CN104869041A - 一种环形网络中动态路径规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环形网络中动态路径规划的方法，包括：进行各交换设备初始化配置；依据精确时钟同步协议使各交换设备时钟同步，并生成初始化通信路径，然后各个交换设备按照信息收集报文发送时间间隔在一环端口发送信息收集报文，从另一环端口回收，各个交换设备都应向信息收集报文注册自己的信息，当交换设备的在信息收集接收超时时间内未收到信息收集报文时，则为网络故障，在故障解除之前采用固定路径，如果交换设备接收信息收集报文完毕，则对设备信息进行分析，选择更为合理的路径，随后清空MAC地址转发表，重新进行路径生成。使用本发明的方法，使得环网中的路径规划更为灵活，同时也在一定程度上保证了工业自动化网络的实时性要求。

Description

一种环形网络中动态路径规划的方法

技术领域

本发明涉及以太网技术领域，特别是涉及在以太网交换机组成的环形网络中实现动态路径规划的方法技术领域，具体为一种环形网络中动态路径规划的方法。

背景技术

以太网技术是目前应用最为广泛的局域网通信技术，由于其开放性、兼容性好、易于组网、成本低、传输速度快等优点也逐渐进入工业控制领域，成为自动化通信网络的组成部分。工业以太网是基于IEEE802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATICNET提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。企业内部互联网（Intranet），外部互联网（Extranet），以及国际互联网（Internet）提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE802.3u的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但是实际产品和应用却又完全不同。这主要表现普通商用以太网的产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面不能满足工业现场的需要。工业以太网为了保证网络的冗余性和可维护性，环形网络拓扑结构被大量采用，但是环形网络的路径往往是固定的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种环形网络中动态路径规划的方法，用于解决现有技术中无法很好地将环形网络的路径进行动态地规划，无法满足工业网络特别是大规模环形网络实时性要求的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种环形网络中动态路径规划的方法，组成所述环形网络的多个交换设备拥有相同的地位，每一个交换设备均包括第一环端口和第二环端口，各交换设备通过第一环端口和第二环端口在物理上连接成环，在逻辑上始终保持一段链状的通信路径，并且所述通信路径可根据网络状况进行动态路径规划，所述动态路径规划的方法包括以下步骤：S1，进行各交换设备初始化配置；S2，依据精确时钟同步协议使各交换设备时钟同步，并生成初始化通信路径，其中：初始化通信路径根据收集到的交换设备的设备序列号进行，并将最小序列号的交互设备的第一环端口配置为堵塞状态，最小序列号的交互设备的第二环端口和其它交互设备的第一环端口和第二环端口均配置为转发状态；S3，各交换设备根据信息收集报文的发送间隔时间发送所述信息收集报文；S4，各个交换设备分析收到的信息收集报文，并找出流量最大的交换设备；S5，流量最大的交换设备从环端口发送路径重组通知报文，使每一个交换设备在特定重组时间后清空MAC地址转发表；S6，获取距离所述流量最大的交换设备最远的交换设备，并将该最远的交换设备的第一环端口配置为堵塞状态，将最小序列号的交互设备的第一环端口配置为转发状态。

优选地，重复执行步骤S3至步骤S4，在步骤S4中，若流量最大的交换设备有改变，则继续执行步骤S5和步骤S6。

优选地，还包括设置一个流量的阈值，当交换设备的最高流量低于所述流量阈值时，禁止动态路径规划。

优选地，根据接收所述信息收集报文是否超时判定环形网络是否出现故障，在单点故障的情况下进行路径恢复并采用固定路径。

优选地，在环形网络中出现单点故障时，将距离所述流量最大的交换设备最远的交换设备的第一环端口配置为转发状态，并将信息收集报文接收超时时间内未收到过信息收集报文的交换设备的第一环端口和/或第二环端口配置为堵塞状态。

优选地，所述信息收集报文所收集的信息包括设备序列号和设备流量信息。

优选地，各交换设备初始化配置中，除了交换设备本身的常规配置以外，所述初始化配置还至少包括信息收集报文发送间隔时间、信息收集报文接收超时时间、同步时钟类型、交换设备顺序号以及使能端口流量统计。

优选地，每一个交换设备在收到其它交换设备发出的信息收集报文时，应添加自身的信息到所述信息收集报文中并继续传递。

如上所述，本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法，具有以下有益效果：

本发明以动态路径规划的方式使得通信数据在更合理的通信链路上传输，从而实现工业控制网络的路径选择的灵活性和更好的数据传输的实时性。

附图说明

图1显示为本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法的流程示意图。

图2显示为本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法中环形网络的结构示意图。

图3显示为本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法中路径重组示意图。

图4显示为本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法中环形网络故障恢复示意图。

元件标号说明

1      交换设备

11     第一环端口

12     第二环端口

13     流量最大的交换设备

14     最远的交换设备

S1～S6 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明的目的在于提供一种环形网络中动态路径规划的方法，用于解决现有技术中无法很好地将环形网络的路径进行动态地规划，无法满足工业网络特别是大规模环形网络实时性要求的问题。以下将详细阐述本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法。

为使本领域技术人员理解本发明，以下说明本发明的动态规划的原理。

本发明的原理如下：在环网中以太网交换设备经过初始化配置并基于IEEE1588协议实现精确时间同步后，即进入初始路径规划状态。初始路径形成以后，网络即可进入正常的运行。然后各个交换设备按照信息收集报文发送时间间隔在一环端口发送信息收集报文，从另一环端口回收，用于收集环网中所有交换设备的信息。各个交换设备都应向信息收集报文注册自己的信息。当交换设备的在信息收集接收超时时间内未收到信息收集报文时，则判定出现网络故障，则进行网络恢复，在故障解除之前一直采用固定路径。如果交换设备接收信息收集报文完毕，则对设备信息进行分析，选择更为合理的路径，随后清空FDB表，重新进行路径生成。使用本发明的方法，使得环网中的路径规划更为灵活，同时也在一定程度上保证了工业自动化网络的实时性要求。

具体地，请参阅图1，显示为本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法的流程示意图。在本实施例中，如图2所示，组成所述环形网络的多个交换设备1拥有相同的地位，每一个交换设备1均包括第一环端口11和第二环端口12，各交换设备1通过第一环端口11和第二环端口12在物理上连接成环，在逻辑上始终保持一段链状的通信路径，并且所述通信路径可根据网络状况进行动态路径规划，如图1所示，所述动态路径规划的方法包括以下步骤。

首先执行步骤S1，进行各交换设备1初始化配置。各交换设备1初始化配置中，除了交换设备1本身的常规配置以外，所述初始化配置还至少包括信息收集报文发送间隔时间、信息收集报文接收超时时间、同步时钟类型、交换设备1顺序号以及使能端口流量统计。各交换设备1初始化配置初始化完成后，接着执行步骤S2。

在步骤S2中，依据精确时钟同步协议使各交换设备1时钟同步，并生成初始化通信路径，其中：初始化通信路径根据收集到的交换设备1的设备序列号进行，并将最小序列号的交互设备的第一环端口11配置为堵塞状态（如图2中填充为黑色的环端口），最小序列号的交互设备的第二环端口12和其它交互设备的第一环端口11和第二环端口12均配置为转发状态（图2中空白的环端口）。接着执行步骤S3。

在步骤S3中，初始路径形成以后，整个网络即进入正常的通信状态。各交换设备1根据信息收集报文的发送间隔时间发送所述信息收集报文。所有的信息收集报文均从第一环端口11发出，此时主要用于收集各交换设备1的流量信息，此流量信息定义为交换设备1上除环端口以外所有端口的流量之和，信息收集报文同时也用于发现环网的结构变化，如交换设备1的添加、删除和故障等。交换设备1收到其它设备发出的信息收集报文时，应如实地添加自身的信息到此报文中并继续传递。也就是说，每一个交换设备1在收到其它交换设备1发出的信息收集报文时，应添加自身的信息到所述信息收集报文中并继续传递。

在步骤S4中，各个交换设备1分析收到的信息收集报文，并找出流量最大的交换设备13。网络正常情况下，每个交换设备1都会在信息收集报文接收超时时间之前从第二环端口12收到由第一环端口11发出的信息收集报文。各个交换设备1会分析收到的信息收集报文，找出流量最大的交换设备13，其实每个交换设备1的分析结果是一致的。然后接着执行步骤S5。

在步骤S5中，流量最大的交换设备13从环端口发送路径重组通知报文，使每一个交换设备1在特定重组时间后清空MAC地址转发表。然后接着执行步骤S6。

在步骤S6中，获取距离所述流量最大的交换设备13最远的交换设备14，并将该最远的交换设备14的第一环端口11配置为堵塞状态（如图3中填充为黑色的环端口），将最小序列号的交互设备的第一环端口11配置为转发状态（如图3中空白的环端口）。

重复执行步骤S3至步骤S4，在步骤S4中，若流量最大的交换设备13有改变，则继续执行步骤S5和步骤S6。当流量最大的交换设备13没有发生变化时，路径重组不进行。

在本实施例中还包括设置一个流量的阈值，当交换设备1的最高流量低于所述流量阈值时，禁止动态路径规划。网络性能不会受到太大的影响，也体现更好的灵活性。

在本实施例中，如果各交换设备1无法收到完整的信息收集报文，则表明网络出现了故障。根据接收所述信息收集报文是否超时判定环形网络是否出现故障，如果只有单点故障，网络可以进行恢复，多点故障不在本发明实现的范围内。在单点故障的情况下进行路径恢复并采用固定路径，在网络故障恢复之前不会再进行动态的路径规划。

在信息收集报文接收超时时间内，没有收到过信息收集报文的环端口则被认为是故障的邻接端口，应将此端口转入阻塞状态，防止故障恢复以后带来的环形网络风暴。具体地，如图4所示，在环形网络中出现单点故障时，将距离所述流量最大的交换设备13最远的交换设备14的第一环端口11配置为转发状态，并将信息收集报文接收超时时间内未收到过信息收集报文的交换设备1的第一环端口11和/或第二环端口12配置为堵塞状态（图4中填充为黑色的环端口）。所述信息收集报文所收集的信息包括设备序列号和设备流量信息。

综上所述，本发明的一种环形网络中动态路径规划的方法，达到了以下有益效果：

本发明以动态路径规划的方式使得通信数据在更合理的通信链路上传输，从而实现工业控制网络的路径选择的灵活性和更好的数据传输的实时性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种环形网络中动态路径规划的方法，组成所述环形网络的多个交换设备拥有相同的地位，每一个交换设备均包括第一环端口和第二环端口，各交换设备通过第一环端口和第二环端口在物理上连接成环，在逻辑上始终保持一段链状的通信路径，并且所述通信路径可根据网络状况进行动态路径规划，其特征在于，所述动态路径规划的方法包括以下步骤：

S1，进行各交换设备初始化配置；

S2，依据精确时钟同步协议使各交换设备时钟同步，并生成初始化通信路径，其中：初始化通信路径根据收集到的交换设备的设备序列号进行，并将最小序列号的交互设备的第一环端口配置为堵塞状态，最小序列号的交互设备的第二环端口和其它交互设备的第一环端口和第二环端口均配置为转发状态；

S3，各交换设备根据信息收集报文的发送间隔时间发送所述信息收集报文；

S4，各个交换设备分析收到的信息收集报文，并找出流量最大的交换设备；

S5，流量最大的交换设备从环端口发送路径重组通知报文，使每一个交换设备在特定重组时间后清空MAC地址转发表；

S6，获取距离所述流量最大的交换设备最远的交换设备，并将该最远的交换设备的第一环端口配置为堵塞状态，将最小序列号的交互设备的第一环端口配置为转发状态。

2.根据权利要求1所述的环形网络中动态路径规划的方法，其特征在于，重复执行步骤S3至步骤S4，在步骤S4中，若流量最大的交换设备有改变，则继续执行步骤S5和步骤S6。

3.根据权利要求1或2所述的环形网络中动态路径规划的方法，其特征在于，还包括设置一个流量阈值，当交换设备的最高流量低于所述流量阈值时，禁止动态路径规划。

4.根据权利要求1所述的环形网络中动态路径规划的方法，其特征在于，根据接收所述信息收集报文是否超时判定环形网络是否出现故障，在单点故障的情况下进行路径恢复并采用固定路径。

5.根据权利要求4所述的环形网络中动态路径规划的方法，其特征在于，在环形网络中出现单点故障时，将距离所述流量最大的交换设备最远的交换设备的第一环端口配置为转发状态，并将信息收集报文接收超时时间内未收到过信息收集报文的交换设备的第一环端口和/或第二环端口配置为堵塞状态。

6.根据权利要求1所述的环形网络中动态路径规划的方法，其特征在于，所述信息收集报文所收集的信息包括设备序列号和设备流量信息。

7.根据权利要求1所述的环形网络中动态路径规划的方法，其特征在于，各交换设备初始化配置中，除了交换设备本身的常规配置以外，所述初始化配置还至少包括信息收集报文发送间隔时间、信息收集报文接收超时时间、同步时钟类型、交换设备顺序号以及使能端口流量统计。

8.根据权利要求1所述的环形网络中动态路径规划的方法，其特征在于，每一个交换设备在收到其它交换设备发出的信息收集报文时，应添加自身的信息到所述信息收集报文中并继续传递。