專利名稱：具有冗余特性的局域網(wǎng),尤其是以太網(wǎng)以及冗余管理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的具有冗余特性的局域網(wǎng)，尤其是以太網(wǎng)以及一種如權(quán)利要求5前序部分所述的冗余管理器。
以太網(wǎng)及其特性例如由DE 19513316A1，DE 19513315A1，EP688121A1，US 5469503A，WO 9515641 A1或US 4800559A可知。迄今為止在自動(dòng)化解法框架內(nèi)的冗余通信通常通過雙倍構(gòu)造完整的由用戶和網(wǎng)絡(luò)亞結(jié)構(gòu)組成的自動(dòng)化解法(雙總線系統(tǒng))來實(shí)現(xiàn)。
由EP 0403763 B1公知一種線性以太網(wǎng)，其中，網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)線路端子連接在一個(gè)冗余管理器上，該冗余管理器在無故障情形下將兩個(gè)線路端子相互分離并在故障情形下將它們相互連接。該冗余管理器對(duì)是否在兩個(gè)線路端子上會(huì)同時(shí)在一預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)一傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并檢測(cè)該線性網(wǎng)絡(luò)是否因此無故障地工作。但這一檢測(cè)準(zhǔn)則只能用在這樣一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)中，即，它能保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)電報(bào)在無故障情形下實(shí)際上也可出現(xiàn)在兩個(gè)線路端子上。這一條件例如在一個(gè)構(gòu)造成具有第一層部件(layer-1-component)的線性網(wǎng)絡(luò)中可滿足，該線性網(wǎng)絡(luò)的部件僅僅用于再生(恢復(fù))或增強(qiáng)電報(bào)，而不會(huì)分析地址(地址運(yùn)算)以及導(dǎo)引電報(bào)。在一個(gè)具有第二層部件(layer-2-components)的網(wǎng)絡(luò)(例如橋)中，則分析電報(bào)的目標(biāo)地址和源地址并根據(jù)它們的地址將這些電報(bào)繼續(xù)傳遞給相連的部段(segment)，亦即導(dǎo)引電報(bào)。與前述不同的是，所傳輸?shù)囊粋€(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)即便在無故障的情形下也不會(huì)強(qiáng)制性地同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)線路端子上。這一檢測(cè)準(zhǔn)則因此并非總是能用在一個(gè)具有第二層部件的線性網(wǎng)絡(luò)中。
由EP 0052390 A1可知一種具有冗余傳輸線的網(wǎng)絡(luò)，其中，傳輸用戶中的一個(gè)以一固定的時(shí)間節(jié)拍向其它用戶發(fā)送一檢測(cè)數(shù)據(jù)包形式的測(cè)試報(bào)告，這些測(cè)試報(bào)告借助一接收電路得到分析。一個(gè)串接在后的分析邏輯電路對(duì)于無故障的檢測(cè)數(shù)據(jù)包產(chǎn)生一個(gè)用于從另一個(gè)總線接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)接信號(hào)，以及一個(gè)顯示有故障總線的報(bào)警信號(hào)。
通過采用標(biāo)準(zhǔn)化的生成樹協(xié)議(Spanning Tree Protokolls)IEEE 802．ID，第二層部件(橋／開關(guān))提供了一種介質(zhì)冗余的可能性。由于這一協(xié)議可處置任意多分支的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而該協(xié)議比較復(fù)雜。通過采用生成樹協(xié)議中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)中的故障出現(xiàn)或被排除后，視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和第二層部件的數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)在大約經(jīng)過30至60秒之后又重新過渡到穩(wěn)定狀態(tài)。雖然通過優(yōu)化各參數(shù)可縮短這一時(shí)間，但最短的反應(yīng)時(shí)間也絕不會(huì)低于5秒。這一時(shí)間段在自動(dòng)化解法的范圍內(nèi)不能被接受，因?yàn)樵谶@一段時(shí)間內(nèi)在自動(dòng)化系統(tǒng)之間不會(huì)發(fā)生有成效的通信。所連接的用戶會(huì)降低邏輯連接，程序似乎在不協(xié)調(diào)地運(yùn)行甚或似乎必須實(shí)行應(yīng)急停止(關(guān)閉)。
本發(fā)明的目的在于在一個(gè)局域網(wǎng)，尤其是在一個(gè)以太網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)快速的介質(zhì)冗余并提供一種適用于此的冗余管理器。快速的介質(zhì)冗余意味著，網(wǎng)絡(luò)在故障出現(xiàn)或排除后的亞秒級(jí)時(shí)間段內(nèi)重新構(gòu)型成一個(gè)有正常功能的結(jié)構(gòu)。這對(duì)于自動(dòng)化解法是一個(gè)臨界(關(guān)鍵性)時(shí)間段。
為達(dá)到這一目的，本文前言所述類型局域網(wǎng)具有權(quán)利要求1特征部分的特征，本文前言所述類型冗余管理器具有權(quán)利要求5特征部分的特征。在所有的從屬權(quán)利要求中則記載了有利的改進(jìn)方案。
作為網(wǎng)絡(luò)拓樸選擇一條由第二層部件組成的線。網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)線路端子連接在一個(gè)冗余管理器上。該冗余管理器可設(shè)計(jì)成具有專門用于控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行軟件的第二層部件，在無故障情形下它將兩個(gè)線路端子相互分?jǐn)嚅_，在故障情形下，例如在線路中斷或在其中一個(gè)第二層部件失效時(shí)，則將兩個(gè)線路端子相互連接起來。由此重新形成一條能正常工作的線。為了快速而可靠地識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的故障或排除它們，可采用以下兩種機(jī)理。這兩種機(jī)理可有利地組合起來使用。
故障識(shí)別機(jī)理1網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)第二層部件不但能識(shí)別一條數(shù)據(jù)線或一個(gè)相鄰第二層部件的失效，而且能識(shí)別用按IEEE 802-3標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)理對(duì)故障的排除。在識(shí)別出故障后，第二層部件將一個(gè)專門的電報(bào)“故障出現(xiàn)”發(fā)送給冗余管理器，將所識(shí)別出的故障通知給它。在排除故障后，該第二層部件向冗余管理器發(fā)出一個(gè)專門的電報(bào)“故障已排除”，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化通知給它。
故障識(shí)別機(jī)理2冗余管理器以預(yù)定的時(shí)間間隔T1將測(cè)試電報(bào)發(fā)送到兩個(gè)線路端子中，基于測(cè)試電報(bào)被另一個(gè)線路端子接收到，該冗余管理器發(fā)出一個(gè)分開兩個(gè)線路端子的指令?；跍y(cè)試電報(bào)在一預(yù)定時(shí)間間隔T2=n·T1內(nèi)沒有被另一個(gè)線路端子接收到，亦即測(cè)試電報(bào)在線路中損失了，該冗余管理器識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)一故障。通過適當(dāng)選擇參數(shù)T1和T2，在一明顯低于1秒的時(shí)間間隔中可識(shí)別出故障。
冗余管理器在連接線路端子之后，亦即在出現(xiàn)故障之后，或者在分開線路端子之后，亦即在排除故障之后，將一專門的電報(bào)“網(wǎng)絡(luò)拓樸變化”發(fā)送給剩下的第二層部件，以便通知它們網(wǎng)絡(luò)拓樸的變化。在接收到該電報(bào)后，第二層部件清除掉在它們的地址表格中的動(dòng)態(tài)登錄。這些地址表格例如可根據(jù)IEEE 802．ID對(duì)地址表格／數(shù)據(jù)庫的定義來構(gòu)造。如此可確保所有的電報(bào)在網(wǎng)絡(luò)重新構(gòu)型后能立即重新到達(dá)用戶那兒。
上述機(jī)理保證在出現(xiàn)故障或?qū)⑵淝宄螅苎杆俚卦谝伙@著低于1秒的時(shí)間段內(nèi)使網(wǎng)絡(luò)重新構(gòu)型成一個(gè)能起作用的結(jié)構(gòu)。
下面借助一簡(jiǎn)化實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)說明。圖中所示一環(huán)狀以太網(wǎng)1采用商業(yè)部件，例如具有纖維2、3的玻璃纖維纜線，以用于發(fā)送或接收電報(bào)。以太網(wǎng)也可選擇用電部件，例如帶有兩對(duì)導(dǎo)線的雙絞式電纜來構(gòu)成。多個(gè)轉(zhuǎn)接組件4按預(yù)定的間距(例如幾公里)相連，它們?cè)O(shè)計(jì)成第二層部件并通過連接線5通往其它未示出的用戶。這些用戶例如可以是自動(dòng)化系統(tǒng)，操作和觀察站，服務(wù)器，打印機(jī)，其它網(wǎng)等等。兩個(gè)線路端子7和8與一個(gè)冗余管理器6相連接，該冗余管理器監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)并在必要時(shí)使之重新構(gòu)型。它象一個(gè)智能開關(guān)9那樣工作。在無故障的情形下，它象一斷開的開關(guān)9那樣將兩個(gè)線路端子7、8相互分?jǐn)嚅_。在故障情形下，它又將兩個(gè)線路端子7和8相互連接起來，也就是說，它將所有在一個(gè)線路端子7上接收的消息繼續(xù)傳遞給另一線路端子8或與之相反。此時(shí)它相應(yīng)于一個(gè)處于接通狀態(tài)的開關(guān)9。為了控制開關(guān)(轉(zhuǎn)接)過程，冗余管理器6在一短的時(shí)間間隔內(nèi)將測(cè)試電報(bào)饋入兩個(gè)線路端子7、8，并在另一相對(duì)的線路端子8或7上接收這一測(cè)試電板。若它在一時(shí)間間隔T2內(nèi)至少接收到一份測(cè)試電報(bào)，則將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)識(shí)別為無故障。此時(shí)該冗余管理器6將被重新斷開(除非它本身已經(jīng)是斷開的)。若在一預(yù)定時(shí)間間隔T2內(nèi)在兩個(gè)與冗余管理器相連的線路端子上沒有接收到一份測(cè)試電報(bào)或者當(dāng)冗余管理器6接收到一份專門的通知電報(bào)“第二層部件4出現(xiàn)故障”，該冗余管理器6就識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)一故障并將事先已斷開的兩個(gè)線路端子7和8又連接起來，相當(dāng)于接通開關(guān)9。由此又重新建立起一條功能正常的線路并保證通信。由于網(wǎng)絡(luò)的重新構(gòu)型在最短的時(shí)間內(nèi)，亦即在少于1秒的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，還可以確保所連接的用戶不會(huì)降低邏輯通信連接，使得通信能不受干擾地繼續(xù)進(jìn)行，一個(gè)用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化解法也能不受影響。
若冗余管理器6在開關(guān)9接通時(shí)在兩個(gè)線路端子7、8的一個(gè)上接收到一份測(cè)試電報(bào)，或接收到一份通知電報(bào)“故障已排除”，則它就將開關(guān)9斷開并將一份電報(bào)“網(wǎng)絡(luò)拓樸已改變”發(fā)送給所有的第二層部件4。由此又重新建立起一個(gè)功能正常的線性結(jié)構(gòu)。
上述技術(shù)解決方案的優(yōu)點(diǎn)在于所采用的環(huán)形結(jié)構(gòu)與雙總線結(jié)構(gòu)相比較節(jié)約了成本，同時(shí)又保持了快速的介質(zhì)冗余。此外上述環(huán)形結(jié)構(gòu)還允許用戶僅僅與一個(gè)通信組件連接，這在雙總線系統(tǒng)中是不可能的。環(huán)形結(jié)構(gòu)不僅在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成本上有優(yōu)勢(shì)，而且還簡(jiǎn)化了所采用部件的軟硬件。通過快速的介質(zhì)冗余因而也可以較低的費(fèi)用按有利的方式使局域網(wǎng)具有高的可供使用性。
權(quán)利要求
1．一種局域網(wǎng)，尤其是以太網(wǎng)，其具有冗余特性，其中網(wǎng)絡(luò)(1)拓樸為線狀，網(wǎng)絡(luò)(1)的兩個(gè)線路端子(7，8)與一個(gè)冗余管理器(6)相連，該冗余管理器被設(shè)計(jì)成在無故障情形下將兩個(gè)線路端子(7，8)相互分?jǐn)嚅_，而在故障情形下將兩個(gè)線路端子(7、8)相互連接，其特征在于，冗余管理器(6)在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)將測(cè)試電報(bào)輸入兩個(gè)線路端子(7、8)，并基于在一預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)在其中另一個(gè)線路端子(8，7)上接收到測(cè)試電報(bào)而發(fā)出一項(xiàng)要求斷開或連接所述兩個(gè)線路端子(7，8)的指令。
2．如權(quán)利要求1所述的局域網(wǎng)，其特征在于，在網(wǎng)絡(luò)中采用第二層部件(4，6)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的局域網(wǎng)，其特征在于，至少一個(gè)第二層部件(4)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的故障并將一份通知發(fā)生故障的電報(bào)發(fā)送給冗余管理器(6)，該第二層部件(4)在故障消除后將一份通知故障已消除和網(wǎng)絡(luò)拓樸已改變的電報(bào)發(fā)送給冗余管理器(6)。
4．如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的局域網(wǎng)，其特征在于，所述冗余管理器(6)在識(shí)別或排除一故障后發(fā)送一份通知網(wǎng)絡(luò)拓樸已改變的電報(bào)。
5．一種用于如權(quán)利要求1所述的局域網(wǎng)，尤其是以太網(wǎng)的冗余管理器，它被設(shè)計(jì)成在無故障情形下將兩個(gè)線路端子(7，8)相互分?jǐn)嚅_，而在故障情形下將兩個(gè)線路端子(7、8)相互連接，其特征在于，該冗余管理器(6)在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)將測(cè)試電報(bào)輸入兩個(gè)線路端子(7、8)，并基于在一預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)在其中另一個(gè)線路端子(8，7)上接收到測(cè)試電報(bào)而發(fā)出一項(xiàng)要求斷開或連接所述兩個(gè)線路端子(7，8)的指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有冗余特性的局域網(wǎng),以及一種冗余管理器。該冗余管理器(6)連接在網(wǎng)絡(luò)(1)的線路端子上,用于通過測(cè)試電報(bào)來檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)該冗余管理器(6)將線路端子(7,8)連接,從而確保網(wǎng)絡(luò)在毫秒級(jí)時(shí)間段內(nèi)能恢復(fù)繼續(xù)運(yùn)行。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1292193SQ99803487
公開日2001年4月18日 申請(qǐng)日期1999年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月11日
發(fā)明者卡爾·格拉斯, 喬基姆·洛邁耶, 羅爾夫·魯申, 伯恩哈德·施密德 申請(qǐng)人:西門子公司, 理查德·赫希曼兩合公司