一种监测冗余网络完整性的方法和冗余装置的制造方法
【专利摘要】本发明实施例涉及一种监测冗余网络完整性的方法和冗余装置，其中，该方法应用于包括多个冗余设备的冗余网络中，冗余设备包括至少两个冗余端口，两个冗余设备的冗余端口相互连接形成冗余网络，方法包括：分别通过冗余设备的第一冗余端口和第二冗余端口发出带有本设备标识信息的检测消息；监测冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息；如果冗余设备的第二冗余端口收到了第一冗余端口发送的检测消息，冗余设备的第一冗余端口收到了第二冗余端口发送的检测消息则认为冗余网络完整。本发明实施例不但可以发现HSR设备故障造成的HSR环断开故障，而且可以发现包括以太网线断开造成的HSR环断开的故障。
【专利说明】
一种监测冗余网络完整性的方法和冗余装置
技术领域
[0001]本发明实施例涉及通信技术领域，具体涉及一种监测冗余网络完整性的方法和冗全駐罟水目.0
【背景技术】
[0002]随着我国经济的快速发展和工业制造水平不断提高，工业生产所需的机器设备越来越先进，生产过程的自动化程度大幅度提高，这就使得生产工艺和设备变得复杂，因而设备的安全性也变得极为重要，安全控制系统能够有效避免工作人员在操作中发生人机事故，保障人员的生命安全和设备安全。安全控制系统广泛应用于化工、煤炭、石油天然气等工业领域。
[0003]目前，工业以太网的核心技术之一的冗余技术被越来越多的使用，工业组网中为了增强网络的可靠性，一般都会组建冗余网络。网络冗余技术是提高工业控制系统可靠性的重要手段，网络冗余技术就是对网络通信链路进行冗余备份以确保信息传输的可靠性和稳定性。工业控制系统中的控制网络按照拓扑结构可以分为环型网络、总线型网络和网状网络。其中，环网的基本原理是在环网中，逻辑阻塞一个端口，当某个链路断开时，主动告知阻塞节点打开，这样便可达到冗余备份的目的。
[0004]在符合IEC62439-3中HSR协议的冗余设备连接在冗余网络中，实现通信的冗余。当环中的某个设备或某段以太网线路出现问题，造成通信中断的情况下，HSR协议下的冗余设备从冗余网络的另一半正常工作的部分继续收发报文，保持数据链路的畅通。但是，当环上的某段以太网线出现故障的情况，HSR环上设备的管理帧都可以被其他设备监控到，而不容易发现以太网线出现了故障。
【发明内容】
[0005]要解决的技术问题是如何有效监测冗余网络的完整性。
[0006]针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种监测冗余网络完整性的方法和冗余设备，可以有效监测冗余网络的完整性。
[0007]—方面，本发明实施例提供一种监测冗余网络完整性的方法，应用于包括多个冗余设备的冗余网络中，所述冗余设备包括至少两个冗余端口，所述两个冗余设备的冗余端口相互连接形成所述冗余网络，所述方法包括:
[0008]通过所述冗余设备的分别通过所述冗余设备的第一冗余端口和第二冗余端口发出带有本设备标识信息的检测消息；
[0009]监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息；
[0010]如果所述冗余设备的第二冗余端口收到了所述第一冗余端口发送的检测消息，且所述冗余设备的第一冗余端口收到了第二冗余端口发送的检测消息，则认为所述冗余网络完整。
[0011]可选地，如果所述冗余设备的第二冗余端口或第一个冗余端口未收到所述检测消息，则认为所述冗余网络不完整。
[0012]可选地，还包括:
[0013]根据第二冗余端口和第一冗余端口的检测消息状况生成报警信号。
[0014]可选地，所述检测消息为管理帧。
[0015]可选地，所述冗余网络为冗余环网。
[0016]可选地，所述监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息包括:
[0017]在所述冗余设备内设置两个计数器，用于在预定时间内监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息。
[0018]再一方面，本发明实施例提供一种监测冗余网络完整性的冗余装置，所述冗余设备包括至少两个冗余端口，所述冗余设备的两个冗余端口连接在冗余网络中，所述冗余装置包括:
[0019]消息发送单元，分别通过所述冗余设备的第一冗余端口和第二冗余端口发出带有本设备标识信息的检测消息；
[0020]消息监测单元，用于监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息；
[0021]判断单元，用于所述冗余设备的第二冗余端口收到了所述第一冗余端口发送的检测消息，且所述冗余设备的第一冗余端口收到了第二冗余端口发送的检测消息时，确定所述冗余网络完整。
[0022]可选地，所述消息监测单元还包括在计数单元；
[0023]所述计数单元，用于在预定时间内监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息；
[0024]可选地，用于所述冗余设备的第二冗余端口或第一冗余端口未收到所述检测消息时，确定所述冗余网络不完整；
[0025]还包括报警单元，用于根据判断单元的判断结果生成报警信号。
[0026]可选地，所述检测消息为管理帧；
[0027]所述冗余网络为冗余环网。
[0028]由上述技术方案可知，本发明实施例提供的一种监测冗余网络完整性的方法和冗余装置，通过冗余装置的其中一个冗余端口发出携带有本设备标识的检测消息，监测另一个冗余端口接收到的检测消息，并根据监测结果确定当前设备所在的冗余网络的完整性，及时发现HSR环是否完整，提醒工作人员及时维护。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本发明一个实施例中一种监测冗余网络完整性的方法流程示意图；
[0031 ]图2为本发明一个实施例中一种冗余网络结构示意图；
[0032]图3为本发明一个实施例中检测消息帧结构示意图；
[0033]图4为本发明一个实施例中监测冗余设备接收的检测消息流程示意图；
[0034]图5为本发明一个实施例中一种监测冗余网络完整性的冗余设备结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]如图1所示，本发明实施例提供一种监测冗余网络完整性的方法，应用于包括多个冗余设备的冗余网络中。如图2所示，冗余设备包括至少两个冗余端口，两个冗余设备的冗余端口相互连接形成冗余网络，方法包括:分别通过冗余设备的第一冗余端口和第二冗余端口发出带有本设备标识信息的检测消息;监测冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息；如果冗余设备的第二冗余端口收到了第一冗余端口发送的检测消息，且冗余设备的第一冗余端口收到了第二冗余端口发送的检测消息则认为冗余网络完整。下面对本发明实施例提供的监测冗余网络完整性的方法展开详细的说明。
[0037]如图1所示，冗余设备发出携带有本设备标识的检测消息后，冗余设备实时监测冗余设备的两个冗余端口接收的检测消息，如果冗余设备的两个冗余端口收到了检测消息，则认为冗余网络完整;如果冗余设备的第二冗余端口或第一冗余端口未收到检测消息，则认为冗余网络不完整。
[0038]如图1、图2所示，I#节点的两个以太网口发出两个管理帧，在HSR环完整的情况下，2#节点的两个以太网口又分别收到这两个帧，表明HSR是完整的。当收到I个管理帧时，，表明HSR是不完整的。当冗余设备监测到HSR冗余网络不完整时，标识HSR环中间被断开。当未收到任何管理帧时，表明冗余设备出现故障，生成报警信号，并及时上报给本节点应用层，发出报警，提醒工作人员及时维护。
[0039]在本发明实施例中，冗余设备发出的携带有本设备标识的检测消息优选是管理帧消息，本发明实施例提供的监测冗余网络完整性的方法仅适用于环形冗余网络。如图3所示，管理帧消息的帧中包括目的MAC、源MAC、HSR以太网类型、PathID(路径编号)、LSDU(数据链路层服务数据单元)、SeqNr等，其中SeqNr是管理帧的帧序号，HSR设备每发出一个管理帧该帧序号就加I。
[0040]具体地，如图4所示，监测冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息包括在每个HSR冗余设备内设置两个计数器，分别为计数器I和计数器2，在冗余设备上电初始化为O。上电后，计数器I开始计数，当计数至LifeCheckInterval (检查间隔)值时，计数器I清零，同时向环路的两个方向发送两个相同的管理帧A和B，且计数器I重新开始计数。接着，计数器2开始计数。在HSR冗余设备设备2内监视其内部两个环路端口是否收到管理帧。判断时根据管理帧携带的源MAC地址和SeqNr识别是否来自于HSR冗余设备I发出的两个相同的管理帧，其中SeqNr是管理帧的帧序号，HSR冗余设备每发出一个管理帧该帧序号加I。如果在特定时间内收到了来自HSR冗余设备I发出的2个管理帧，则判断整个HSR冗余网络是完整的。如果仅收到来自HSR设备I发出的I个管理帧，则判断HSR环路中某段线路出现故障。如果在该特定时间内没有收到任何来自于HSR设备I发出的管理帧，则判断HSR设备I出现设备故障。
[0041]为进一步体现本发明实施例提供的监测冗余网络完整性的方法的优越性，本发明实施例还提供一种应用上述方法的冗余装置，如图5所示，监测冗余网络完整性的冗余装置包括至少两个冗余端口，冗余设备的两个冗余端口连接在冗余网络中，冗余装置包括:消息发送单元，用于通过冗余设备的第一冗余端口发出检测消息；消息监测单元，用于监测冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息；判断单元，用于冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口收到了检测消息时，确定冗余网络完整。判断单元，还用于冗余设备的第二冗余端口或第一冗余端口未收到检测消息时，确定冗余网络不完整。下面对本发明实施例提供的监测冗余网络完整性的方法展开详细的说明。
[0042]图2、图5所示，冗余设备(1#节点)的消息发送单元的两个以太网口发出两个管理帧。消息监测单元，监测冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息，在HSR环完整的情况下，2#节点的两个以太网口又分别收到这两个帧，表明HSR是完整的。当收到I个管理帧时，，表明HSR是不完整的。监测冗余网络完整性的冗余设备，还包括:报警单元，用于根据判断单元的判断结果生成报警信号。当冗余设备检测到HSR冗余网络不完整时，标识HSR环中间被断开或冗余设备出现故障，生成报警信号，并及时上报给本节点应用层，发出报警，提醒工作人员及时维护。消息监测单元还包括在计数单元;计数单元，用于在预定时间内监测冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息;监测冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息包括在每个HSR冗余设备内设置两个计数器，分别为计数器I和计数器2，在冗余设备上电初始化为O。上电后，计数器I开始计数，当计数至LifeCheckInterval(检查间隔)值时，计数器I清零，同时向环路的两个方向发送两个相同的管理帧A和B，且计数器I重新开始计数。接着，计数器2开始计数。在HSR冗余设备设备2内监视其内部两个环路端口是否收到管理帧。判断时根据管理帧携带的源MAC地址和SeqNr识别是否来自于HSR冗余设备设备I发出的两个相同的管理帧，其中SeqNr是管理帧的帧序号，HSR冗余设备每发出一个管理帧该帧序号加I。如果在特定时间内收到了来自HSR冗余设备I发出的2个管理帧，则判断整个HSR冗余网络是完整的。如果仅收到来自HSR设备I发出的I个管理帧，则判断HSR环路中某段线路出现故障。如果在该特定时间内没有收到任何来自于HSR设备I发出的管理帧，则判断HSR设备I出现设备故障。
[0043]本发明实施例提供的监测冗余网络完整性的冗余设备有的工作过程与上述一种检测冗余网络完整性的方法基本相同，可以参考上述方法，在此不再一一赘述了。
[0044]在本发明实施例中，冗余设备发出的携带有本设备标识的监测消息优选是管理帧消息，本发明实施例提供的监测冗余网络完整性的方法仅适用于环形冗余网络。
[0045]综上所述，本发明实施例提供的一种监测冗余网络完整性的方法和冗余装置，通过冗余装置的其中一个冗余端口发出携带有本设备标识的检测消息，监测另一个冗余端口接收到的检测消息，并根据检测结果确定当前设备所在的冗余网络的完整性，及时发现HSR环的完整性是否被破环而造成网络的冗余性被降级，及时提醒工作人员对网络进行维护。本发明实施例不但可以发现HSR设备故障造成的HSR环断开故障，而且可以发现包括以太网线断开造成的HSR环断开的故障。
[0046]本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0047]本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0048]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0049]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0050]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0051]本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循【具体实施方式】的权利要求书由此明确地并入该【具体实施方式】，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0052]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
【主权项】
1.一种监测冗余网络完整性的方法，其特征在于，应用于包括多个冗余设备的冗余网络中，所述冗余设备包括至少两个冗余端口，所述两个冗余设备的冗余端口相互连接形成所述冗余网络，所述方法包括: 分别通过所述冗余设备的第一冗余端口和第二冗余端口发出带有本设备标识信息的检测消息； 监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息； 如果所述冗余设备的第二冗余端口收到了所述第一冗余端口发送的检测消息，所述冗余设备的第一冗余端口收到了第二冗余端口发送的检测消息则认为所述冗余网络完整。2.如权利要求1所述的监测冗余网络完整性的方法，其特征在于，如果所述冗余设备的第二冗余端口或第一冗余端口未收到所述检测消息，则认为所述冗余网络不完整。3.如权利要求2所述的监测冗余网络完整性的方法，其特征在于，还包括: 根据第二冗余端口和第一冗余端口的检测消息状况生成报警信号。4.如权利要求1所述的监测冗余网络完整性的方法，其特征在于，所述检测消息为管理帧。5.如权利要求1所述的监测冗余网络完整性的方法，其特征在于，所述冗余网络为冗余环网。6.如权利要求1所述的监测冗余网络完整性的方法，其特征在于，所述的监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息包括: 在所述冗余设备内设置两个计数器，用于在预定时间内监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息。7.—种监测冗余网络完整性的冗余装置，其特征在于，所述冗余设备包括至少两个冗余端口，所述冗余设备的两个冗余端口连接在冗余网络中，所述冗余装置包括: 消息发送单元，用于分别通过所述冗余设备的第一冗余端口和第二冗余端口发出带有本设备标识信息的检测消息； 消息监测单元，用于监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息; 判断单元，用于所述冗余设备的第二冗余端口收到了所述第一冗余端口发送的检测消息，且所述冗余设备的第一冗余端口收到了第二冗余端口发送的检测消息时，确定所述冗余网络完整。8.如权利要求7所述的冗余装置，其特征在于，所述消息监测单元还包括在计数单元； 所述计数单元，用于在预定时间内监测所述冗余设备的第二冗余端口和第一冗余端口接收的检测消息。9.如权利要求7所述的冗余装置，其特征在于，所述判断单元还包括，用于所述冗余设备的第二冗余端口或第一冗余端口未收到所述检测消息时，确定所述冗余网络不完整； 还包括报警单元，用于根据判断单元的判断结果生成报警信号。10.如权利要求7所述的冗余装置，其特征在于，所述检测消息为管理帧； 所述冗余网络为冗余环网。
【文档编号】H04L12/26GK105991376SQ201610512156
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】樊晓冬
【申请人】北京东土科技股份有限公司