CN107210932A - 网络系统中的节点故障的自适应恢复 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于网络系统中的故障恢复的方法和装置，其中链表被创建，其中每一个网络节点知晓在至少一个方向中其邻居节点的网络地址，其中每一个网络节点发送信标至其邻居节点并使得其邻居节点确认信标的接收，以及其中网络节点利用开关设备来检查已失败的邻居节点被连接至的端口的端口状态，以便识别替换节点。
Description
技术领域
本发明涉及网络系统诸如但不限于基于Internet Protocol（因特网协议）(IP)联网的联网照明控制系统中的故障恢复(failure recovery)。这样的系统典型地由嵌入式IP节点构成，其中这些IP节点是照明设备(luminaire)、传感器并且有可能是其他的IP设备，其经由技术例如IEEE 802.15.4无线联网与提供高速数据连接性和功率至这些IP节点的IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network（低功率无限个人局域网上的IPv6）(6LoWPAN)或者Power over Ethernet（以太网供电）(PoE)链路进行连接。
背景技术
自动化和照明系统利用通信网络。在过去几年中，众多类型的网络已被提议并正在被使用。配置设备和网络来满足具体安装的需要的任务被称为调试(commissioning)。广义上说，调试涵盖广泛的任务，其包括无线电和物理环境的调查(survey)、设备的放置、参数的配置、应用绑定、网络与设备参数的最优化以及正确操作的测试与验证。时常，非技术问题与半技术问题需要被考虑，其包括安装程序的技巧和工作流实践、设备的识别和可访问性的容易以及与其它的无线或有线系统的互操作性和共存。调试进程牵涉许多步骤，即找到并加入或创建网络、建立安全关联、发现（多个）设备与（多种）服务以及建立控制关系（有时被称为找到并绑定(finding and binding)）。
在通信网络中，节点能够是连接点、再分布点或通信端点（某终端器材）。节点的定义取决于所涉及的网络与协议层。物理网络节点是被依附到网络上的有源电子设备并且能够在通信信道上发送、接收或转发信息。
典型地，在照明控制系统中具有两种类型的逻辑拓扑结构。一种类型是集中式系统，其具有中央设备或控制器，即所谓的管理在控制器和致动器(actuator)之间的通信并且监测系统健康的“主控制器(master)”或“区域控制器”。另一种类型是分布式架构，其中控制器直接与致动器通信并且健康监测通过办公室管理人员的定期检验来实现。
当节点（例如光源(light)或传感器等等）在网络系统中损坏(break down)时，通常该节点需要被替换并被重新调试，这是因为新的节点并不包含或知晓该节点在更广的网络系统中的正确操作所需的配置数据和设置。在没有中央控制器的分布式架构中，在替换之后的照明设备故障(failure)和恢复的检测是困难的，这是因为没有监测各种照明设备并且能够自动调试替换设备的中央设备。
在专利申请US20130262937中，显示一种方法，其使得网络节点能够通过与来自交换机(switch)内的子网管理器的数据相结合使用心跳机制来检查是否其网络系统中的不同节点已损坏。
发明内容
本发明的目的是提供用于针对网络系统提供有效的维护方案的方法和系统。
这些目的利用权利要求1所请求保护的装置、利用权利要求7所请求保护的方法、利用权利要求9所请求保护的网络节点、利用权利要求11所请求保护的网络系统和利用权利要求13所请求保护的计算机程序产品来实现。
相应地，利用一组网络节点设立的链表拓扑允许利用其邻居节点的失败(fail)或失灵(malfunction)网络节点的检测，以致这个邻居节点能够利用所连接的开关设备来检查已失败的网络节点被连接至的端口的端口状态，以便识别替换节点。从而，尤其对于没有区域控制器和/或照明服务器的那些系统结构而言，能够提供基于IP或其他智能照明系统的自适应故障恢复。
这不同于专利申请US20130262937，因为本发明旨在检测替换的节点并从而允许改进的故障处理，而所提及的专利申请旨在减少检查是否网络中的节点已损坏所必需的时间。
根据第一选项，网络信息可以包括网络层地址、链路层地址、开关设备的地址和邻居节点被连接至的端口的识别。从而，足够的信息在网络节点上直接可用于检查邻居节点的状态和确定是否它已被替换。
根据能够与第一选项进行组合的第二选项，网络节点包括照明设备，以及其中信标信号包含网络节点的链路层地址、当前控制模式、照明场景和传感器数据。信标信号因而能够用来通过网络传达照明系统的控制信息。
根据能够与上面的第一选项和第二选项之中的任一选项进行组合的第三选项，装置可以被适配成：如果针对预定的时间周期而言没有确认信号已响应于信标信号而从邻居节点接收到的话，通过在一组节点内发送多播信号，以及在它从邻居节点的邻居节点接收到回答时，通过建立临时链接列表，在至少一个方向中与邻居节点的邻居节点建立临时逻辑链接。临时链接提供能够使得系统更加鲁棒的优势，这是因为即使两个相邻节点被替换，邻域信息也保持可用。
根据能够与上面的第一选项到第三选项之中的任一选项进行组合的第四选项，装置可以被适配成：向开关设备的链路层地址表格请求邻居节点的链路层地址，并且基于接收的链路层地址来确定是否邻居节点已被替换。从而，通过简单比较接收的链路层地址和存储在网络节点中的邻居列表中的链路层地址，网络节点能够容易地确定是否其邻居节点已被替换。
根据能够与上面的第一选项到第四选项之中的任一选项进行组合的第五选项，装置可以被适配成：将接收的链路层地址转换为网络层地址或针对分配的网络层地址来检查地址解析协议表格；将网络节点的配置信息拷贝至邻居节点；更新有关邻居节点的邻居信息；以及如果已确定邻居节点已被替换，则利用邻居节点的网络信息来改变网络节点的邻居信息。从而，能够实现在节点替换之后的自动重新配置。
根据能够与上面的第一选项到第五选项之中的任一选项进行组合的第六选项，多个网络节点可以被适配成：创建逻辑链接，以便设立逻辑圆形链表(circular linkedlist)。圆形链表拓扑保证：每一个节点具有邻居节点而不管其在网络内的地理位置如何。
注意：上面的装置可以基于具有分立硬件组件、集成芯片或芯片模块的安排的分立硬件电路或基于利用存储在存储器中、写在计算机可读介质上或从网络诸如因特网下载的软件例程或程序来控制的信号处理设备或芯片而被实现在网络节点中。
应该明白：权利要求1 的装置、权利要求7的方法、权利要求9的网络节点、权利要求11的网络系统和权利要求13的计算机程序产品具有类似和/或相同的特别如在从属权利要求中定义的优选实施例。
应该明白：本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或上面的实施例与各自的独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其他方面从下文描述的实施例中将是显然的并将参考这些实施例来阐明。
附图说明
在以下附图中：
图1显示根据实施例的网络系统的示意布线拓扑；
图2显示根据第一实施例的网络系统的示意圆形链表拓扑；
图3显示根据第一实施例的链表拓扑中的信标与响应通信的示意图；
图4A和4B分别显示根据第一实施例的圆形链表拓扑中的节点故障和由此产生的与开关设备的通信的示意图；
图5A和5B分别显示根据第二实施例的临时桥接链接和由此产生的临时链接列表的示意图；和
图6显示根据第二实施例的故障恢复处理的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例现在基于在基于IP的网络中实现的自适应恢复程序来描述，其中在失灵或失败的节点的替换之后的网络恢复所需的时间和努力的量通过提供恢复机制以便根据以前节点（即失灵节点）的配置来自动地重新配置替换的节点而减少。
根据各种实施例，至少一组网络节点被适配成创建链表拓扑，其中每一个网络节点（例如照明设备）知道其在至少一个方向中的邻居节点（例如上游邻居和/或下游邻居）的IP地址，并且链表拓扑的网络节点被适配成发射信标至其上游和/或下游邻居节点，而上游和/或下游邻居节点被适配成确认信标的接收。此外，网络节点被适配成：利用开关节点来检查已失败的网络节点被连接至的端口的端口状态，以便识别替换节点。
在以下实施例中，在有线的基于IP的智能照明系统中在预定区域如同会议室或个人办公室中提供一组九个照明设备。照明设备将被理解为用来通过电灯的使用来创建人工光的电气设备。其可以是被设计来替换多个常规光源的多用途且多功能仪器。取决于场地和应用，自动照明设备能够是针对传统光源的库存(stock)的多用途且经济附加，这是因为利用适当编程，它们能够迅速地改变其光学的许多方面、非常快速地改变光源的“个性”。该实施例的智能联网照明系统可以进一步包括继电器、占用传感器、光电池、光控制开关或触摸屏以及来自其他建筑系统的信号（诸如火灾报警或供暖、通风和空调(HVAC)）。
图1显示具有九个照明设备10的根据第一实施例的示意布线拓扑，其中九个照明设备10被指定为#1-#9并经由具有三条总线线路的各自控制总线30连接到光控制开关（例如开关板）20。因而，物理拓扑结构是星状结构，其中三个照明设备10（即#1-#3、#4-#6和#7-#9）各自通过星状结构的一个各自分支进行连接。
在调试阶段，这九个照明设备10被分组并被编程，其中在至少一个方向中紧邻的(next)邻居节点（即邻居照明设备）的网络信息被写入在每一个照明设备10中提供的存储器。这个网络信息可以包括紧邻的邻居节点的网络层地址（例如IP地址）与链路层地址（例如Media Access Control（媒体访问控制）(MAC)地址）以及这个紧邻的邻居节点被连接至的控制开关20上的开关地址与端口名称。
图2显示根据第一实施例的网络系统的示意圆形链表拓扑。如图2所示，所存储的照明设备10 至各自紧邻的邻居照明设备的参考（在图2中利用箭头40来指示）逻辑地形成圆形链表，即，照明设备#1存储照明设备#2的IP地址，照明设备#9存储照明设备#1的IP地址等等。
图3显示根据第一实施例的链表拓扑中的信标与响应通信的示意图。
在正常操作期间，照明设备组内的通信被引导(conduct)，其中每一个照明设备10以预定间隔发送信标分组至其邻居照明设备并且得到响应，例如确认(ACK)分组（在图3中利用虚双箭头50来指示）。从而，两个相邻照明设备知道彼此适当工作。信标分组的内容能够是发送器的MAC地址，并且也可以包括当前控制模式（例如自动控制模式或手动控制模式）、照明场景（即照明设备正运行在其上的当前照明场景预设，例如对应于会议场景的预设1或对应于放松场景的预设2）和传感器数据（例如传感器状态（诸如占用状态）、照度水平等等）。
对于照明设备故障而言，能够具有若干原因。在功率损耗或断缆等等的情况下，照明设备将不被替换。然而，如果照明设备本身由于失灵等等而失败的话，则失败的照明设备将利用新的将安装的替换照明设备来替换。
图4A和4B分别显示根据第一实施例的圆形链表拓扑中的照明设备故障以及由此产生的与图1的控制开关20进行的通信的示意图。
在图4A的示例中，照明设备#5离线(offline)，以致在两个方向中与紧邻的邻居节点进行的通信失败，如在图4A中利用x的(x'ed)虚双箭头52和53所示的。结果，由于故障，照明设备#5被从网络中断开连接，并且在圆形链表拓扑的下游侧上紧邻的邻居照明设备#4将没有得到来自失败的照明设备#5的对于其信标分组的应答（x的虚双箭头52）。另外，在圆形链表拓扑的上游侧上紧邻的邻居照明设备#6将没有从失败的照明设备#5得到信标。在少许间隔之后，紧邻的邻居照明设备#4和#6将确定：照明设备#5离线。
如图4B所示，响应于离线确定，邻居照明设备#4和#6与控制开关20通信，以便继续检查失败的照明设备#5的端口，直至该端口再次在线。
然而，如果照明设备#6在照明设备#5之后损坏并且照明设备#6的替换完成，则所替换的新的照明设备#6a没有得到其配置更新，这是因为新的照明设备#5a没有旧的照明设备#6或新的照明设备#6a的任何邻居信息。鉴于此，根据第二实施例的附加机制被引入来使得网络系统更加鲁棒。
图5A和5B分别显示根据第二实施例的临时桥接链接54和由此产生的临时链接列表的示意图。根据第二实施例并且如图5A所示，照明设备#4和#6在它们已确定照明设备#5离线时建立临时链接54。为了实现此，照明设备#4发送多播分组到照明设备组，从而搜寻失败的照明设备#6的邻居。
当照明设备#4从照明设备#6接收到回答时，它能够在其存储器中建立临时链接列表60来存储邻居历史，如图5B所示。邻居历史的临时链接列表60包括照明设备#4的邻居列表(NL)，其中紧邻的邻居照明设备#5利用空标志(n)来标记以指示丢失的链接，并且照明设备#6的临时链接信息62被添加。类似的链接列表也能够被设立在照明设备#6上，以存储前邻居信息。
当照明设备#5再次在线时，其紧邻的邻居照明设备#4和#6能够从在控制开关20上提供的MAC表格中得到所替换的照明设备#5的MAC地址并且能够将新近检索的照明设备#5的MAC地址与存储在其存储器中的MAC地址进行比较。
如果照明设备#4和#6确定MAC地址还没有被改变，它们能够得出以下结论：照明设备#5还没有被替换，以及整个系统能够返回到正常操作并以预定间隔发送信标分组。
否则，如果照明设备#4和#6确定MAC地址已被改变，则它们能够得出以下结论：照明设备#5已被损坏或失败并随后被替换，而且自动配置发生。为了实现此，照明设备#4将检索的新的MAC地址转换为IP版本6(IPv6)地址或针对分配的MAC地址来检查AddressResolution Protocol（地址解析协议）(ARP)表格（其被提供用于网络层地址到链路层地址的解析）。随后，照明设备#4将它自己的配置拷贝到新的照明设备#5a的存储器并且在新的照明设备#5a的存储器中更新邻居信息。同时，照明设备#4和#6在其邻居列表中利用新的照明设备#5a的网络信息来改变它自己的邻居信息。
在配置之后，系统回复到正常操作。
图6显示根据第二实施例的照明系统的其邻居节点（例如照明设备#5）的故障之后的网络节点（例如照明设备#4）的系统恢复程序的流程图。
该程序从其中以第一预定间隔检查寂静(silent)（离线）照明设备（例如照明设备#5）的端口的步骤601开始。随后，在步骤602，检查是否寂静照明设备的端口再次是活动的(active)，即是否该照明设备再次在线。如果否的话，该程序重复步骤601和602，直至在步骤602中确定寂静照明设备的端口再次是活动的。如果在步骤602确定该照明设备再次在线，则该程序利用其中（例如基于导出的地址信息）检查是否该照明设备已被替换的步骤603来继续。如果否的话，该程序转至步骤606，其中例如通过发送信标并且等待响应，以第二预定间隔来检查邻居状态。如果在步骤603确定该照明设备已被替换，则该程序分支至步骤604，并且上游邻居（例如照明设备#6）的配置与地址信息被传递至所替换的照明设备（例如照明设备#5a）。然后，自己的邻居信息在随后的步骤605中针对所替换的照明设备来改变。最后，该程序转至步骤606，其中以第二预定间隔来检查邻居状态。
根据上面的实施例，节点故障能够被自动检测并且系统能够自适应地从节点替换中恢复。为了实现此，一组节点设立圆形链表并且发送周期性分组至其紧邻的（多个）邻居节点。在节点离线之后，两个其邻居节点监测那个节点被连接至的开关端口。当该节点再次在线时，其邻居节点检查是否该节点已被替换。然后，如果替换已被确定，则自动恢复被启动。
注意：本发明并不限于上面的实施例并且能够用于任何类型的网络中的任何类型的网络节点，诸如基于IP通信的专业与消费联网照明控制系统、室内与室外照明、办公室照明网络、建筑控制或建筑自动化网络、有线与无线网络以及混合部署。
总之，已描述用于分散式网络中的故障恢复的方法和装置，其中链表被创建，其中每一个网络节点知晓在至少一个方向中其邻居节点的网络地址，其中每一个网络节点发送信标至其邻居节点并且使得其邻居节点确认信标的接收，以及其中网络节点利用开关设备来检查已失败的邻居节点被连接至的端口的端口状态，以便识别替换节点。
根据各种实施例的网络系统的组成部分的所述操作能够被实现为计算机程序的程序代码装置和/或被实现为专用硬件。更具体地，如同图6所示的所述程序能够被实现为计算机程序的程序代码装置和/或被实现为专用硬件。计算机程序可以被存储和/或被分布在与其他硬件的一部分一起供应和/或作为其他硬件的一部分供应的合适介质诸如光存储介质或固态介质上，但是也可以采用其他形式诸如经由因特网或其他的有线或无线电信系统来分发。
虽然在附图和前面的描述中具体举例说明和描述了本发明，但是这样的举例说明和描述将被认为是说明性的或示例性的而非限制性的。本发明并不限于具有灯或照明设备作为网络节点的所公开的实施例。本发明能够与任何类型的负载、传感器、开关等等相结合在基于IP或其他的照明系统例如PoE系统或其他的基于IP的设施中进行实现。
本领域技术人员在实践所请求保护的发明中从附图、公开内容和所附的权利要求书的研究中能够明白和影响针对所公开的实施例的其他变动。在权利要求书中，词“包括”并不排除其他的元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。
单个处理器或其他单元可以执行在权利要求书中叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利请求中叙述某些措施的纯粹事实并不指示不能有利使用这些措施的组合。
Claims (11)
1.一种用于在具有多个网络节点（10）的网络系统中启用故障恢复的网络节点，其中所述网络节点被适配成：
- 通过存储至少包括邻居节点的网络地址、链路层地址和端口识别的网络信息，在所述邻居节点（10）的至少一个方向中创建至至少一个邻居节点的逻辑链接，其中所述邻居节点被连接至开关设备（20），以及其中所述端口识别是所述邻居节点被连接至的所述开关设备的端口的识别；
- 从所述网络节点发送信标信号至所述邻居节点；
- 检查来自所述邻居节点的针对所述信标信号的确认信号的接收；
- 基于所述端口识别，检查所述邻居节点被连接至的所述开关设备（20）的端口的状态，如果对于预定的时间周期而言没有确认信号已响应于所述信标信号而被接收的话，其中所述开关设备的端口的状态至少指示是否节点被连接至所述端口并且在节点被连接至所述端口时指示被连接至所述端口的节点的链路层地址；
- 基于所述端口的检查状态，确定是否所述邻居节点已被替换，其中如果被连接至所述端口的节点的链路层地址不同于在所述网络节点中存储的所述邻居节点的链路层地址，则所述邻居节点已被替换；和
- 自动配置所述邻居节点，以响应它已被替换的确定。
2.根据权利要求1 的网络节点，其中所述网络信息包括网络层地址、链路层地址、所述开关设备（20）的地址和所述邻居节点被连接至的端口的识别。
3.根据权利要求1 的网络节点，其中所述网络节点包括照明设备，以及其中所述信标信号包含所述网络节点（10）的链路层地址、当前控制模式、照明场景和传感器数据。
4.根据权利要求1 的网络节点，其中所述网络节点被适配成：如果针对预定的时间周期而言没有确认信号已响应于所述信标信号而从所述邻居节点接收到的话，通过在一组节点内发送多播信号，以及在它从所述邻居节点的邻居节点接收到回答时，通过建立临时链接列表，在至少一个方向中与所述邻居节点的邻居节点建立临时逻辑链接。
5.根据权利要求1 的网络节点，其中所述网络节点被适配成：向所述开关设备（20）的链路层地址表格请求所述邻居节点的链路层地址，并且基于接收的链路层地址来确定是否所述邻居节点已被替换。
6.根据权利要求5 的网络节点，其中所述网络节点被适配成：将接收的链路层地址转换为网络层地址，或针对分配的网络层地址来检查地址解析协议表格，将所述网络节点（10）的配置信息拷贝至所述邻居节点，更新有关所述邻居节点的邻居信息，并且利用所述邻居节点的网络信息来改变所述网络节点（10）的邻居信息，如果已确定所述邻居节点已被替换的话。
7.根据权利要求1 的网络节点，进一步包括照明设备，其中所述网络系统包括照明网络。
8.一种在具有多个网络节点（10）的网络系统中启用故障恢复的方法，所述方法包括：
- 通过存储至少包括邻居节点的网络地址、链路层地址和端口识别的网络信息，在所述邻居节点（10）的至少一个方向中创建至至少一个邻居节点的逻辑链接，其中所述邻居节点被连接至开关设备（20），以及其中所述端口识别是所述邻居节点被连接至的所述开关设备的端口的识别；
- 从所述网络节点（10）发送信标信号至所述邻居节点；
- 检查来自所述邻居节点的针对所述信标信号的确认信号的接收；
- 基于所述端口识别来检查所述邻居节点被连接至的开关设备（20）的端口的状态，如果对于预定的时间周期而言没有确认信号已响应于所述信标信号而被接收的话，其中所述开关设备的端口的状态至少指示是否节点被连接至所述端口并且在节点被连接至所述端口时指示被连接至所述端口的节点的链路层地址；
- 基于所述端口的检查状态来确定是否所述邻居节点已被替换，其中如果被连接至所述端口的节点的链路层地址不同于在所述网络节点中存储的所述邻居节点的链路层地址，则所述邻居节点已被替换；以及
- 自动配置所述邻居节点，以响应它已被替换的确定。
9.一种网络系统，其包括多个根据权利要求1 的网络节点（10）以及包括所述网络节点（10）被连接至的多个各自端口的所述开关设备（20）。
10.根据权利要求11的网络系统，其中多个网络节点（10）被适配成创建所述逻辑链接，以便设立逻辑圆形链表。
11.一种计算机程序产品，其包括代码装置，用于当运行在计算机设备上时产生权利要求8的步骤。
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