单向环形网络故障点定位方法、集中器、终端设备及系统与流程

本发明涉及一种故障点定位，尤其涉及一种单向环形网络的故障点定位方法、集中器、终端设备及其系统。

背景技术：

环形结构具有网络结构简单，投资最小、传输速度较快等特点，常用于光纤网络，随着光纤通信技术的发展，环形结构被广泛用于各个领域，尤其在电力系统领域，光纤具有传输容量大、传输距离远、不受电磁干扰等特性，能够满足电力系统稳定和安全运行的要求，因而受到了人们的热烈欢迎，但是在环形结构中的每个节点均成为网络可靠性的瓶颈，任意节点出现故障都会造成网络瘫痪，故障管理比较困难。

故障管理，是通信网络管理的一项重要内容，也是反映通信网络管理水平的一项重要指标。在故障管理中，只有准确地确定故障发生的位置，才能使得发生故障的通信设备或传输线路得到及时修复，以保证通信网络的正常运行，因此，故障定位是故障管理中的一个关键。

在电力系统中，如在集中抄表系统，当网络出现故障时，如何在广阔的电网中及时、准确定位故障点，为检修人员快速查找和排除故障，以及为减少因网络故障造成的经济损失具有重要的意义。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种单向环形网络的故障点定位方法，其能够在不增加通信设备成本的基础上，实现快速检测故障，准确定位故障点，降低了工作人员的劳动强度，也提高了工作效率，同时降低了检修成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种单向环形网络的故障点定位方法，所述单向环形网络为由一个集中器和多个终端设备串联形成具有多个节点的单向闭环网络，则所述单向环形网络的故障点定位方法包括步骤：

集中器根据预设的第一时间阈值T1，周期性地下发网络管理报文；

集中器接收最后节点传输来的多个故障报文，并根据所述故障报文进行故障点定位，其中，所述故障报文包括故障节点的地址。

本发明还提供了一种单向环形网络的故障点定位方法，所述单向环形网络为由一个集中器和多个终端设备串联而成具有多个节点的单向闭环网络，则所述单向环形网络的故障点定位方法包括步骤：

当前节点判断在预设的第二时间阈值T2内，是否接收到上一跳节点/集中器传输来的网络报文；

若所述当前节点接收到网络报文，则所述当前节点通过后续各个节点将所述网络报文传输至所述集中器；

若所述当前节点未接收到网络报文，则所述当前节点生成故障报文，并按照预设的时间间隔T3，将所述故障报文多次发送至下一跳节点，并通过后续的各个节点传输至所述集中器；其中，所述故障报文中包括所述当前节点的地址。

对应于上述的故障点定位方法，本发明还提供了一种应用于单向环形网络中的集中器，所述单向环形网络是由一个集中器和多个终端设备串联形成具有多个节点的单向闭环网络，其中，所述集中器包括：

报文生成模块，用于生成网络管理报文；

报文收发模块，用于根据预设的第一时间阈值T1，周期性地下发所述网络管理报文；以及接收最后节点传输来的多个故障报文；

故障定位模块，用于根据所述故障报文中的故障节点地址进行故障点定位。

对应于上述的故障点定位方法，本发明还提供了一种应用的单向环形网络的终端设备，所述单向环形网络为由上述集中器和多个终端设备串联形成具有多个节点的单向闭环网络，其中，所述终端设备包括：

报文收发模块，用于接收到上一跳节点/集中器传输来的网络报文，以及用于将所接收到的所述网络报文转发/透传至下一跳节点/集中器；

控制模块，用于判定在预设的第二时间阈值T2内，所述报文接收模块是否接收到网络报文，若接收到网络报文，则控制所述报文收发模块将所接收到的所述网络报文转发/透传至下一跳节点/集中器；

故障报文生成模块，用于当所述控制模块判断出未收到网络报文，则生成故障报文，并在所述控制模块的控制下，按照预设的时间间隔T3，将所生成的故障报文多次发送至下一跳节点/集中器；所述故障报文中包括生成所述故障报文的终端设备的地址。

进一步地，所述终端设备还包括：

报文识别模块，用于识别所述报文收发模块所接收的网络报文的类型，得到网络报文识别结果；则

所述控制模块用于当所述报文识别模块识别出所述网络报文为网络管理报文时，控制所述报文收发模块将所接收到的所述网络管理报文转发/透传至下一跳节点/集中器；以及当所述报文识别模块识别出所述网络报文为故障报文时，控制所述报文收发模块进入静默状态，并只转发/透传所接收到的所述故障报文至下一跳节点/集中器。

对应于上述的集中器和终端设备，本发明还提供了一种应用于单向环形网络的故障点定位系统，包括上述的集中器，以及多个上述的终端设备，其中，多个终端设备串联，且串联于首端的终端设备与所述集中器的发送端相连，串联于尾端的终端设备与所述集中器的接收端相连。

本发明的有益之处在于：

本发明通过集中器周期性地下发网络管理报文，当单向环形网络出现故障时，该集中器将接收到对应于故障点的终端设备传输来的故障报文，然后根据该故障报文中的故障节点地址进行故障定位，从而实现快速检测故障，精确定位故障点，进而降低了工作人员的劳动强度，提高了工作效率，同时也降低了检修成本。

附图说明

图1为本发明的一种单向环形网络的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的一种单向环形网络的故障点的定位方法的一实施例的流程图；

图3为图2中步骤S13的一实施例的流程图；

图4本发明的一种单向环形网络的故障点的定位方法的又一实施例的流程图；

图5为图4中步骤S23的一实施例的流程图；

图6为本发明的一种单向环形网络的一具体实施例的结构示意图；

图7为本发明的一种应用于单向环形网络的集中器的一实施例的功能模块图；

图8为本发明的一种应用于单向环形网络的终端设备的一实施例的功能模块图；

图9为本发明的一种单向环形网络的故障点定位系统的一实施例的结构示意图；

图10a和图10b分别为图8中的终端设备的转发工作模式和透传工作模式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明的单向环形网络为由一个集中器和多个终端设备串联形成具有多个节点(每个终端设备为一个节点)的单向闭环网络，其中，集中器周期性地下发网络管理报文，若网络正常，则第一节点(即串联于集中器发送端的终端设备)将周期性地接收到集中器下发的网络管理报文，然后该第一节点会将该网络管理报文转发/透传至下一跳节点，再由该下一跳节点转发/透传至再下一跳节点，如此依次转发/透传至最后一跳节点(即串联于集中器接收端的终端设备)，则最后节点将该网络管理报文返回至该集中器；若当该单向环形网络中任何两个节点之间，或者第一节点与集中器之间，或者最后节点与该集中器之间的网络发生故障时，该集中器都将不会收到该网络管理报文，且当单向环形网络中任何两个节点之间，或者第一节点与集中器之间的网络发生故障时，由于对应的节点(即故障节点和该故障节点之后的节点)在预设的第二时间阈值T2内将不会收到该网络管理报文，则其将生成故障报文，并按照预设的时间间隔T3多次发送故障报文至下一跳节点，并最终传输至该集中器，从而使得该集中器可根据该故障报文中的故障节点定位故障节点，进而进行故障点定位；而当最后节点与该集中器之间的网络发生故障时，该集中器在预设的时间段T4内将不会收到任何网络报文(无论是网络管理报文还是故障报文还是其它报文)，则集中器将故障点定位为该最后节点与该集中器之间的网络，即本发明能够简单快速地进行故障检测，并准确地进行故障定位，并且结构简单，也不需要增加新的电器元件。本发明中，该终端设备具有两种工作模式：转发和透传，若当前网络中的节点不具备透传功能，则以转发的工作模式实现，若当前网络中的节点有透传功能时，则以透传的工作模式实现，参见图10a和图10b；当然以转发和透传模式相结合的方式实现也是可以理解的。

实施例一

参见图2，为本发明的一种单向环形网络的故障点定位方法的一实施例的流程图，具体地，本实施例中，该故障点定位方法包括步骤：

S11，集中器根据预设的第一时间阈值T1，周期性地下发网络管理报文。

本实施例中的单向环形网络是由一个集中器和多个终端设备串联组成的单向闭环网络，即串联于首端和串联于尾端的终端设备分别与该集中器发送端和接收端相连，从而构成单向闭环网络，且该集中器周期性地向下发网络管理报文。

S13，集中器接收最后节点传输来的多个故障报文，并根据该故障报文进行故障点定位。本实施中，若第一节点与集中器之间的网络出现故障，则该第一节点及其后面的各个节点，或者该单向环形网络中任何两个节点之间出现故障，两个节点中的后一节点(即对应于故障点的节点，也即故障节点)及该后一节点后面的各个节点都将在预设第二时间阈值T2内接收不到网络管理报文，也即是说，网络中将会有N(N>1)个节点接收不到网络管理报文，而接收不到网络管理报文的节点都将进入故障状态，并各自生成故障报文，然后按照预设的时间间隔T3，多次重复发送故障报文，并通过串联于其后的各个节点最终传输至集中器；若最后节点与集中器之间的网络出现故障，则集中器将接收不到任何网络报文。也即是说，本实施例中，若网络正常，则该集中器将周期性地接收到最后节点传输来的网络管理报文；若网络故障，则该集中器将接收最后节点传输来的多个故障报文(且该最后节点传输来的该多个故障报文，可能包括该最后节点自己生成的故障报文，也可能包括其它节点生成的故障报文，例如该最后节点的前一跳节点生成的故障报文，或者该前一跳节点转发/透传来的，其它节点生成的故障报文)，或者根本接收不到任何网络报文，因此，需要先判断该集中器是否接收到网络报文，从而来判断该集中器与最后节点之间的网络是否正常；则在一具体实施例中，参见图3，该步骤S13具体包括步骤：

S131，集中器判断在预设的时间段T4内是否接收到最后节点发送来的网络报文，若接收到网络报文，则执行步骤S133，若未接收到任何网络报文，则执行步骤S135。本实施例中该预设的时间段T4大于第二时间阈值T2与时间间隔T3之和。

S133，集中器对所接收的网络报文的类型进行识别，若为故障报文，则执行步骤S137，若为网络管理报文，执行步骤S139。

本实施例中，若网络正常，则该集中器将周期性地接收到网络管理报文；若网络故障，且最后节点与集中器之间网络无故障时，该集中器将接收到最后节点传输来的多个故障报文；即该集中器最终可能收到的网络报文可能是网络管理报文，也可能是故障报文，因此，当其收到网络报文时，需要先对网络报文的类型进行判断，然后根据识别出的故障报文进行故障点定位。

S135，集中器判定故障点为最后节点与集中器之间的网络。

本实施例中，由于该集中器将收不到任何网络报文，因此，该集中器将自动地将故障点定位在集中器和最后节点(即串联于尾端的终端设备)之间的网络。

S137，集中器根据该故障报文中的故障节点的地址进行故障定位。

本实施例中，由于接收不到网络管理报文的各个节点都将进入故障状态，即各个节点都将生成对应的故障报文，并多次发送其下一跳节点/集中器。然而一旦当前节点的终端设备接收到其上一跳节点传输来的故障报文(该故障报文为该上一跳节点自己生成的，和/或，其它节点生成的)，其将进入静默状态(静态状态中的终端设备不主动发送故障报文，只转发或透传其他节点传输来的故障报文)，并将所接收的该故障报文直接转发/透传至下一跳节点或者集中器。也即是说，当网络发生故障时，一开始会有N(N>1)个节点(即故障点及其后面所有接收不到网络管理报文的节点)生成故障报文，并转发/透传至其对应的下一跳节点/集中器，然而，一旦故障节点后面的每个节点接收到该故障节点，或者其上一跳节点生成的故障报文时，则该节点将处于静默状态，不再主动发送故障报文，并且只转发/透传该故障节点/上一跳节点生成的故障报文至集中器，且最后只有故障节点会多次发送故障报文，因此，集中器最后将收到多个故障报文，且有且仅有故障节点的故障报文将接收到多次。因此，在一具体实施例中，该步骤S317具体为：集中器判断所接收的多个故障报文中，是否有至少两个相同的故障报文，若有至少两个相同的故障报文，则根据相同的该故障报文中的故障节点地址进行故障点定位。由于故障报文中携带有故障节点的地址，集中器可根据该故障节点的地址找到对应的故障节点，从而确定故障点为该故障节点与其上一跳节点之间的网络。

S139，集中器判定该单向环形网络出于正常工作状态，并执行步骤S11。

本实施例中通过该集中器周期性地下发网络管理报文，以测试网络是否正常，若集中器周期性地接收到最后节点返回来的网络管理报文，则判定该网络正常，若未收到网络管理报文，而收到的是故障报文，则该集中器直接根据最后节点返回的该故障报文进行故障点精确定位，从而使得能够实现快速检测，精确定位，并且结构简单。

实施例二

参见图4，为本发明的一种单向环形网络的故障点定位方法的又一实施例的流程图，具体地，本实施例中该故障点定位方法包括步骤：

S21，当前节点判断在预设的第二时间阈值T2内，是否接收到上一跳节点或集中器传输来的网络报文，若接收到网络报文，则执行步骤S23，否则执行步骤S25。

本实施例中，该第二时间阈值T2大于集中器周期性下发网络管理报文的第一时间阈值T1。

本实施例中，若当前节点为位于首端节点的终端设备，且其与集中器之间的网络正常，则其将接收到集中器周期性地下发来的网络管理报文；若两者之间的网络不正常，则将收不到该网络管理报文；同理，若当前节点为其它节点的终端设备，且其与上一跳节点之间的网络正常，则其将接收到上一跳节点传输来的网络管理报文或故障报文，若两者之间的网络不正常，则其将收不到任何网络报文。

S23，当前节点通过后续各个节点将该网络报文传输至集中器。具体地，参见图5，该步骤S23包括步骤：

S231，当前节点识别所接收的网络报文的类型，若为网络管理报文，则执行步骤S233；若为故障报文，则执行步骤S235。

由于本实施例中，该当前节点可能收到网络管理报文，也可能收到上一跳节点传输来的故障报文(该故障报文可能是该上一跳节点自己生成的故障报文，也可能是其它节点生成的，并通过该上一跳节点转发/透传来的)，因此，需要对接收到的网络报文的类型进行识别。

S233，当前节点通过后续各个节点将该网络管理报文传输至集中器。

本实施中，若该单向环形网络正常工作，则该环形网络中的第一节点，将接收到该集中器下发的该网络管理报文，然后将该网络管理报文转发/透传至下一跳节点，该下一跳节点再转发/透传至再下一跳节点，如此依次转发/透传，最终传输至最后节点，即串联于尾端的终端设备，最后该最后节点将该网络管理报文传输至该集中器。因此，只要网络正常，无论该当前节点为该网络中的任何节点，当其接收到网络管理报文后，都会将该网络管理报文最终传输至集中器。

S235，当前节点进入静默状态，并通过后续各个节点将该故障报文传输至集中器。

本实施例中，当网络发生故障时，一开始会有包括故障节点(即对应于故障点的节点)在内的N个节点都将收不到网络管理报文，则该N个节点都生成故障报文，并发送至其下一跳节点/集中器；然而，若该当前节点不是故障点，则其将接收到故障点/上一跳节点传输来的故障报文(该故障报文可能是故障点生成的，或者该上一跳节点生成的，或者该故障点与该上一跳节点之间的任意节点生成的)，一旦当前节点接收到该故障报文，则该当前节点将处于静默状态，即不再主动发送故障报文，而是只转发/透传该故障报文，并最终传输至集中器。由前述可知，最后只有故障节点会多次发送故障报文，因此，集中器最后将收到多个故障报文，且有且仅有故障节点的故障报文将接收到多次。S25，当前节点生成故障报文，并按照预设的时间间隔T3，将该故障报文多次发送至下一跳节点，并通过后续各个节点传输至集中器。

本实施例中，该预设的时间间隔T3小于或者等于第一时间阈值T1，且该当前节点生成的故障报文中携带有该当前节点的地址，因此，当集中器多次接收到该当前节点生成的故障报文后，可直接根据该故障报文中的地址进行故障点精确定位。

本实施例中通过该终端设备周期性地将集中器下发的网络管理报文返回至集中器，从而以证明该环形网络正常；若任何两个节点，或者第一节点与集中器之间网络出现故障，则该两个节点中，其中一节点将收不到另一个节点转发/透传的网络管理报，或者第一节点将接收不到集中器发送的网络报文，即该收不到网络管理报文的节点即为对应故障点的节点，也称为故障节点，则该故障点将自动生成故障报文，并携带生成该故障报文的节点的地址，从而通过后续的各个节点传输至集中器，以通知集中器发生故障的位置，进而使得该集中器直接根据该故障报文进行故障点精确定位。

实施例三

对应于上述的实施例一和实施例二，本发明提供了一种单向环形网络的故障点定位方法的一具体实施例，参见图6，本实施例中，集中器和第一至第九电表1-9依次串联形成一个单向闭环网络，其中，该集中器每隔10s下发网络管理报文。

若该单向环形网络处于正常工作状态，集中器周期性地下发网络管理报文，而串联的各个电表1-9依次转发或透传(电表具备物理透传模式)该网络管理报文，且该网络管理报文最终会回到集中器。

若该单向环形网络处于故障状态，即集中器没有收到网络管理报文，则包括两种情况：

一、网络中任意两个节点之间故障，或第一电表与集中器之间网络故障，如：第五电表5与第六电表6之间发生网络故障

第五电表5发送的网络管理报文第六电表6收不到(自然，集中器也收不到网络管理报文)；则第六电表6在30s内未收到任何网络管理报文，则第六电表6进入故障状态，同时第七电表7、第八电表8、第九电表9也未收到任何网络管理报文，也进入故障状态，则第六至第九电表6-9都将生成并发送故障报文，且每隔10s发送一次，连续发送n次，n>2；

然而，一旦第七电表7、第八电表8、第九电表9接收到其他电表所发送的故障报文，进入静默状态，不再主动发送故障报文，只转发或透传其他终端的故障报文；即第七电表7接收到故障节点，即第六电表6，发送的故障报文后，进入静默状态，其不再发送其自己生成的故障报文，而只转发/透传第六电表6发送来的故障报文；而第八电表8接收到第七电表7传输的故障报文(包括第六电表6和/或第七电表7生成的故障报文)后，进入静默状态，其不再发送其自己生成的故障报文，而只转发/透传第六电表6和/或第七电表7生成的故障报文；同理，第九电表9接收到第八电表8传输来的故障报文(包括第六电表6、第七电表7和/或第八电表8生成的故障报文)后，进入静默状态，其不再发送其自己生成的故障报文，而只转发/透传第六电表6、第七电表7和/或第八电表8发送来的故障报文；

即是说，最后只有第六电表6还在按照预设的时间间隔每10s发送一个故障报文，且该故障报文中含有故障节点，即第六电表6的地址；而第七电表7、第八电表8、第九电表9均处于静默状态；则集中器将收到电表7、8、9所发送的故障报文至少一次，电表6所发送的故障报文至少两次，即集中器将收到多个故障报文，但最后只会收到的多个相同的故障报文(即故障节点，第六电表6生成的故障报文)，从而根据该多个相同的故障报文判断出第六电表6不能正常收到信息，电表5与电表6之间发生网络故障。

二、第九电表与集中器之间网络故障

若所有电表都能够收到集中器周期性发送的网络管理报文，即网络中没有任何一个电表进入故障状态，但是集中器在预设的时间T(T4>(T2+2*T3))内还是不能够收到自己发送的网络管理报文，同时也不能收到故障报文，则集中器将判断为第九电表9与集中器之间的网络发生故障。

实施例四

对应于实施例一的故障点定位方法，本发明还提供了一种应用于单向环形网络的集中器，下面具体地结合具体实施例和附图进行详细的说明。

参见图7，为本发明的一种集中器的一实施例的功能模块图，具体地，本实施例中该集中器包括：

报文生成模块，用于生成网络管理报文；

报文收发模块，用于根据预设的第一时间阈值T1，周期性地下发该报文生成模块所生成的网络管理报文；以及接收最后节点传输来的故障报文(包括网络管理报文、故障报文或其他报文)；

故障定位模块，用于根据该报文收发模块所接收的故障报文进行故障定位；具体地，该故障定位模块包括：识别单元，用于当控制模块判断出报文收发模块接收到网络报文时，对网络报文的类型进行识别；故障定位单元，用于当识别单元识别出网络报文为故障报文时，判断该多个故障报文中，是否有至少两个相同的故障报文，且当判断出有至少两个相同的故障报文时，根据相同的故障报文中的故障节点地址进行故障点定位；以及当控制模块判断出报文收发模块未接收到任何网络报文，则判定故障点为最后节点与所述集中器之间的网络；

控制模块，用于判断报文收发模块在预设的时间段T4内是否收到最后节点传输来的网络报文，其中，该网络报文包括网络管理报文，或多个故障报文。

实施例五

对应于实施例二的故障点定位方法，本发明还提供了一种应用于单向环形网络的终端设备，下面具体地结合具体实施例和附图进行详细的说明。

参见图8，为本发明的一种终端设备的一实施例的功能模块图，具体地，本实施例中该终端设备包括：

报文收发模块，用于接收到上一终端设备/集中器传输来的网络报文，以及用于将所接收到的所述网络报文转发/透传至下一跳节点/集中器；

控制模块，用于判定在预设的第二时间阈值T2内，上述的报文接收模块是否接收到网络报文，若接收到网络报文，则控制上述报文收发模块将所接收到的网络报文转发/透传至下一跳节点/集中器；

故障报文生成模块，用于当上述的控制模块判断出未收到网络报文，则生成故障报文，并在该控制模块的控制下，按照预设的时间间隔T3，将所生成的故障报文多次发送至下一跳节点/集中器；其中，该故障报文中包括生成该故障报文的节点(即终端设备)的地址。

进一步地，本实施例中该终端设备还包括：

报文识别模块，用于识别上述报文收发模块所接收的网络报文的类型，得到网络报文识别结果；则上述控制模块用于当该报文识别模块识别出所接收的网络报文为网络管理报文时，控制上述报文收发模块将所接收到的网络管理报文透传/转发至下一跳节点/集中器(即当该当前终端设备为最后节点时，其直接将该网络管理报文转发/透传至该集中器，当该当前终端设备不为最后节点是，其直接将该网络管理报文转发/透传至其下一个终端设备)；以及当该报文识别模块识别出该网络报文为故障报文时，控制报文收发模块进入静默状态(即不再自动发送自己生成的故障报文)，并只转发/透传所接收到的故障报文至下一跳节点/集中器(即当该当前终端设备为最后节点时，其直接将该故障报文转发/透传至该集中器，当该当前终端设备不为最后节点是，其直接将该故障报文转发/透传至其下一跳节点)。

实施例六

对应于上述实施例四的集中器和实施例五的终端设备，本发明还提供了一种应用于单向环形网络的故障点定位系统，参见图9，本实施例中，该故障点定位系统包括上述实施例四的集中器，以及九个上述实施例五中的终端设备1-9，其中，该九个终端设备1-9串联，且串联于首端的第一终端设备1与该集中器的发送端相连，串联于尾端的第九终端设备9与集中器的接收端相连。本实施例中，该集中器与上述实施例四中的集中器相同，这里不再赘述，该终端设备与上述实施例五中的终端设备相同，这里也不再赘述，本实施例中该故障点定位系统的工作原理如上述实施例一和实施例二的故障定位方法相同，这里不再赘述。

本实施例中，该终端设备有两种工作模式，一是接收-透传模式，该模式下接收的数据发送给可编程控制器处理，同时透明发送到设备的发送端口，发送至下一个设备；二是接收-转发模式，该模式下接收的数据送给可编程控制器识别处理后，再判断是否终结或需要转发给下一个设备；如图10a和图10b所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。