CN106506712A - 以太网通信体系架构中的自动寻址方法 - Google Patents

以太网通信体系架构中的自动寻址方法 Download PDF

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Abstract

本发明是以太网通信体系架构中的自动寻址方法。经由菊花链型的以太网通信网络连接在一起的多个客户端模块的服务器模块的配置方法，每一个客户端模块包括按如下方式配备了第一通信端口和第二通信端口的以太网转换器：把第一客户端模块的第一端口连接于服务器模块的通信端口，把另一个客户端模块的第一端口连接于相邻客户端模块的第二端口。对于每一个客户端模块，所述方法包含初始化步骤，其中，客户端模块激活其第一端口，并且停用其第二端口；标识步骤，其中，客户端模块经由其第一端口与服务器模块进行通信，以接收标识符；以及配置结束步骤，其中，一旦已经接收到其标识符，客户端模块激活其第二端口。

Description

以太网通信体系架构中的自动寻址方法
技术领域
本发明涉及一种在包括通过菊花链型以太网通信网络彼此通信的装置的通信体系架构中寻址的自动配置的规程，即所述装置级联(或串联)连接。
本申请的相关领域是例如配电网络的MV/LV(MV：中电压，LV：低电压)分站中的远程控制站的模块化架构。这样的远程控制站通常包括能够确保在MV或者LV设备水平测量电压/电流的功能、监视质量和管理电网的功能、故障检测的功能、设备的指挥/控制等功能的各种不同的功能模块。
背景技术
这种类型的模块化架构(或模块化的RTU—远程终端单元)还可以包括一方面负责实现与集中监控系统的通信接口，另一方面负责管理各种MV或者LV客户端功能模块的中央服务器模块。
例如，模块按相邻的方式物理上放置在DIN导轨上。将服务器模块放置在最前面，并且所述客户端模块被排列成彼此并排。具有这种类型的模块化架构的困难之处在于按简单的方式配置各种客户端模块的能力，即把物理地址(物理地址为模块在DIN导轨的阵列上的位置)分派每一个模块，然后把IP地址与其相关联，以使服务器模块能够找回阵列的物理配置。
已经存在能够把IP地址或者唯一名称分派每一个模块的现存的协议(例如，DHCP、DPWS、DNS等)，然而模块的物理位置的记录要求人工操作(在启动阶段期间按压模块上的按钮、接通LED以识别相应于某MAC地址的模块的所在、读标号以及拷贝到模块的MAC地址的Web页中等)。
其它文献，例如，FR2641629、US6688910、US8791646已经描述了用于通信网络上地址分配与标识的自动或者半自动规程。这些规程不总是简单的，并且要求例如每一个客户端模块中一个唯一的电子序列号的存在、确定客户端模块的物理位置的电测量、查明所连接的模块的数目的脉冲的计数等。另外，文献US7139839不仅提供了各种模块之间的通信总线，而且还提供了不同的寻址总线，旨在能够自动地把标识符(例如MAC地址)分派至每一个客户端模块。
文献US2009213763描述了一种用于按非时序方式把IP地址分派到按至服务器模块的环形网络连接的客户端模块的规程。文献US5914957和WO0308599描述了一种其中服务器必须主动逐一配置每一客户端模块的配置规程。
于是，本发明的目的旨在提出一种无所述缺点、极简单又灵活的自动配置规程，而且当启动阶段完成时，其允许服务器模块确定当前所连接客户端模块的整个集合、其在阵列上的物理位置/地址以及其标识(IP地址或者MAC地址)。
在所述架构的第一配置期间，能够很好地利用根据本发明的规程。另外，此规程允许在通信网络中对故障客户端模块的替换与其他的客户端模块的添加进行更容易和更快捷的管理，因为客户端模块主动向服务器模块询问标识符。
发明内容
借助多个客户端模块的服务器模块的配置方法实现这一目的，经由菊花链型的以太网通信网络将客户端模块和服务器模块连接在一起。每一个客户端模块包括按如下方式配备了第一通信端口和第二通信端口的以太网转换器：第一客户端模块的第一端口连接到服务器模块的通信端口，另一个客户端模块的第一端口连接到相邻客户端模块的第二端口。对于每一个客户端模块，所述方法包括：
-初始化步骤，其中客户端模块激活其第一端口，并且停用其第二端口，
-标识步骤，其中客户端模块经由其第一端口向服务器模块发送发现请求，以从服务器模块接收标识符，
-配置结束步骤，其中，一旦已经接收到其标识符，客户端模块激活其第二端口。
在标识步骤期间，客户端模块向服务器模块发送发现请求。较佳地，在不存在来自服务器模块的答复时，客户端模块周期性地向服务器模块发送发现请求。根据一个实施例，所述请求遵从DHCP标准。
本发明还涉及一种配电网络的远程控制系统，包括经由菊花链型以太网通信网络连接在一起的服务器模块和多个客户端模块，所述远程控制系统适合于实现这样的配置方法。本发明还涉及一种客户端模块，所述客户端模块包括具有两个通信端口的以太网转换器，能够将所述客户端模块插入远程控制系统，以实现这样的配置方法。
可以看出，所述规程依赖于客户端模块的以太网转换器的两个通信端口的非对称使用，从而能够通过服务器模块顺序地标识每一个客户端模块。实际上，只要未把标识符分配给客户端模块，后者不激活其第二通信端口，从而不允许位于下游的客户端模块与服务器模块交换。
附图说明
在以下结合附图的详细描述中，其它特性与优点将会变得十分明显，其中：
图1代表包括一个服务器模块和四个客户端模块的远程控制系统的一个示例性架构，
图2、图3以及图4示出按图1中的架构所实现的配置方法的连续阶段。
具体实施方式
参照图1，远程控制系统包括一个服务器模块1和多个客户端模块。通过菊花链型的物理连接4的IP(Internet协议)以太网(Ethernet)通信网络把各种模块连接在一起，即级联(cascade)(或串联(in tandem))连接所述模块。每一个客户端模块10、11、12、13具有一个配有两个通信端口的以太网转换器，在本文档中，以下将所述两个通信端口分别称为第一端口和第二端口。第一端口分别被称为10a、11a、12a以及13a，第二端口分别被称为10b、11b、12b以及13b。客户端模块的以太网转换器能够在第一端口和第二端口之间传递消息，反之亦然。
所有模块通过连接设备5物理地链接在一起从而能够极其容易地将每一个模块与其相邻的一个模块或多个模块(即其前一个相邻模块和其后一个相邻模块)连接以及断开。根据一个特定实施例，所述连接设备具有U形跨接器5的形式并且包括例如通过电缆耦合(hooked)的RJ45型的两个连接器。为了简化，图1中只表现了单个跨接器5，但显然跨接器也可以存在于端口10b和11a之间、11b和12a之间以及12b和13a之间。
可以按简单的方式、以链的形式相互并排排列模块1、10、11、12、13，并且例如，固定在DIN导轨6上，服务器模块1被放置在所述链的尾部。于是，服务器模块1的通信端口2与和服务器模块1并排放置的第一客户端模块10的第一端口10a相连。服务器模块1还可以包括一个或多个其它通信端口3，以连接至中央监控器或者计算机。
第一客户端模块10的第二端口10b被耦合至与模块10相邻的客户端模块11的第一端口。于是，所有客户端模块10、11、12、13的第二端口被连接于所述链中后续的客户端模块的第一端口，显然提供了这样的后续客户端模块的存在。同样，除第一客户端模块10之外的其它客户端模块11、12、13的第一端口连接至前面的客户端模块的第二端口。
在图1的示例中，将第一客户端模块10与服务器模块并排放置，并且，在配置方法期间，将因此自动地被分配至对应于阵列上其物理位置的物理地址1。同样，向与模块10并排放置的客户端模块11分配物理地址2、向客户端模块12分配物理地址3、向客户端模块13分配物理地址4等。实际上，已知连接的级联模式，在配置方法期间，客户端模块10将第一个与服务器模块1交换，然后是模块11等。较佳地，对于每一个新的客户端模块，服务器模块1递增的物理地址将被分配。
能够非常简单地实现诸如此类的模块化架构，因此能够容易地包括大量按这一方式耦合的模块，例如，24个模块。
有利的是，例如当替换有故障的客户端模块12时，控制系统将按如下方式重新启动配置方法：能够在无需对这一替换模块进行干预的情况下，自动地、非常简单地把物理地址3分配于新的替换模块12。当控制系统必须添加新功能的客户端模块时，同样如此。
所述配置方法运行如下：
图2表示了配置方法的第一步骤，称为初始化步骤，其中，所有客户端模块10、11、12、13本身均处于非被配置的状态、激活它们的第一端口10a、11a、12a、13a以及停用它们的第二端口10b、11b、12b以及13b(停用的端口：在图中用黑色加以表示)。已知采用了菊花链通信网络架构，这意味着当启动时，仅第一客户端模块10能够与服务器模块1进行交换。其它的客户端模块不能如此做，因为停用了第一模块10的第二端口10b。
在这一初始化步骤之后，客户端模块10、11、12、13转向标识步骤，在标识步骤中，客户端模块试图通过它们的第一端口10a、11a、12a、13a与服务器模块1进行通信，以从服务器模块1接收标识符。
因此，标识步骤展现了两种可能的变化形式：
a)根据第一变化形式，客户端模块10、11、12、13向处于“倾听”模式的服务器模块发送发现请求(例如DHCP发现类型)10d、11d、12d、13d。如果服务器模块接收到这样一个请求，其随后通过一个应答(offer)请求1e(例如DHCP应答类型)向发送发现请求的客户端模块进行答复。
如果在某一预先确定的时间之后发送发现请求的客户端模块未从服务器模块接收到任何答复，则其周期性地重复发送其发现请求10d、11d、12d、13d并且仍处于标识步骤。
b)根据第二变化形式，客户端模块不再周期性地启动与服务器模块1的交换，而是服务器模块1在通信网络上有规律地发送一个应答请求(例如DHCP应答类型)。如果其接收到对这一请求的答复，则这意味着网络上仍存在至少一个将加以配置的客户端模块。
此第二变化形式使避免需要客户端模块连续地不必要地发送发现请求成为可能，只要它们不实际能够与服务器模块对话即可，但其使替换故障客户端模块或者添加新的客户端模块更加复杂。
当客户端模块从服务器模块1接收到一个应答请求，而且这一客户端模块不处于被配置的状态时，则其通过一个例如DHCP请求类型的请求向服务器模块1进行答复，并且服务器模块1将能够向客户端模块返回一个向其分配标识符的识别请求(例如DHCP ACK类型)，所述标识符包括一个物理地址和一个IP地址、以及可选的其它参数。
当服务器模块如此向客户端模块1分配了标识符时，接下来客户端模块转向所谓的配置结束步骤，其中，其将自己定位于被配置的模式，并且激活其第二通信端口。于是，由于服务器模块1将能够接收其发现请求，在链中接下来的客户端模块能够开始与服务器模块1进行交换。
因此，在图3中，可以看出已经接收到标识符的客户端模块10处于被配置的状态，并且已经激活了其第二端口10b，于是，接下来允许与模块10相邻的客户端模块11与服务器模块1进行通信。因此，后者能够接收客户端模块11的发现请求11d，并且向其发送应答请求le，此后客户端模块10的以太网转换器能够传递消息。
在图4中，服务器1已经能够向之后已经激活其第二端口11b的客户端模块11分配标识符，以允许在服务器1和相邻客户端模块12之间进行交换。
当服务器模块1不再能够接收到源自客户端模块10、11、12、13的任何发现请求时，或者当其不再能够接收到对应答请求的任何答复时，则这意味着所有客户端模块为被配置的10、11、12、13，并且已经激活了它们的第二通信端口，于是，所述配置方法结束。
作为选择，表示模块的每一个通信端口的激活/停用状态的LED指示器允许用户以简单的方式操作用于配置远程控制系统的方法。

Claims (6)

1.多个客户端模块(10、11、12、13)的一个服务器模块(1)的配置方法，以太网所述客户端模块和所述服务器模块经由菊花链型的以太网通信网络(4)连接在一起，每一个客户端模块包括按如下方式配备了第一通信端口(10a、11a、12a、13a)和第二通信端口(10b、11b、12b、13b)的以太网转换器：第一客户端模块(10)的第一端口(10a)被连接到所述服务器模块(1)的通信端口(2)，并且另一个客户端模块(11、12、13)的第一端口连接到相邻客户端模块的所述第二端口，其特征在于，对于每一个客户端模块，所述方法包括：
-初始化步骤，其中所述客户端模块激活其第一端口，并且停用其第二端口，
-标识步骤，其中所述客户端模块经由其第一端口向所述服务器模块发送发现请求，以从所述服务器模块接收标识符，
-配置结束步骤，其中，一旦已经接收到其标识符，所述客户端模块激活其第二端口。
2.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，在所述标识步骤期间并且在不存在来自所述服务器模块的答复时，所述客户端模块周期性地向所述服务器模块发送发现请求。
3.根据权利要求1或者2之一所述的配置方法，其特征在于，所述请求遵从DHCP标准。
4.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，客户端模块的所述标识符包括IP地址和物理地址。
5.用于配电网络的远程控制系统，包括经由菊花链型以太网通信网络(4)连接在一起的服务器模块(1)和多个客户端模块(10、11、12、13)，其特征在于，所述远程控制系统适合于实现根据上述权利要求之一的配置方法。
6.远程控制系统的客户端模块(10、11、12、13)包括配备有第一通信端口(10a、11a、12a、13a)和第二通信端口(10b、11b、12b、13b)的以太网转换器，其特征在于，所述客户端模块适合于实现根据上述权利要求1～4之一的配置方法。
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