專利名稱：用于設(shè)備級環(huán)網(wǎng)的冗余網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于工業(yè)控制的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，具體地，涉及在生成樹(ST)網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備級環(huán)(DLR)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
用于工業(yè)控制器之間的通信的網(wǎng)絡(luò)不同于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)之處在于，它們必須起到在預(yù)定義的時間限制內(nèi)在對設(shè)備進(jìn)行控制的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間可靠地傳送數(shù)據(jù)的作用。可以通過預(yù)留網(wǎng)絡(luò)帶寬和調(diào)度消息的通信協(xié)議提供有限響應(yīng)時間。可以通過引入冗余網(wǎng)絡(luò)部件來提供網(wǎng)絡(luò)可靠性。許多計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過在冗余部件之間進(jìn)行切換來在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障的情況下提供網(wǎng)絡(luò)的自動“修復(fù)”。這些協(xié)議會花費(fèi)相對長的時間來重新連接網(wǎng)絡(luò)(長達(dá)30秒)，因此，這對于受控處理在該時間段期間通常不會是無向的同時不能產(chǎn)生嚴(yán)重后果的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)而言是不可接受的?？梢酝ㄟ^連接設(shè)備級環(huán)(DLR)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來獲得對工業(yè)控制環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)故障的高速校正，在設(shè)備級環(huán)中，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓谌我鈨蓚€設(shè)備之間提供冗余路徑(在兩個相反方向上沿著環(huán))。通常，該環(huán)在監(jiān)控器設(shè)備處對于所有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)是“打開”的，因此，在用于大多數(shù)數(shù)據(jù)消息的正常線性拓?fù)渲羞M(jìn)行操作。該監(jiān)控器可以在不同端口沿著關(guān)于環(huán)的兩個方向發(fā)出“信標(biāo)”幀，在相對的端口處回收這些幀以表明環(huán)的完整性。如果環(huán)被除監(jiān)控器以外的設(shè)備或介質(zhì)故障中斷，則監(jiān)控器對環(huán)的在監(jiān)控器處的端部進(jìn)行重新聯(lián)接以恢復(fù)連續(xù)的線性拓?fù)洌F(xiàn)在，環(huán)被有故障的部件分離而不是被監(jiān)控器分離。可以使用通知幀來將監(jiān)控器從“分離”到“聯(lián)接”的操作狀態(tài)變化傳送給其他節(jié)點(diǎn)，以使得這些節(jié)點(diǎn)能夠?qū)ζ溆糜趯⒍丝谂c目的地址相關(guān)聯(lián)的MAC地址路由表進(jìn)行重建。這樣的環(huán)系統(tǒng)的錯誤檢測時間能夠非常快，原理上是由信標(biāo)的傳輸速率(每幾個微秒)來限制的。該速率限定了在檢測到錯誤并可以重新配置環(huán)以前的最大時間。通常期望將DLR網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)(例如，與不要求DLR網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊嫣幍脑O(shè)備相關(guān)聯(lián)的些網(wǎng)絡(luò)等)相連。這樣的網(wǎng)絡(luò)可以允許更加靈活的設(shè)備互連，該設(shè)備互連通過檢測并消除設(shè)備之間的連接中的可能的“環(huán)路”的“生成樹協(xié)議”(STP)而更容易，否則，這樣的“環(huán)路”可能使得消息通過網(wǎng)絡(luò)以環(huán)的形式無限傳遞。如在本領(lǐng)域中所理解的，生成樹協(xié)議對利用稱為網(wǎng)橋(bridge)的基礎(chǔ)設(shè)施建立的網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路進(jìn)行標(biāo)識，并且向網(wǎng)橋提供指令以阻塞某些端口來消除這些網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。將這些指令作為“網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元”(Brou)傳送到網(wǎng)絡(luò)中的各個網(wǎng)橋。DLR的環(huán)路結(jié)構(gòu)可以與嘗試消除環(huán)路的生成樹(ST)型網(wǎng)絡(luò)兼容。當(dāng)以確保每個給定的DLR網(wǎng)絡(luò)僅具有單個網(wǎng)關(guān)的方式來在DLR網(wǎng)絡(luò)與ST型網(wǎng)絡(luò)之間提供網(wǎng)關(guān)時，可以適應(yīng)該不兼容性。然而，對網(wǎng)關(guān)數(shù)量的該限制增加了單個網(wǎng)關(guān)故障會阻礙兩個網(wǎng)絡(luò)之間的通信的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過確保每次僅有DLR網(wǎng)絡(luò)中的多個網(wǎng)關(guān)之一可以處于活動狀態(tài)的協(xié)議來允許DLR網(wǎng)絡(luò)與ST網(wǎng)絡(luò)之間的冗余網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)。一般，網(wǎng)關(guān)在活動狀態(tài)或備用狀態(tài)下進(jìn)行操作，在活動狀態(tài)下進(jìn)行操作以允許DLR網(wǎng)絡(luò)與ST網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)來連接，而在備用狀態(tài)下進(jìn)行操作以很大程度地將在該網(wǎng)關(guān)的一側(cè)的DLR通信(traffic)與在另一側(cè)的ST通信分離。包含優(yōu)先級值的廣播“通告”消息可以用于在網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行通信以將一個網(wǎng)關(guān)保持在活動狀態(tài)(具有最高優(yōu)先級)而將其他網(wǎng)關(guān)保持在備用狀態(tài)。“通告”消息的丟失或明確的故障傳輸引起設(shè)備之間的切換。具體地，在一種實施例中，本發(fā)明提供了一種用于將設(shè)備級環(huán)(DLR)網(wǎng)絡(luò)連接至生成樹(ST)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)包括第一端口和第二端口，該第一端口和第二端口能夠連接至IJ DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備以與連接在DLR網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備對DLR拓?fù)湎⒑屯ㄓ孟⑦M(jìn)行通信，該DLR拓?fù)湎⒖刂圃贒LR環(huán)斷開的情況下對DLR的重新配置。該網(wǎng)關(guān)還包括至少一個第三端口，該至少一個第三端口能夠連接至ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備以與連接在ST網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備對通用消息進(jìn)行通信。網(wǎng)關(guān)中的控制器與第一端口、第二端口和第三端口進(jìn)行通信以在包括有活動狀態(tài)和備用狀態(tài)的至少兩種狀態(tài)下進(jìn)行操作，其中，該網(wǎng)關(guān):(i)在活動狀態(tài)或備用狀態(tài)下，僅與DLR網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備交換DLR拓?fù)湎ⅲ?ii)在活動狀態(tài)或備用狀態(tài)下，在ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息；以及(iii )僅在活動狀態(tài)下，在DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備與ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息。因此，本發(fā)明的至少一種實施例的特征在于，在不會引起這兩種不同的網(wǎng)絡(luò)類型中會發(fā)生的沖突(例如，生成樹算法嘗試中斷DLR網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路)的情況下，提供DLR型網(wǎng)絡(luò)與ST型網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)冗余。該網(wǎng)關(guān)還可以監(jiān)視DLR網(wǎng)絡(luò)，以基于來自DLR網(wǎng)絡(luò)中的另一個網(wǎng)關(guān)的消息來在活動狀態(tài)與備用狀態(tài)之間進(jìn)行切換，使得在DLR網(wǎng)絡(luò)中僅有一個活動網(wǎng)關(guān)。因此，本發(fā)明的至少一種實施例的特征是提供了 DLR網(wǎng)絡(luò)與ST型網(wǎng)絡(luò)之間的冗余網(wǎng)關(guān)的自動配置。通過監(jiān)視DLR網(wǎng)絡(luò)上的消息，冗余網(wǎng)關(guān)可以進(jìn)行自組織以使得每次僅有一個網(wǎng)關(guān)活動，并且使得在網(wǎng)關(guān)發(fā)生故障的情況下，另一個網(wǎng)關(guān)將自己啟動。網(wǎng)關(guān)可以在活動狀態(tài)下發(fā)送提供網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值的通告消息，而在備用狀態(tài)下監(jiān)聽通告消息，并且如果在預(yù)定時間內(nèi)沒有接收到通告消息，或者接收到具有比該網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值低的優(yōu)先級的通告消息，則該網(wǎng)關(guān)可以從備用狀態(tài)切換至活動狀態(tài)。因此，本發(fā)明的至少一種實施例的特征是利用DLR網(wǎng)絡(luò)自身來自組織多個網(wǎng)關(guān)。優(yōu)先級值可以包括由用戶設(shè)置的存儲值和網(wǎng)關(guān)的MAC地址。本發(fā)明的至少一種實施例的特征是當(dāng)通過使用特有的MAC地址作為連結(jié)-中斷符(tie-breaker)來標(biāo)識新網(wǎng)關(guān)時消除優(yōu)先級“連結(jié)”的可能性。網(wǎng)關(guān)狀態(tài)可以包括監(jiān)聽狀態(tài)和備用狀態(tài)，并且如果接收到具有比該網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值高的優(yōu)先級的通告消息，則網(wǎng)關(guān)可以從監(jiān)聽狀態(tài)切換至備用狀態(tài)，而如果在預(yù)定時間內(nèi)沒有接收到通告消息或者接收到具有故障指示的通告消息，則網(wǎng)關(guān)可以從備用狀態(tài)切換至監(jiān)聽狀態(tài)；以及其中，該網(wǎng)關(guān)在監(jiān)聽狀態(tài)下發(fā)送通告消息而在備用狀態(tài)下不發(fā)送通告消息。因此，本發(fā)明的至少一種實施例的目的在于，在在備用功能期間始終不發(fā)送不必要的通告消息的情況下，允許從執(zhí)行備用功能的網(wǎng)關(guān)發(fā)送通告消息。網(wǎng)關(guān)可以向DLR網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備發(fā)送廣播刷新表消息，從而使得DLR網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備在網(wǎng)關(guān)切換至活動狀態(tài)時重新學(xué)習(xí)地址與端口之間的關(guān)聯(lián)。刷新表消息可以觸發(fā)DLR網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備將廣播學(xué)習(xí)更新消息發(fā)送到ST網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)橋和DLR網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備，從而使得它們在網(wǎng)關(guān)切換至活動狀態(tài)時快速地重新學(xué)習(xí)地址與端口之間的關(guān)聯(lián)。因此，本發(fā)明的至少一種實施例的目的是提供可以用于觸發(fā)學(xué)習(xí)更新消息以快速地重新學(xué)習(xí)網(wǎng)關(guān)兩端的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化。這些具體的特征和優(yōu)點(diǎn)可以應(yīng)用于落入權(quán)利要求的僅一些實施例，因此，沒有限定本發(fā)明的范圍。


圖1是配置為設(shè)備級環(huán)(DLR)網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合有用于在DLR網(wǎng)絡(luò)與生成樹(ST)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信以在它們之間交換數(shù)據(jù)的兩個網(wǎng)關(guān)設(shè)備的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的圖；圖2是圖1的在活動狀態(tài)下的一個網(wǎng)關(guān)設(shè)備的框圖；圖3是圖1的在備用狀態(tài)下的另一個網(wǎng)關(guān)設(shè)備的框圖；圖4是圖1的DLR網(wǎng)絡(luò)的簡化圖，其示出了從在活動或監(jiān)聽狀態(tài)下的一個網(wǎng)關(guān)發(fā)送通告消息以增強(qiáng)單個網(wǎng)關(guān)操作；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)的操作的狀態(tài)圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參照圖1，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)10可以例如包括多個控制設(shè)備12A至12D，諸如可以與工業(yè)過程14直接或間接地交換信號以進(jìn)行對該過程的實時控制。在本上下文中，實時控制是指受到如下周期支配的控制:由控制設(shè)備12生成的輸出信號與發(fā)送至工業(yè)過程14中的致動器的電信號之間的良好限定的最大延遲周期以及在工業(yè)過程14中由傳感器生成信號與通過控制設(shè)備12對該信號的接收和處理之間的以類似方式良好限定的最大延遲周期。控制設(shè)備12可以借助于下述網(wǎng)絡(luò)媒介18相互通信并且與第一網(wǎng)關(guān)設(shè)備16A和第二網(wǎng)關(guān)設(shè)備16B通信，所述網(wǎng)絡(luò)媒介18支持工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以實現(xiàn)全雙工IEEE 802.3以太網(wǎng)絡(luò)?？刂圃O(shè)備12可以提供可編程邏輯控制器、馬達(dá)驅(qū)動器、I/O模塊等的功能，并且可以包括執(zhí)行保存在存儲器中的存儲程序并提供用于必要控制的邏輯的電子計算機(jī)。通常，存儲的程序?qū)ｉT針對特定工業(yè)過程14來生成?？刂圃O(shè)備12還會包括與上述協(xié)議兼容的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信接口?？梢酝ㄟ^將設(shè)備12A至12D以及網(wǎng)關(guān)16A至16D布置在設(shè)備級環(huán)(DLR)網(wǎng)絡(luò)19中來獲得對網(wǎng)絡(luò)故障(是設(shè)備12或網(wǎng)絡(luò)媒介18的損耗)的改進(jìn)的容差，其中，每個設(shè)備12和網(wǎng)關(guān)16與將其側(cè)接(flank)在環(huán)中的兩個其他設(shè)備12或網(wǎng)關(guān)16通信。因此，例如，每個給定的設(shè)備12或網(wǎng)關(guān)16可以具有經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)媒介18與順時針方向上的一個設(shè)備通信的第一DLR端口 20A(例如，給定設(shè)備的端口 20A與順時針側(cè)接設(shè)備的端口 20B通信)以及經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)媒介18與逆時針方向上的一個設(shè)備通信的第二 DLR端口 20B(給定設(shè)備的端口 20B與逆時針側(cè)接設(shè)備的端口 20A通信)。例如，在2009年6月29日提交的美國專利申請12/493，838中描述了適于與本發(fā)明一起使用的DLR網(wǎng)絡(luò)19，該美國專利申請被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且通過引用合并于此。每個網(wǎng)關(guān)16a和16b還可以包括可以連接至標(biāo)準(zhǔn)的生成樹(ST)網(wǎng)絡(luò)24的多個標(biāo)準(zhǔn)端口 22。ST網(wǎng)絡(luò)24可以包括通過網(wǎng)絡(luò)媒介18連接的多個網(wǎng)橋26以許可地創(chuàng)建網(wǎng)關(guān)16與網(wǎng)橋26之間的多個物理環(huán)路和冗余互連。由生成樹網(wǎng)絡(luò)24實現(xiàn)的特定生成樹協(xié)議可以遵循IEEE 802.1D “快速生成樹協(xié)議”(RSTP)或IEEE 802.1Q “多生成樹協(xié)議”(MSTP)或其他類似標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在參照圖2和圖3，網(wǎng)關(guān)16a和網(wǎng)關(guān)16b中的每個網(wǎng)關(guān)均可以在如圖2所示的活動狀態(tài)50下或者在如圖3所示的備用狀態(tài)48下進(jìn)行操作。在活動狀態(tài)50下，可以例如使用通用的以太網(wǎng)協(xié)議來在端口 20a和/或20b與包括端口 22的所有其他端口之間傳送通用消息28。這種通用消息28僅排除DLR拓?fù)湎?0，DLR拓?fù)湎?0涉及DLR網(wǎng)絡(luò)10的拓?fù)涞闹匦屡渲?，DLR拓?fù)湎?0可以如以下要描述的那樣并且如在以上引述的在先申請中公開的那樣從監(jiān)控節(jié)點(diǎn)發(fā)送。在活動狀態(tài)50下，DLR拓?fù)湎?0可以僅在端口 20A與端口 20B之間傳送。通用消息28還可以包括來自生成樹網(wǎng)絡(luò)24的、可以被傳送至DLR網(wǎng)絡(luò)19的“網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元(BTOU)”，該DLR網(wǎng)絡(luò)19在正常才做下將不具有橋接環(huán)路，這是因為DLR網(wǎng)絡(luò)19的邏輯環(huán)路被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)或因環(huán)路中的故障而中斷。參照圖3，在備用狀態(tài)48下，來自端口 20a或端口 20b中的任一個端口的通用消息28以DLR拓?fù)湎?0的方式僅發(fā)送至端口 20a和端口 20b中的另一個端口中。同樣地，來自生成樹端口 22的通用消息以及其他消息可以僅被傳送至其他生成樹端口 22。阻塞通用消息在端口 20與端口 22之間傳送?，F(xiàn)在參照圖4和圖5，每個網(wǎng)關(guān)16可以具有提供下述存儲程序36的軟件或固件，所述存儲程序36提供在DLR網(wǎng)絡(luò)19上網(wǎng)關(guān)16之間的協(xié)作。例如，當(dāng)電力首先被施加至給定的網(wǎng)關(guān)16a時，給定的網(wǎng)關(guān)16a以啟動狀態(tài)40啟動，在啟動狀態(tài)40下，端口 20與端口 22之間轉(zhuǎn)發(fā)的通信被阻塞。如果給定網(wǎng)關(guān)16a的冗余網(wǎng)關(guān)操作被禁止，則程序按照狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭45進(jìn)行至單個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)44，并且在端口 20與端口 22之間的通信被使能?？商鎿Q地，如果例如通過被編程到網(wǎng)關(guān)16a中的用戶指令來針對給定的網(wǎng)關(guān)16a使能冗余網(wǎng)關(guān)操作，那么程序36按照狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭47進(jìn)行至監(jiān)聽狀態(tài)42，同時繼續(xù)阻塞端口 20與端口 22之間的傳送。在監(jiān)聽狀態(tài)42處，網(wǎng)關(guān)16a在DLR網(wǎng)絡(luò)19上傳送通告消息46 (在圖4中，為了清楚起見僅針對網(wǎng)關(guān)16a示出了通告消息)。網(wǎng)關(guān)16a還將監(jiān)聽來自其他網(wǎng)關(guān)(例如，網(wǎng)關(guān)16b)的通告消息。通告消息46包括可以由用戶編程到網(wǎng)關(guān)16a中的優(yōu)先級值并且還包括網(wǎng)關(guān)16a在DLR網(wǎng)絡(luò)19上的MAC地址的元素。通告消息46還將提供發(fā)送設(shè)備的狀態(tài)，例如，如監(jiān)聽狀態(tài)42或者以下要被描述的活動狀態(tài)50所表示的那樣。如果在監(jiān)聽狀態(tài)42下從具有比接收通告消息的網(wǎng)關(guān)16A的優(yōu)先級值更大的優(yōu)先級值的另一個網(wǎng)關(guān)16B接收到通告消息46，那么網(wǎng)關(guān)16a按照狀態(tài)轉(zhuǎn)換箭頭49移動至備用狀態(tài)48。如上所提到的，優(yōu)先級值包括編程部分以及網(wǎng)關(guān)16的MAC地址。如果所接收的通告消息46的優(yōu)先級值的編程部分與接收網(wǎng)關(guān)16a的優(yōu)先級值的編程部分相同(例如，通過錯誤的重復(fù)編程)，那么對兩個網(wǎng)關(guān)16A和16B的MAC地址進(jìn)行比較并且將MAC地址用作為連結(jié)中斷符。也就是說，如果發(fā)送網(wǎng)關(guān)16B的MAC地址在數(shù)值上大于接收網(wǎng)關(guān)16A的MAC地址，那么接收網(wǎng)關(guān)16a將按照狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭49轉(zhuǎn)變至備用狀態(tài)48。在備用狀態(tài)48下，從端口 20至端口 22的通信轉(zhuǎn)發(fā)被阻塞，而網(wǎng)關(guān)16A將停止發(fā)送通告消息46以防止對網(wǎng)絡(luò)帶寬的不必要使用。如果在監(jiān)聽狀態(tài)42下在預(yù)定的超時時段內(nèi)沒有接收到通告消息46或者如果接收到具有較低優(yōu)先級值的通告消息，那么程序36將按照狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭51進(jìn)行至活動狀態(tài)50，并且將變成活動網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其中從端口 20至端口 22進(jìn)行通信轉(zhuǎn)發(fā)并且反之亦然。在轉(zhuǎn)變至活動狀態(tài)50時，網(wǎng)關(guān)16A將發(fā)送通告消息46并且將在處于活動狀態(tài)50的同時繼續(xù)規(guī)律地發(fā)送通告消息46。此外，緊接在轉(zhuǎn)變至活動狀態(tài)50時，網(wǎng)關(guān)16A將廣播“刷新表”消息發(fā)送至所有的DLR設(shè)備12，并且將刷新其自身的單播和多播地址學(xué)習(xí)濾波器表(路由表)。此時，網(wǎng)關(guān)16A將廣播學(xué)習(xí)更新幀發(fā)送至非DLR網(wǎng)橋26并發(fā)送至其他DLR設(shè)備12以加速其學(xué)習(xí)。當(dāng)接收到“刷新表”消息時，DLR設(shè)備12將刷新其自身的單播和多播地址學(xué)習(xí)濾波器表(路由表)，并且將廣播學(xué)習(xí)更新幀發(fā)送至非DLR網(wǎng)橋26并發(fā)送至其他DLR設(shè)備12以加速其學(xué)習(xí)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)16A處于活動狀態(tài)50時，網(wǎng)關(guān)16繼續(xù)針對通告消息46監(jiān)視DLR網(wǎng)絡(luò)19。如果從另一個網(wǎng)關(guān)16B接收到具有更高優(yōu)先級的通告消息46 (如上所述)，給定的接收網(wǎng)關(guān)16A將按照狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭53轉(zhuǎn)變至備用狀態(tài)48。當(dāng)程序36處于備用狀態(tài)48時，如果在網(wǎng)關(guān)16A的所有上行鏈路端口 22上丟失物理連接或者在端口 22上檢測到更高級別的連接故障，那么網(wǎng)關(guān)16A將如狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭58所示的那樣轉(zhuǎn)變至故障狀態(tài)56。在故障狀態(tài)56下，端口 20與端口 22之間的通信轉(zhuǎn)發(fā)將被阻塞并且將不發(fā)送通告消息46 ;然而，將繼續(xù)監(jiān)視故障?？商孢x地，當(dāng)網(wǎng)關(guān)16a處于活動狀態(tài)50或監(jiān)聽狀態(tài)42時，如果在所有上行鏈路端口 22上丟失物理連接或者在端口 22上檢測到更高級別的連接故障，那么網(wǎng)關(guān)16A將發(fā)送指示故障狀態(tài)56的通告消息46并且將適當(dāng)?shù)匕凑諣顟B(tài)轉(zhuǎn)變箭頭59或狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭61轉(zhuǎn)變至故障狀態(tài)56。在處于備用狀態(tài)48時，如果從網(wǎng)關(guān)16B接收到指示故障狀態(tài)的通告消息46或者如果在預(yù)定的超時時段內(nèi)沒有從活動網(wǎng)關(guān)16B接收到通告消息46，那么網(wǎng)關(guān)16a將移動至監(jiān)聽狀態(tài)42，如狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭57所表示的那樣。如之前處于該監(jiān)聽狀態(tài)42 —樣，阻塞端口20與端口 22之間的通信。在網(wǎng)關(guān)16A處于故障狀態(tài)56時，網(wǎng)關(guān)16A繼續(xù)監(jiān)視通告消息46，并且如果恢復(fù)了端口 22上的連接并且通告消息46表明活動網(wǎng)關(guān)16B具有比接收網(wǎng)關(guān)16A更高的優(yōu)先級，那么程序36轉(zhuǎn)變至備用狀態(tài)48，如狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭55所表示的那樣?？商孢x地，如果恢復(fù)了端口 22上的連接并且所接收的通告消息46來自優(yōu)先級比接收網(wǎng)關(guān)16A更低的網(wǎng)關(guān)16B，那么程序36從故障狀態(tài)56轉(zhuǎn)變至監(jiān)聽狀態(tài)42，如狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭60所表示的那樣。如果在預(yù)定的超時時段內(nèi)沒有從活動網(wǎng)關(guān)16B接收到通告消息46并且端口 22上的連接仍未恢復(fù)，那么網(wǎng)關(guān)16A按照狀態(tài)轉(zhuǎn)變箭頭62保持處于故障狀態(tài)56。局部網(wǎng)絡(luò)故障可能發(fā)生，使得數(shù)據(jù)通信在網(wǎng)絡(luò)媒介18的給定段上僅在一個方向上丟失，從而在其實際上僅是網(wǎng)絡(luò)媒介18的故障時，向網(wǎng)關(guān)16A暗示更高優(yōu)先級的活動網(wǎng)關(guān)16B設(shè)備丟失。為了防止多個網(wǎng)關(guān)16在這種情況下被使能，從處于活動狀態(tài)50但是具有較低優(yōu)先級的網(wǎng)關(guān)16接收通告消息46的處于活動狀態(tài)50的網(wǎng)關(guān)16A可以阻塞從端口22至端口 22的通信轉(zhuǎn)發(fā)，直到這種情況被用戶清除。本文中使用某些術(shù)語僅僅是為了引用的目的，因此，這些術(shù)語并不旨在進(jìn)行限制。例如，諸如“上部”、“下部”、“之上”、“之下”、“順時針”和“逆時針”的術(shù)語是指所參照的圖中的方向。諸如“前面”、“后面”、“背面”、“底面”和“側(cè)面”的術(shù)語描述部件在一致但任意的參考系內(nèi)的各個部分的方位，這通過參照本文和描述所討論的部件的相關(guān)聯(lián)附圖將很清楚。這樣的術(shù)語可以包括以上具體提及的詞、其派生詞以及類似含義的詞。類似地，術(shù)語“第一”、“第二”和涉及結(jié)構(gòu)的其它這樣的數(shù)字術(shù)語并不暗示序列或順序，除非上下文明確指出。當(dāng)介紹本公開內(nèi)容和示例性實施例的元素或特征時，冠詞“一個(a)”、“一個(an)”、“該(the)”和“所述(said)”旨在表示存在一個或多個這樣的元素或特征。術(shù)語“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”意在是包括性的，并且表示可能存在除了具體指出的那些元素或特征之外的附加元素或特征。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中所描述的方法步驟、處理和操作不應(yīng)當(dāng)被理解為必須要求按照所討論或所說明的具體順序來執(zhí)行，除非具體地標(biāo)明為執(zhí)行順序。還應(yīng)當(dāng)理解，可以采用另外的或替選的步驟。對控制器、計算機(jī)或處理器或者其等同物的提及可以被理解為包括一個或多個計算設(shè)備，該計算設(shè)備包括可以實現(xiàn)狀態(tài)感知邏輯以及可以在獨(dú)立式和/或分布式環(huán)境下進(jìn)行通信并且因此可以被配置成通過有線或無線通信與其它處理器通信的微處理器、現(xiàn)場可編程門陣列和專用集成電路，其中，這樣的一個或多個處理器可以被配置成操作一個或多個處理器受控的設(shè)備，這些設(shè)備可以是類似或者不同的設(shè)備。此外，除非另外規(guī)定，否則對存儲器的提及可以包括一個或多個處理器可讀且可訪問的存儲元件和/或部件，該存儲元件和/或部件可以在處理器手段的設(shè)備內(nèi)部、在處理器受控的設(shè)備外部、并且可以通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)來訪問。
權(quán)利要求
1.一種用于將設(shè)備級環(huán)(DLR)網(wǎng)絡(luò)連接至生成樹(ST)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，包括: 第一端口和第二端口，能夠連接至所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，以與連接在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備對DLR拓?fù)湎⒑屯ㄓ孟⑦M(jìn)行通信，所述DLR拓?fù)湎⒖刂圃谒鯠LR環(huán)斷開的情況下對所述DLR的重新配置； 至少一個第三端口，能夠連接至所述ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，以與連接在所述ST網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備對通用消息進(jìn)行通信； 控制器，與所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口進(jìn)行通信，以在包括活動狀態(tài)和備用狀態(tài)的至少兩種狀態(tài)下進(jìn)行操作； 其中，所述網(wǎng)關(guān)進(jìn)行操作以: (i )在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，僅與所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備交換DLR拓?fù)湎ⅲ? (ii)在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，在所述ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息； (iii)在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息； (iv)僅在所述活動狀態(tài)下，在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備與所述ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)關(guān)，其中，所述網(wǎng)關(guān)還監(jiān)視所述DLR網(wǎng)絡(luò)，以基于所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的另一個網(wǎng)關(guān)的消息在所述活動狀態(tài)與所述備用狀態(tài)之間切換，使得在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中僅有一個活動網(wǎng)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)關(guān)，其中，所述網(wǎng)關(guān)在所述活動狀態(tài)下發(fā)送提供所述網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值的通告消息，而在所述備用狀態(tài)下監(jiān)聽通告消息，并且如果在預(yù)定時間內(nèi)沒有接收到通告消息或者接收到具有比所述網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值低的優(yōu)先級的通告消息，則所述網(wǎng)關(guān)從所述備用狀態(tài)切換至所述活動狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的網(wǎng)關(guān)，其中，所述優(yōu)先級值包括由用戶設(shè)置的存儲值和所述網(wǎng)關(guān)的MAC地址。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的網(wǎng)關(guān)，其中，所述網(wǎng)關(guān)狀態(tài)包括監(jiān)聽狀態(tài)和備用狀態(tài)，并且其中，如果接收到具有比所述網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值高的優(yōu)先級的通告消息，則所述網(wǎng)關(guān)從所述監(jiān)聽狀態(tài)切換至所述備用狀態(tài)，而如果在預(yù)定時間內(nèi)沒有接收到通告消息或者接收到具有故障指示的通告消息，則所述網(wǎng)關(guān)從所述備用狀態(tài)切換至所述監(jiān)聽狀態(tài)；并且其中，所述網(wǎng)關(guān)在所述監(jiān)聽狀態(tài)下發(fā)送通告信息而在所述備用狀態(tài)下不發(fā)送通告消息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)關(guān)，其中，所述網(wǎng)關(guān)向所述DLR網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備發(fā)送刷新表消息，從而使得所述DLR網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備在所述網(wǎng)關(guān)切換至所述活動狀態(tài)時重新學(xué)習(xí)地址與端口之間的關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)關(guān)，其中，所述網(wǎng)關(guān)還發(fā)送學(xué)習(xí)更新消息，并且使所述DLR網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備在接收到刷新表消息時發(fā)送學(xué)習(xí)更新消息，從而使得所述DLR網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備和所述ST網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備都在所述網(wǎng)關(guān)切換至所述活動狀態(tài)時快速地重新學(xué)習(xí)地址與端口之間的關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)關(guān)，其中，所述DLR是IEEE802.3以太網(wǎng)環(huán)拓?fù)洹?br> 9.一種設(shè)備級環(huán)(DLR)網(wǎng)絡(luò)，包括:多個交換節(jié)點(diǎn)，被布置成基于動態(tài)地學(xué)習(xí)的MAC地址路由表而在端口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，每個交換設(shè)備至少具有第一端口和第二端口，所述第一端口和所述第二端口能夠連接至網(wǎng)絡(luò)媒介，所述交換節(jié)點(diǎn)布置成環(huán)，其中，每個交換設(shè)備的所述第一端口和所述第二端口連接至所述環(huán)的不同交換節(jié)點(diǎn)，并且其中，所述交換節(jié)點(diǎn)中的至少一個是活動環(huán)監(jiān)控器，所述活動環(huán)監(jiān)控器響應(yīng)于所述環(huán)的連續(xù)性而可控制地對其端口之間的數(shù)據(jù)幀的傳遞進(jìn)行阻塞和解除阻塞， 其中，所述交換節(jié)點(diǎn)中的至少兩個是通往其他網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，所述網(wǎng)關(guān)包括: 第一端口和第二端口，能夠連接至所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，以與連接在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備對DLR拓?fù)湎⒑屯ㄓ孟⑦M(jìn)行通信，所述DLR拓?fù)湎⒖刂圃谒鯠LR環(huán)斷開的情況下對所述DLR的重新配置； 至少一個第三端口，能夠連接至所述ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，以與連接在所述ST網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備對通用消息進(jìn)行通信； 控制器，與所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口進(jìn)行通信，以在包括活動狀態(tài)和備用狀態(tài)的至少兩種狀態(tài)下進(jìn)行操作； 其中，所述網(wǎng)關(guān)進(jìn)行操作以: (i )在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，僅與所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備交換DLR拓?fù)湎ⅲ? (ii)在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，在其他網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息； (iii)在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息；` (iv)僅在所述活動狀態(tài)下，在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備與所述其他網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息；以及 (V )與其他網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，使得僅一個網(wǎng)關(guān)處于所述活動狀態(tài)。
10.一種將設(shè)備級環(huán)(DLR)網(wǎng)絡(luò)連接至生成樹(ST)網(wǎng)絡(luò)的方法，包括: (a)提供網(wǎng)關(guān)設(shè)備，所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有第一端口和第二端口，所述第一端口和所述第二端口連接至所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，以與連接在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備對DLR拓?fù)湎⒑屯ㄓ孟⑦M(jìn)行通信，所述DLR拓?fù)湎⒖刂圃谒鯠LR環(huán)斷開的情況下對所述DLR的重新配置；所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備還具有至少一個第三端口，所述至少一個第三端口能夠連接至所述ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，以與連接在所述ST網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備對通用消息進(jìn)行通信；以及 (b)控制所述網(wǎng)關(guān)以在包括活動狀態(tài)和備用狀態(tài)的至少兩種狀態(tài)下進(jìn)行操作； 其中，所述網(wǎng)關(guān)進(jìn)行操作以: (i )在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，僅與所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備交換DLR拓?fù)湎ⅲ? (ii)在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，在所述ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息； (iii)在所述活動狀態(tài)和所述備用狀態(tài)下，在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息；以及 (iv)僅在所述活動狀態(tài)下，在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備與所述ST網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間交換通用消息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述網(wǎng)關(guān)還進(jìn)行操作以監(jiān)視所述DLR網(wǎng)絡(luò)，以基于所述DLR網(wǎng)絡(luò)中的其他網(wǎng)關(guān)的消息在所述活動狀態(tài)與所述備用狀態(tài)之間進(jìn)行切換，使得在所述DLR網(wǎng)絡(luò)中僅有一個活動網(wǎng)關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述網(wǎng)關(guān)還進(jìn)行操作以在所述活動狀態(tài)下發(fā)送提供所述網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值的通告消息，而在所述備用狀態(tài)下監(jiān)聽通告消息，并且如果在預(yù)定時間內(nèi)沒有接收到通告消息或者接收到具有比所述網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值低的優(yōu)先級的通告消息，則所述網(wǎng)關(guān)從所述備用狀態(tài)切換至所述活動狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述優(yōu)先級值包括由用戶設(shè)置的存儲值和所述網(wǎng)關(guān)的MAC地址。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述網(wǎng)關(guān)狀態(tài)包括監(jiān)聽狀態(tài)和備用狀態(tài)，并且其中，如果接收到具有比所述網(wǎng)關(guān)特有的優(yōu)先級值高的優(yōu)先級的通告消息，則所述網(wǎng)關(guān)從所述監(jiān)聽狀態(tài)切換至所述備用狀態(tài)，而如果在預(yù)定時間內(nèi)沒有接收到通告消息或者接收到具有故障指示的通告消息，則所述網(wǎng)關(guān)從所述備用狀態(tài)切換至所述監(jiān)聽狀態(tài)；并且其中，所述網(wǎng)關(guān)在所述監(jiān)聽狀態(tài)下發(fā)送通告消息而在所述備用狀態(tài)下不發(fā)送通告消息。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述網(wǎng)關(guān)還進(jìn)行操作以向所述DLR網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備發(fā)送刷新表消息，從而使得所述DLR網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備在所述網(wǎng)關(guān)切換至所述活動狀態(tài)時重新學(xué)習(xí)地址與端口之間的關(guān)聯(lián)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述網(wǎng)關(guān)還進(jìn)行工作以發(fā)送學(xué)習(xí)更新消息，并且使所述DLR網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備在接收到刷新表消息時發(fā)送學(xué)習(xí)更新消息，以使所述DLR網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備和所述ST網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備都在所述網(wǎng)關(guān)切換至所述活動狀態(tài)時快速地重新學(xué)習(xí)地址與端口之間的關(guān)聯(lián)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述DLR是IEEE802.3以太網(wǎng)環(huán)拓?fù)洹?br> 全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于設(shè)備級環(huán)網(wǎng)的冗余網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)?？梢韵蛟谠O(shè)備級環(huán)(DLR)網(wǎng)絡(luò)與生成樹(ST)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信的多個網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過以協(xié)作方式確保在給定時間只有單個網(wǎng)關(guān)活動的網(wǎng)關(guān)協(xié)議。該協(xié)作可以通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送通告消息來實現(xiàn)，該通告消息保存優(yōu)先級值，以使得在給定時間僅具有最高優(yōu)先級的單個網(wǎng)關(guān)活動。通告消息的丟失可以觸發(fā)保持在備用狀態(tài)下的網(wǎng)關(guān)承擔(dān)活動網(wǎng)關(guān)的職責(zé)。
文檔編號H04L12/66GK103107940SQ201210461369
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者西瓦拉姆·巴拉蘇布拉馬尼安, 阿納托里·莫多瓦斯基 申請人:洛克威爾自動控制技術(shù)股份有限公司