基于树状网络与环状网络结合的高可用网络系统及改造方法与流程

本发明涉及高可用网络系统及方法，特别指一种基于树状网络与环状网络结合的高可用网络系统及方法。

背景技术：

1、随着通信技术的发展，工业互联网也不断更新迭代，原有工业互联网信息系统不断被功能更强大的新系统所取代，新增业务对于网络的性能及稳定性要求也变得越来越高。在传统的工业互联网体系中，网络架构层级包括各工厂车间层级和网络总体层级，其中，处于各个工厂车间网络层级的接入交换机通过通信光缆与处于网络架构上层的核心交换机、汇聚交换机连接，进而进行数据网络的交互，各个网络设备之间并不直接连接互通。在这种情况下，各个工厂车间内的所有连接到网络的设备都必须要通过该车间内的接入交换机的通信光缆连接到核心交换机、汇聚交换机后才能完成与其他车间内的接入交换机的网络交互、数据联通。当各个工厂车间的接入交换机与核心交换机、汇聚交换机之间由于光缆故障等原因发生连接或通信故障，那么该车间的接入交换机与核心交换机、汇聚交换机就会失去连接，车间内部接入交换机上连接的工业设备、电脑pc端等设备将因为网络连接的中断而停止工作，从而导致了工厂的整体业务发生中断。现有技术中，一般通过设置冗余汇聚交换机或者冗余接入交换机等方式确保网络通信的正常，但这种冗余配置交换机的方式增加了现场设备数量，也不利于设备的维护保养，同时也无法解决接入交换机和汇聚交换机之间连接出现问题时通信网络中断的问题。因此，需要一种简单便捷实现工业互联网数据稳定可靠的高可用网络体系。

技术实现思路

1、为了解决接入交换机和汇聚交换机之间连接出现问题时通信网络中断的问题。需要开发一种简单便捷实现工业互联网数据稳定可靠的高可用网络体系。

2、本发明针对上述的技术问题，提出一种基于树状网络与环状网络结合的高可用网络系统，包括分别位于第一局域网、第二局域网和第三局域网中第一设备、第二设备及第三设备，第一局域网分别与第二局域网和第三局域网连接，第二局域网与第三局域网连接，第一局域网、第二局域网和第三局域网分别包括第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机，第一设备、第二设备及第三设备分别与第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机连接，还包括汇聚交换机和核心交换机，所述第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机与汇聚交换机连接，汇聚交换机与核心交换机连接，由此构成了树状网络结构；第一接入交换机分别与第二接入交换机和第三接入交换机连接，第二接入交换机与第三接入交换机连接，第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机的连接构成了环网结构；所述第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机包括控制模块和监测模块；控制模块用于控制接入交换机的网络连接模式，监测模块用于监测接入交换机网络端口的通断情况，当接入交换机和汇聚交换机之间网络正常时，接入交换机直接与汇聚交换机进行网络通信，当接入交换机与汇聚交换机的网络出现故障时，接入交换机通过相邻接入交换机与汇聚交换机的通信线路进行网络通信。

3、进一步的，所述接入交换机用于接收和处理相应设备的数据并将处理后的数据发送至汇聚交换机，及用于接收汇聚交换机和与之连接的接入交换机数据并将相应数据发送至与之对应连接的设备；所述汇聚交换机用于接收接入交换机的数据并发送至核心交换机，及用于接收核心交换机数据并发送至接入交换机；所述核心交换机用于处理和监控整个网络系统的数据。

4、进一步的，所述监测模块用于实时检测接入交换机与汇聚交换机的网络端口通断情况，当监测到网络故障时，所述监测模块发送故障信号至所述控制模块，控制模块用于根据所述故障信号将接入交换机的网络连接切换至与之连接的接入交换机，当监测模块检测到接入交换机与汇聚交换机的网络端口正常时，所述监测模块发送接通信号至所述控制模块，控制模块用于根据所述接通信号将接入交换机的网络连接切换至与之连接的汇聚交换机。

5、进一步的，所述监测模块用于实时监测接入交换机不同网络端口的端口状态，当所述监测装置监测到接入交换机连接到汇聚交换机的端口状态显示为“down”时，监测模块向控制模块发出网络端口切换信号，控制模块控制接入交换机的网络连接切换至与之连接的接入交换机，当所述监测模块监测到接入交换机连接到汇聚交换机的端口状态显示为“up”时，监测模块向控制模块发出网络端口切换信号，控制模块控制接入交换机的网络连接恢复至原与汇聚交换机的连接线路。

6、进一步的，所述接入交换机还包括报警装置，当监测装置发现网络故障或端口状态显示为“down”时，报警装置发出警报。

7、进一步的，接入交换机还包括数据缓存模块，数据缓存模块用于存储设备中的信息数据，并用于支持接入交换机在网络切换后实现断点续传。

8、本发明所保护的高可用网络系统中所包含的工业设备不局限于三个，可以根据具体应用工业场景的需求增加或减少，所增加或减少的工业设备与接入交换机、汇聚交换机及核心交换机的连接与本发明相同，不再赘述。

9、作为本发明的另一方面，提供一种基于树状网络与环状网络结合的高可用网络系统改造方法，包括分别位于第一局域网、第二局域网和第三局域网中第一设备、第二设备及第三设备，第一局域网分别与第二局域网和第三局域网连接，第二局域网与第三局域网连接，第一局域网、第二局域网和第三局域网分别包括第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机，第一设备、第二设备及第三设备分别与第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机连接，还包括汇聚交换机和核心交换机，所述第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机与汇聚交换机连接，汇聚交换机与核心交换机连接，由此构成了树状网络结构；第一接入交换机分别与第二接入交换机和第三接入交换机连接，第二接入交换机与第三接入交换机连接，第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机的连接构成了环网结构；

10、所述接入交换机接收设备的运行或操作数据，并将所述的运行或操作数据发送至汇聚交换机；监测模块实时监测接入交换机的信息数据发送情况和端口状态，如出现数据无法发送情况则向控制模块发送网络故障信号；控制模块根据该故障信号自动将接入交换机的网络连接切换至与之连接的接入交换机，接入交换机通过相邻接入交换机与汇聚交换机的通信线路进行网络通信；监测模块实时监测接入交换机的信息数据发送情况和端口状态，如接入交换机与汇聚交换机的网络处于接通状态，则向控制模块发送接通信号，控制模块根据接通信号自动将接入交换机的网络连接切换至汇聚交换机，同时切断接入交换机通过相邻接入交换机与汇聚交换机的进行网络通信的线路，但不切断接入交换机与相邻接入交换机之间的网络连接

11、作为本发明的另一个方面，提供一种基于树状网络与环状网络结合的高可用网络系统改造方法，包括分别位于第一局域网、第二局域网和第三局域网中第一设备、第二设备及第三设备，第一局域网分别与第二局域网和第三局域网连接，第二局域网与第三局域网连接，第一局域网、第二局域网和第三局域网分别包括第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机，第一设备、第二设备及第三设备分别与第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机连接，还包括汇聚交换机和核心交换机，所述第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机与汇聚交换机连接，汇聚交换机与核心交换机连接，由此构成了树状网络结构；第一接入交换机分别与第二接入交换机和第三接入交换机连接，第二接入交换机与第三接入交换机连接，第一接入交换机、第二接入交换机和第三接入交换机的连接构成了环网结构；

12、所述接入交换机接收设备的运行或操作数据，并将所述的运行或操作数据发送至汇聚交换机；监测模块可以实时监测接入交换机不同网络端口的端口状态，当监测装置监测到接入交换机连接到汇聚交换机的端口状态显示为“down”时，监测模块向控制模块发出网络端口切换信号，控制模块控制接入交换机的网络连接切换至与之连接的接入交换机，当所述监测模块监测到接入交换机连接到汇聚交换机的端口状态显示为“up”时，监测模块向控制模块发出网络端口切换信号，控制模块控制接入交换机的网络连接恢复至原与汇聚交换机的连接线路。

13、进一步的，还包括报警装置，当监测装置发现网络故障或端口状态显示为“up”时时，报警装置发出警报，可以使工作人员快速定位到故障点并快捷处理。

14、进一步的，其特征在于，还包括数据缓存模块，数据缓存模块用于存储设备中的信息数据，并可以支持接计入交换机在网络切换后实现断点续传，当网络故障时，接入交换机的数据缓存装置会储存网络故障之前的第一数据标记，网络切换完毕后，第一数据标记通过新的网络通路发送至汇聚交换机，汇聚交换机对网络故障前接受到的最后一个数据第二数据标记和第一数据标记进行比较，如二者一致，则继续传送数据，如二者不一致，汇聚交换机会形成相应的时间记录以供后续复查。

15、本发明的有益技术效果为：通过对传统的工业网络的改造。保留核心交换机、汇聚交换机与各个工厂车间内的接入交换机的光缆连接方式，将所有工厂车间内的接入交换机进行环状网络架构进行连接，所有工厂内部的接入交换机之间也通过光缆进行连接，保证所有的接入交换机之间也有一条光缆连接。控制模块通过stp协议设置网络通信优先级的方式实现接入交换机与汇聚交换机之间的网络连接线路自动切换，当某个工厂车间内的接入交换机与上层的核心交换机、汇聚交换机发生网络线路中断时，可以通过环状网络内的次级优先路线，也就是另外一台工厂车间内的接入交换机的网络线路继续与上层的核心交换机、汇聚交换机进行数据交互，保障了网络不中断，工厂的整体业务不发生中断。