CN106789520B - 一种高速故障安全多节点通信网络 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业安全级产品控制系统互联及数据传输领域，具体涉及应用于多个模块间高速数据通信系统的一种高速故障安全多节点通信网络。高速故障安全多节点通信网络是基于IEEE 802.17协议定义的弹性分组环RPR技术的安全通信网络；高速故障安全多节点通信网络将弹性分组环RPR的通信机制进行如下改进，形成自定义的通信协议。通过本方法，与服务器/客户机模型相比，数据生产者不用为每个消费者都发送一份数据，而是只为所有数据消费者发送一份数据，显然能够最大幅度的减少数据流量。

Description

一种高速故障安全多节点通信网络
技术领域
本发明属于工业安全级产品控制系统互联及数据传输领域，具体涉及应用于多个模块间高速数据通信系统的一种高速故障安全多节点通信网络。
背景技术
在核电厂安全级数字化控制保护系统中，通信功能可以分为四类：一是不同通道间控制站之间的点对点通信，主要用于传输跳堆表决逻辑的数据；二是各控制站与安全专设、安全显示单元和网关之间的多点通信，主要传输反应堆运行参数、控制系统本身的运行状态信息以及由安全显示单元发出的控制/测试指令/参数；三是控制保护系统IO设备与控制站之间的通信，主要是把AI/DI模块采集的现场信号传输到控制站，以及控制站向AO/DO模块发出的控制信号；四是用于系统维护、参数整定、定期试验等功能的维护网络。
其中，第二类通信(下文称：核安全级多点通信网络)对控制保护系统的扩展性、可靠性、实时性和安全性有重要影响，是整个控制保护系统的骨架，是实现多个控制站、安全显示单元和网关站之间高速数据传输的纽带，属于核安全级控制保护系统研制工作的核心技术之一。
因此，有必要依据核电标准要求，参考行业技术文献，归纳出核安全级多节点通信网络的基本特征，结合工程应用需求以及核行业同类产品提出一种高速故障安全多节点通信网络的关键需求及设计方案，并对R-NET的典型应用场景进行描述。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种既能实现多个节点设备间的高速可靠通信，又能快速准确旁路故障节点的安全级多节点通信网络。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种高速故障安全多节点通信网络，应用于多个模块间高速数据通信系统，其包括以下设计要点：
(一)高速故障安全多节点通信网络是基于IEEE 802.17协议定义的弹性分组环RPR技术的安全通信网络；高速故障安全多节点通信网络将弹性分组环RPR的通信机制进行如下改进，形成自定义的通信协议：
保留弹性分组环通信机制中的内外环冗余通信方式的同时，在光纤通信网络中增加光切换矩阵设备，在节点故障时将故障节点旁路，从而恢复其他节点之间的通信；
(二)高速故障安全多节点通信网络的数据帧有上环，过环、下环和剥离四种操作：
所有节点定时将本节点数据进行上环操作，上环时将本节点的数据同时向左、右两个相邻节点分别进行正环、反环发送，网络上的节点收到正环、反环两个方向来的两组相同数据，从而实现数据冗余；
(三)每个节点设备根据设置的数据量定期将本节点数据上环到网络中，将接收到的网络数据进行过环和下环操作，如果节点先接收到的数据通过校验，则使用此数据，如果未经过校验则使用等待另一个环路的报文；如果两份报文都未通过校验，则判定为一次通信失败；
(四)每个节点对网络中的过环数据进行剔除操作，如是本节点上环的数据传回到本节点后进行剔除操作，数据过环次数为零后其他节点也有权利对该帧数据进行剔除操作。
进一步的，如上所述的一种高速故障安全多节点通信网络，高速故障安全多节点通信网络满足核电厂数字化保护系统安全网络的相关要求。
进一步的，如上所述的一种高速故障安全多节点通信网络，核电厂数字化保护系统安全网络的相关要求包括：DI&C-ISG-04-2009、IEEE 7-4.3.2-2010、NUREG/CR-6082-1993。
进一步的，如上所述的一种高速故障安全多节点通信网络，高速故障安全多节点通信网络执行安全通信的功能，其设备安全等级为1E。
进一步的，如上所述的一种高速故障安全多节点通信网络，组成高速故障安全多节点通信网络的设备有两种：位于不同设备内的多节点通信模块和光切换矩阵设备。
进一步的，如上所述的一种高速故障安全多节点通信网络，高速故障安全多节点通信网络的数据帧有上环，过环、下环和剥离四种操作，具体为：
1)节点把本地的数据帧发送到环路上的操作为上环操作；
2)节点把接收到的数据帧更新到本节点的数据缓存区为下环操作；
3)节点把接收到的数据帧继续发送给下一个相邻的节点为过环操作；
4)节点在接收到数据帧后不再对其进行过环操作，而是丢弃，为剥离操作。
进一步的，如上所述的一种高速故障安全多节点通信网络，在高速故障安全多节点通信网络的数据传输过程中，为保障设备的节点个数和网络数据量要求，每个节点设备自由组态配置上环、下环网络传输的数据量，保持网络中数据传输总量要求。
进一步的，如上所述的一种高速故障安全多节点通信网络，在多节点通信数据的帧格式中增加部分辅助数据，用于检查多节点通信网络中存在的错误，并将错误上报到管理系统。
进一步的，如上所述的一种高速故障安全多节点通信网络，多节点通信网络中存在的错误包括数据损坏、非预期重传、顺序错误、数据帧丢失、延迟、非法插入、伪装、寻址错误。
本发明技术方案的有益效果在于：
1)最小化数据流量
与服务器/客户机模型相比，数据生产者不用为每个消费者都发送一份数据，而是只为所有数据消费者发送一份数据，显然能够最大幅度的减少数据流量。
2)具有通信独立性
数据生产者与消费者无需进行交互，数据以广播方式发送，实现了数据发送方和接收方之间的通信隔离。
3)有利于提高通信的实时性
数据生产者同时为所有数据消费者发出数据，减少了通信延迟中比重最大的发送时延，使通信延迟仅包括传播时延、处理时延和排队时延。。
附图说明
图1为多节点通信网络的拓扑结构图；
图2为多节点通信网络数据帧传输示意图。
图中：1光切换矩阵设备，2多节点通信模块，3外环，4内环。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种高速故障安全多节点通信网络，应用于多个模块间高速数据通信系统，高速故障安全多节点通信网络满足核电厂数字化保护系统安全网络的相关要求，相关要求包括：DI&C-ISG-04-2009、IEEE 7-4.3.2-2010、NUREG/CR-6082-1993。
(一)高速故障安全多节点通信网络是基于IEEE 802.17协议定义的弹性分组环RPR技术的安全通信网络；高速故障安全多节点通信网络将弹性分组环RPR的通信机制进行如下改进，形成自定义的通信协议：
保留弹性分组环通信机制中的内外环冗余通信方式的同时，在光纤通信网络中增加光切换矩阵设备，在节点故障时将故障节点旁路，从而恢复其他节点之间的通信；
高速故障安全多节点通信网络执行安全通信的功能，其设备安全等级为1E。组成高速故障安全多节点通信网络的设备有两种：位于不同设备内的多节点通信模块和光切换矩阵设备。
(二)高速故障安全多节点通信网络的数据帧有上环，过环、下环和剥离四种操作：具体为：
1)节点把本地的数据帧发送到环路上的操作为上环操作；
2)节点把接收到的数据帧更新到本节点的数据缓存区为下环操作；
3)节点把接收到的数据帧继续发送给下一个相邻的节点为过环操作；
4)节点在接收到数据帧后不再对其进行过环操作，而是丢弃，为剥离操作。
所有节点定时将本节点数据进行上环操作，上环时将本节点的数据同时向左、右两个相邻节点分别进行正环、反环发送，网络上的节点收到正环、反环两个方向来的两组相同数据，从而实现数据冗余；
在高速故障安全多节点通信网络的数据传输过程中，为保障设备的节点个数和网络数据量要求，每个节点设备自由组态配置上环、下环网络传输的数据量，保持网络中数据传输总量要求。
(三)每个节点设备根据设置的数据量定期将本节点数据上环到网络中，将接收到的网络数据进行过环和下环操作，由于路径不同正环、反环数据在网路中的传输路径可能不同，所有会导致相同数据到达同一节点上的时间可能不同，如果节点先接收到的数据通过校验，则使用此数据，如果未经过校验则使用等待另一个环路的报文；如果两份报文都未通过校验，则判定为一次通信失败；
(四)每个节点对网络中的过环数据进行剔除操作，如是本节点上环的数据传回到本节点后进行剔除操作，数据过环次数为零后其他节点也有权利对该帧数据进行剔除操作。
在多节点通信数据的帧格式中增加部分辅助数据，用于检查多节点通信网络中存在的错误，并将错误上报到管理系统；多节点通信网络中存在的错误包括数据损坏、非预期重传、顺序错误、数据帧丢失、延迟、非法插入、伪装、寻址错误。

Claims (9)

1.一种高速故障安全多节点通信网络，应用于多个模块间高速数据通信系统，其特征在于：
(一)高速故障安全多节点通信网络是基于IEEE 802.17协议定义的弹性分组环RPR技术的安全通信网络；高速故障安全多节点通信网络将弹性分组环RPR的通信机制进行如下改进，形成自定义的通信协议：
保留弹性分组环通信机制中的内外环冗余通信方式的同时，在光纤通信网络中增加光切换矩阵设备，在节点故障时将故障节点旁路，从而恢复其他节点之间的通信；
(二)高速故障安全多节点通信网络的数据帧有上环，过环、下环和剥离四种操作：
所有节点定时将本节点数据进行上环操作，上环时将本节点的数据同时向左、右两个相邻节点分别进行正环、反环发送，网络上的节点收到正环、反环两个方向来的两组相同数据，从而实现数据冗余；
(三)每个节点设备根据设置的数据量定期将本节点数据上环到网络中，将接收到的网络数据进行过环和下环操作，如果节点先接收到的数据通过校验，则使用此数据，如果未经过校验则使用另一个环路的报文；如果两份报文都未通过校验，则判定为一次通信失败；
(四)每个节点对网络中的过环数据进行剔除操作，如是本节点上环的数据传回到本节点后进行剔除操作，数据过环次数为零后其他节点也有权利对该帧数据进行剔除操作。
2.如权利要求1所述的一种高速故障安全多节点通信网络，其特征在于：高速故障安全多节点通信网络满足核电厂数字化保护系统安全网络的相关要求，核电厂数字化保护系统安全网络的相关要求包括：DI&C-ISG-04-2009、IEEE7-4.3.2-2010、NUREG/CR-6082-1993。
3.如权利要求1所述的一种高速故障安全多节点通信网络，其特征在于：高速故障安全多节点通信网络执行安全通信的功能，其设备安全等级为1E。
4.如权利要求3所述的一种高速故障安全多节点通信网络，其特征在于：组成高速故障安全多节点通信网络的设备有两种：位于不同设备内的多节点通信模块和光切换矩阵设备。
5.如权利要求1所述的一种高速故障安全多节点通信网络，其特征在于：高速故障安全多节点通信网络的数据帧有上环，过环、下环和剥离四种操作，具体为：
1)节点把本地的数据帧发送到环路上的操作为上环操作；
2)节点把接收到的数据帧更新到本节点的数据缓存区为下环操作；
3)节点把接收到的数据帧继续发送给下一个相邻的节点为过环操作；
4)节点在接收到数据帧后不再对其进行过环操作，而是丢弃，为剥离操作。
6.如权利要求5所述的一种高速故障安全多节点通信网络，其特征在于：在高速故障安全多节点通信网络的数据传输过程中，为保障设备的节点个数和网络数据量要求，每个节点设备自由组态配置上环、下环网络传输的数据量，保持网络中数据传输总量要求。
7.如权利要求1所述的一种高速故障安全多节点通信网络，其特征在于：在多节点通信数据的帧格式中增加部分辅助数据，用于检查多节点通信网络中存在的错误，并将错误上报到管理系统。
8.如权利要求7所述的一种高速故障安全多节点通信网络，其特征在于：多节点通信网络中存在的错误包括数据损坏、非预期重传、顺序错误、数据帧丢失、延迟、非法插入、伪装、寻址错误。
9.如权利要求1所述的一种高速故障安全多节点通信网络，其特征在于：高速故障安全多节点通信网络满足核电厂数字化保护系统安全网络的相关要求；核电厂数字化保护系统安全网络的相关要求包括：DI&C-ISG-04-2009、IEEE7-4.3.2-2010、NUREG/CR-6082-1993；
高速故障安全多节点通信网络执行安全通信的功能，其设备安全等级为1E；组成高速故障安全多节点通信网络的设备有两种：位于不同设备内的多节点通信模块和光切换矩阵设备；
高速故障安全多节点通信网络的数据帧有上环，过环、下环和剥离四种操作，具体为：
1)节点把本地的数据帧发送到环路上的操作为上环操作；
2)节点把接收到的数据帧更新到本节点的数据缓存区为下环操作；
3)节点把接收到的数据帧继续发送给下一个相邻的节点为过环操作；
4)节点在接收到数据帧后不再对其进行过环操作，而是丢弃，为剥离操作；
在高速故障安全多节点通信网络的数据传输过程中，为保障设备的节点个数和网络数据量要求，每个节点设备自由组态配置上环、下环网络传输的数据量，保持网络中数据传输总量要求；
在多节点通信数据的帧格式中增加部分辅助数据，用于检查多节点通信网络中存在的数据损坏、非预期重传、顺序错误、数据帧丢失、延迟、非法插入、伪装、寻址错误，并将错误上报到管理系统。
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