專利名稱：一種以太環(huán)網(wǎng)快速自愈裝置及設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種以太網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng)鏈路故障快速自愈裝置及設備，屬于以太環(huán) 網(wǎng)保護技術領域。
背景技術：
隨著我國數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，以太網(wǎng)設備的應用有著越來越廣 泛的需求。這些設備組成的網(wǎng)絡是連接站內(nèi)各種智能電子設備的紐帶，是數(shù)字化變電站自 動化系統(tǒng)的命脈，其可靠性是系統(tǒng)可用性的重要決定因素。由于長距離組網(wǎng)應用的需求，在數(shù)字化變電站中通?？梢娛褂霉饫w互連的環(huán)形拓 撲結構網(wǎng)絡。例如風電站的監(jiān)控和管理，站間距離非常長，采用環(huán)形拓撲可使布線最為經(jīng) 濟。但是，普通環(huán)網(wǎng)在其中某個節(jié)點或鏈路發(fā)生故障時即會造成通信中斷，可靠性較差。而 具有快速自愈功能的以太環(huán)網(wǎng)可大幅提高通信網(wǎng)絡的可靠性，滿足變電站系統(tǒng)對網(wǎng)絡可靠 性的要求。由于以太網(wǎng)交換機組成環(huán)網(wǎng)后，如果存在二層環(huán)路，會造成數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中循環(huán) 轉發(fā)，導致交換機不堪重負，網(wǎng)絡癱瘓?？焖偕蓸鋮f(xié)議(RSTP)是一種能阻塞網(wǎng)絡冗余來 達到消除網(wǎng)絡二層環(huán)路目的的協(xié)議，通過網(wǎng)橋控制協(xié)議包的交換，將網(wǎng)絡配置成邏輯上不 成環(huán)的樹狀拓撲結構。在這種結構的網(wǎng)絡中，任意兩個通信終端只有一條有效路徑，其余的 路徑作為冗余備份路徑，邏輯上的連接處于斷開狀態(tài)。在物理拓撲發(fā)生變化時，網(wǎng)絡重新計 算生成樹配置，調(diào)整相關交換機的端口狀態(tài)，例如接通處于斷開狀態(tài)的備份路徑，同時還要 更新各臺交換機中的轉發(fā)地址表。原理上，這種協(xié)議具有通用性，適用于任意物理拓撲結構 的網(wǎng)絡。對于環(huán)網(wǎng)拓撲，RSTP算法過于復雜，使環(huán)網(wǎng)的自愈速度較慢，一旦環(huán)網(wǎng)中的通信鏈 路發(fā)生故障，大量的數(shù)據(jù)包會由于鏈路倒換遲緩而丟失，因此一般無法滿足數(shù)字化變電站 自動化系統(tǒng)對網(wǎng)絡可靠性的要求。為了解決以太環(huán)網(wǎng)快速自愈的問題，一種快速環(huán)網(wǎng)保護協(xié)議(RRPP)被用于以太 環(huán)網(wǎng)中，防止二層環(huán)路，當以太環(huán)網(wǎng)上的一條通信鏈路斷開時，迅速啟用備份鏈路以恢復環(huán) 網(wǎng)上各個節(jié)點之間的通信。其故障檢測主要通過告警機制和輪詢機制實現(xiàn)，當環(huán)網(wǎng)中的主 節(jié)點檢測到鏈路故障時，釋放其副端口使其能夠收發(fā)業(yè)務報文，同時發(fā)送轉發(fā)地址表更新 報文。當故障恢復時，曾發(fā)生故障的節(jié)點臨時阻塞故障端口，但能透傳協(xié)議報文，主節(jié)點檢 測到自己發(fā)送的協(xié)議報文后阻塞副端口，并發(fā)送報文通知其他節(jié)點打開臨時阻塞端口，刷 新轉發(fā)地址表。這種故障自愈方式提供了較完善的環(huán)網(wǎng)故障自愈功能，能在較短時間內(nèi)將 備份鏈路倒換到工作狀態(tài)。而其故障恢復倒換機制較為繁瑣，其間還存在短暫的兩處斷環(huán) 狀態(tài)，這樣，故障恢復時也會造成數(shù)據(jù)包丟失。另外，這種故障自愈方式在某條鏈路由于工 作條件惡劣而頻繁發(fā)生故障時，會發(fā)生網(wǎng)絡拓撲狀態(tài)來回變換的現(xiàn)象，影響網(wǎng)絡的穩(wěn)定，從 而降低了環(huán)網(wǎng)的可靠性。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種高效的冗余阻塞和網(wǎng)絡自愈裝置及設備，既可滿足 網(wǎng)絡快速自愈的需求，還能有效抵御同一處鏈路頻繁故障對網(wǎng)絡運行穩(wěn)定性的破壞，盡可 能地減少各種因素造成的數(shù)據(jù)包丟失，更好得適應數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)環(huán)形組網(wǎng)的應 用需求。為了達到上述目的，本實用新型的一個技術方案是提供了一種以太網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng)鏈 路故障快速自愈裝置，其特征在于，包括一個具有發(fā)信端口 TP和備用端口 BP的駐守節(jié)點設 備和至少一個具有發(fā)信端口 TP和監(jiān)控端口 MP的協(xié)同節(jié)點設備，駐守節(jié)點設備和各個協(xié)同 節(jié)點設備之間通過將上述端口相連形成環(huán)，駐守節(jié)點的發(fā)信端口 TP連接第一個協(xié)同節(jié)點 的監(jiān)控端口 MP，第一個協(xié)同節(jié)點的發(fā)信端口 TP連接下一個協(xié)同節(jié)點的監(jiān)控端口 MP，以此類 推，最后一個協(xié)同節(jié)點的發(fā)信端口 TP連接駐守節(jié)點的備用端口 BP。本實用新型另一個技術方案是提供了一種具有駐守節(jié)點和協(xié)同節(jié)點功能，并能在 故障自愈時實現(xiàn)功能角色切換的以太環(huán)網(wǎng)快速自愈的設備，其特征在于，包括CPU模塊， CPU模塊通過以太網(wǎng)控制接口與以太網(wǎng)交換芯片相連，在CPU模塊內(nèi)設有以太網(wǎng)控制管理 單元、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)單元和鏈路故障中斷處理單元，交換芯片提供η個端口。本實用新型的技術方案引入中斷處理機制，能將數(shù)據(jù)鏈路的故障事件迅速通告 CPU模塊，同時便于CPU處理程序快速地判斷處理，以最短的時間完成響應動作。本實用新型中的協(xié)同節(jié)點只檢測監(jiān)控端口的鏈路故障，這種方式比檢測兩個成環(huán) 端口所需的時間少，有利于盡可能提高故障自愈速度。本實用新型中駐守節(jié)點和協(xié)同節(jié)點通過交換芯片實現(xiàn)故障消息報文硬件轉發(fā)，大 大提高了網(wǎng)絡的響應速度。并且，通過這種轉發(fā)方式，環(huán)網(wǎng)自愈時間與環(huán)網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點數(shù)量幾 乎無關，由于一個節(jié)點的數(shù)據(jù)轉發(fā)時間是微秒級的，因此即使有較多的設備，故障消息報文 也能在極短的時間內(nèi)遍歷所有節(jié)點。此外，由于CPU軟件處理時間一般遠多于數(shù)據(jù)包硬件 轉發(fā)的時間，這樣，環(huán)網(wǎng)內(nèi)的所有節(jié)點交換機能近乎同步地完成轉發(fā)地址表更新，因此，可 以獲得相當快的網(wǎng)絡收斂速度，并具有網(wǎng)絡規(guī)?？蓴U展的優(yōu)點。綜上所述，本實用新型的優(yōu)點是針對性強、反應迅速且穩(wěn)定可靠。

圖1為本實用新型提供的一種以太網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng)鏈路故障快速自愈裝置的示意圖；圖2A為故障發(fā)生前的示意圖；圖2B為故障自愈時的示意圖；圖2C為故障自愈后的示意圖；圖3為本實用新型提供的設備的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合實施例來具體說明本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本實用 新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后， 本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，但等價形式的改動或修改同樣落于 本申請所述權利要求書所限定的范圍。[0019]實施例如圖1所示，為本實用新型提供的一種以太網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng)鏈路故障快速自愈裝置的 示意圖，包括一個具有發(fā)信端口 TP和備用端口 BP的駐守節(jié)點設備101，用于從發(fā)信端口 TP 轉發(fā)故障消息報文，將備用端口 BP阻塞防止二層環(huán)路，在收到故障消息報文時開通備用端 口 BP，在故障恢復時保持備用端口 BP處于阻塞狀態(tài)；五個具有發(fā)信端口 TP和監(jiān)控端口 MP的協(xié)同節(jié)點設備102，用于從監(jiān)控端口 MP接 收故障消息報文，從發(fā)信端口 TP轉發(fā)故障消息報文，在檢測到監(jiān)控端口 MP所在鏈路發(fā)生故 障時阻塞監(jiān)控端口 MP，并由發(fā)信端口 TP發(fā)出故障消息報文；駐守節(jié)點設備101和各個協(xié)同節(jié)點設備102之間通過將上述端口相連形成環(huán)，駐 守節(jié)點的發(fā)信端口 TP連接第一個協(xié)同節(jié)點的監(jiān)控端口 MP，第一個協(xié)同節(jié)點的發(fā)信端口 TP 連接下一個協(xié)同節(jié)點的監(jiān)控端口 MP，以此類推，最后一個協(xié)同節(jié)點的發(fā)信端口 TP連接駐守 節(jié)點的備用端口 BP。以下結合圖2A至圖2C來具體說明自愈過程。如圖2A所示，由駐守節(jié)點設備101、第一協(xié)同節(jié)點設備1021、第二協(xié)同節(jié)點設備 1022、第三協(xié)同節(jié)點設備1023、第四協(xié)同節(jié)點設備1024、第五協(xié)同節(jié)點設備1025組成的以 太環(huán)網(wǎng)處于正常工作狀態(tài)。駐守節(jié)點設備101阻塞備用端口 BP使與該端口直連的鏈路只 能傳輸故障消息報文。如圖2B所示，當?shù)谌齾f(xié)同節(jié)點設備1023的監(jiān)控端口 MP檢測到連接鏈路發(fā)生故 障，立即通過發(fā)信節(jié)點TP發(fā)送故障消息報文，并更新自身的轉發(fā)地址表，阻塞監(jiān)控端口 MP。 由第三協(xié)同節(jié)點設備1023的發(fā)信端口 TP發(fā)出的故障消息報文，進入第四協(xié)同節(jié)點設備 1024的監(jiān)控端口 MP，由第四協(xié)同節(jié)點設備1024內(nèi)部的交換芯片轉發(fā)，由其發(fā)信端口 TP發(fā) 出。第四協(xié)同節(jié)點設備1024在收到報文后更新自身的轉發(fā)地址表。第四協(xié)同節(jié)點設備1024 轉發(fā)的故障消息報文，進入第五協(xié)同節(jié)點設備1025的監(jiān)控端口 MP，第五協(xié)同節(jié)點設備1025 更新自身的轉發(fā)地址表，報文由其發(fā)信端口 TP轉發(fā)，進入駐守節(jié)點設備101的備用端口 BP。 駐守節(jié)點設備101在收到報文后開通備用端口 BP，更新自身的轉發(fā)地址表。故障消息報文 再由駐守節(jié)點設備101的發(fā)信端口 TP轉發(fā)，依次通過第一協(xié)同節(jié)點設備1021和第二協(xié)同 節(jié)點設備1022，使其更新轉發(fā)地址表。由于第二協(xié)同節(jié)點設備1022到第三協(xié)同節(jié)點設備 1023的鏈路已經(jīng)發(fā)生故障而斷開，故障消息報文無法再轉發(fā)到第三協(xié)同節(jié)點設備1023。至 此，環(huán)網(wǎng)的備份鏈路投入了工作，環(huán)網(wǎng)中的所有節(jié)點設備更新了轉發(fā)地址表，數(shù)據(jù)流量通過 新的路徑進行交換，以太環(huán)網(wǎng)故障自愈的倒換操作完成。如圖2C所示為以太環(huán)網(wǎng)完成故障自愈后的狀態(tài)。發(fā)生故障之前的駐守節(jié)點設備 101，在完成環(huán)網(wǎng)故障自愈后，其角色變?yōu)閰f(xié)同節(jié)點，該節(jié)點上與第五協(xié)同節(jié)點設備1025相 連鏈路的端口成為監(jiān)控端口 MP，處于開通狀態(tài)。環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時所屬監(jiān)控端口檢測到直連 鏈路故障的第三節(jié)點設備1023，在完成環(huán)網(wǎng)故障自愈后，其角色變?yōu)轳v守節(jié)點，該節(jié)點上連 接故障鏈路的端口成為備用端口 BP，處于阻塞狀態(tài)。駐守節(jié)點及協(xié)同節(jié)點可以通過常見的可網(wǎng)管以太網(wǎng)交換機來實現(xiàn)，使用具有以太 網(wǎng)控制接口的CPU對以太網(wǎng)交換芯片進行控制。CPU通過管理接口可以從受控交換芯片收 集各個以太網(wǎng)端口的狀態(tài)信息以實現(xiàn)對端口的監(jiān)視，也可以設置交換芯片內(nèi)部的寄存器以 實施對端口、轉發(fā)地址表、交換策略的控制。另外，無論以太網(wǎng)端口使用何種物理介質，CPU都能夠監(jiān)視和控制端口。對以太網(wǎng)端口的監(jiān)視著重于鏈路通斷的檢測，可以通過檢測端口狀態(tài)改變時引發(fā) 的中斷信號實現(xiàn)。對于使用銅介質的端口，交換芯片內(nèi)部集成或獨立的物理層模塊一般都 提供鏈路狀態(tài)改變中斷信號。對于使用光纖介質的端口，除了上述中斷信號外，交換芯片還 提供SERDES (序列化反序列化)端口鏈路故障告警中斷。在一般的情況下，一條鏈路的通 斷改變可以使其兩端的交換機端口都產(chǎn)生中斷，而中斷是否產(chǎn)生，還可以通過CPU對交換 芯片配置決定。對端口的控制，主要涉及開通與阻塞端口。在端口處于工作狀態(tài)時，通過執(zhí)行開通 或阻塞端口操作能允許或禁止普通以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包經(jīng)該端口交換轉發(fā)。端口處于阻塞狀態(tài) 時，通過設置轉發(fā)地址表和交換策略，可以只轉發(fā)特殊的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)以達到控制目的。如圖3所述，為具有駐守節(jié)點和協(xié)同節(jié)點功能，并能在故障自愈時實現(xiàn)功能角色 切換的以太環(huán)網(wǎng)快速自愈的設備，其本質為可網(wǎng)管以太網(wǎng)交換機，包括CPU模塊301，CPU模 塊301通過以太網(wǎng)控制接口 303與以太網(wǎng)交換芯片302相連，在CPU模塊301內(nèi)設有以太 網(wǎng)控制管理單元3011、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)單元3012和鏈路故障中斷處理單元3013，交換芯片 302提供η個端口。以太網(wǎng)控制管理單元3011具有發(fā)出開通或阻塞端口指令的功能，指令通過以太 網(wǎng)控制接口 303的管理信號3031接口發(fā)送到交換芯片302 ；以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)單元3012用 于接收和發(fā)送故障消息報文，報文數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)控制接口 303的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號3032接 口傳輸；鏈路故障中斷處理單元3013用于接收并處理交換芯片302提供的中斷信號。在協(xié)同節(jié)點設備中，當交換芯片302檢測到所屬端口 304的鏈路斷開時，產(chǎn)生中斷 信號，經(jīng)以太網(wǎng)控制接口 303的中斷信號3033接口送往CPU模塊301的鏈路故障中斷處理 單元3013。經(jīng)中斷處理，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)單元3012發(fā)出故障消息報文，通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信 號3032接口，進入交換芯片302轉發(fā)到發(fā)信端口，此外，以太網(wǎng)控制管理單元3011發(fā)出阻 塞監(jiān)控端口的指令，經(jīng)管理信號3031接口進入交換芯片302，使交換芯片302所屬的監(jiān)控端 口變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。CPU模塊301將設備的功能角色切換為駐守節(jié)點。在協(xié)同節(jié)點設備中，當交換芯片302收到來自監(jiān)控端口的故障消息報文后，轉發(fā) 到發(fā)信端口，并通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號3032接口，將報文數(shù)據(jù)復制給CPU模塊301。CPU模塊 301通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)單元3012獲取故障消息報文后，執(zhí)行更新轉發(fā)地址表操作。在駐守節(jié)點設備中，當交換芯片302收到來自備用端口的故障消息報文后，轉發(fā) 到發(fā)信端口，并通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號3032接口，將報文數(shù)據(jù)復制給CPU模塊301。CPU模塊 301通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)單元3012獲取故障消息報文后，以太網(wǎng)控制管理單元3011發(fā)出開 通備用端口的指令，經(jīng)管理信號3031接口進入交換芯片302，使交換芯片302所屬的備用端 口變?yōu)殚_通狀態(tài)。CPU模塊301執(zhí)行更新轉發(fā)地址表操作，并將設備的功能角色切換為協(xié)同 節(jié)點。在本實用新型的實施例中，駐守節(jié)點的備用端口，其直連鏈路發(fā)生故障和故障恢 復時，始終保持阻塞狀態(tài)，所屬備用端口的駐守節(jié)點保持靜默狀態(tài)，即不發(fā)出所述的故障消 息報文。
權利要求一種以太網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng)鏈路故障快速自愈裝置，其特征在于，包括一個具有發(fā)信端口TP和備用端口BP的駐守節(jié)點設備(101)和至少一個具有發(fā)信端口TP和監(jiān)控端口MP的協(xié)同節(jié)點設備(102)，駐守節(jié)點設備(101)和各個協(xié)同節(jié)點設備(102)之間通過將上述端口相連形成環(huán)，駐守節(jié)點的發(fā)信端口TP連接第一個協(xié)同節(jié)點的監(jiān)控端口MP，第一個協(xié)同節(jié)點的發(fā)信端口TP連接下一個協(xié)同節(jié)點的監(jiān)控端口MP，以此類推，最后一個協(xié)同節(jié)點的發(fā)信端口TP連接駐守節(jié)點的備用端口BP。
2.一種具有權利要求1所述的駐守節(jié)點和協(xié)同節(jié)點功能，并能在故障自愈時實現(xiàn)功能 角色切換的以太環(huán)網(wǎng)快速自愈的設備，其特征在于，包括CPU模塊(301)，CPU模塊(301)通 過以太網(wǎng)控制接口(303)與以太網(wǎng)交換芯片(302)相連，在CPU模塊(301)內(nèi)設有以太網(wǎng) 控制管理單元(3011)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)單元(3012)和鏈路故障中斷處理單元(3013)，交換 芯片(302)提供η個端口。
專利摘要本實用新型提供了一種以太環(huán)網(wǎng)快速自愈的裝置及設備。本實用新型提供的系統(tǒng)包括一個駐守節(jié)點和至少一個協(xié)同節(jié)點，駐守節(jié)點和協(xié)同節(jié)點組成一個環(huán)狀網(wǎng)絡。本實用新型的設備是提供了一種能實現(xiàn)駐守節(jié)點和協(xié)同節(jié)點功能的裝置，其本質是一個可網(wǎng)管以太網(wǎng)交換機，包括CPU模塊，CPU模塊通過以太網(wǎng)控制接口與以太網(wǎng)交換芯片相連。本實用新型的優(yōu)點是針對性強、反應迅速且穩(wěn)定可靠。
文檔編號H04L12/26GK201663607SQ201020119818
公開日2010年12月1日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者周勇達, 徐連香, 陳茂軍 申請人:上海埃德電子股份有限公司