、符合轨道交通控制系统要求的管理型千兆工业以太网交换机。其采用新的冗余算法，通过算法选出主从交换机并确定正常链路和备份链路，通过中断、轮询监测的方法来判断端口的通信状态，通过更改端口状态来实现备份链路和正常链路的切换，把千兆冗余技术的恢复时间缩短为5ms以内，把百兆冗余技术的恢复时间缩短为15ms以内。
文档编号H04L12/56GK102223222SQ20101016206
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者贺冬 申请人:苏州恒启自动化工程有限公司