CN111917526A - 一种可扩展交叉冗余通信接口装置及方法 - Google Patents

一种可扩展交叉冗余通信接口装置及方法 Download PDF

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一种可扩展交叉冗余通信接口装置及方法，通过先执行节点模块间手拉手式的数据监视，然后节点模块将数据交叉上传至数据收发模块的方式，实现在既定节点模块数量下，实现冗余通信。使得在大规模节点的控制和保护系统中，在不增加高速通信接口数量和底层节点模块数量的基础上，简化系统设计，节约系统成本，有效隔离数据收发模块故障，实现系统的可靠通信。

Description

一种可扩展交叉冗余通信接口装置及方法
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，具体涉及一种基于手拉手的可扩展交叉冗余通信接口装置及方法。
背景技术
工业控制中，大规模节点的串行通信中若采用“一对一”的通信方式，则通信可靠性较差，任意一路通信故障，都将导致节点模块失效；若采用增加数据收发模块数量来提高系统通信可靠性，则系统成本将成倍增加，假设数据收发模块具备N个节点模块的监视通道，若通过“一对一”通信方式连接，则仅能实现对N/2个节点模块的双重冗余监视，或对N/3个节点模块的三重冗余监视，由此现在亟需一种可实现交叉冗余通信的装置和方法，能够在不改变数据收发模块数量，有效控制系统成本的前提下，实现数据收发模块的故障隔离，提高系统关键部件的容错性；实现既定数量节点模块的冗余监视，提高系统的可靠通信性。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的在于提供一种可扩展交叉冗余通信接口装置及方法，以解决节点模块向上层设备输出信息时，在不改变高速通信接口数量的基础上实现冗余通信，提高系统的可靠性。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的第一方面提供一种可扩展交叉冗余通信接口装置，包括数据收发单元和节点单元，其中：
所述数据收发单元包括n个互为冗余的数据收发模块，每个所述数据收发模块设有多个通信接口，其中n为不小于2的整数；
所述节点单元包括多个节点模块组，每组包含n个互为冗余的节点模块，每组的n个所述节点模块与所述n个互为冗余的数据收发模块一一对应且通过所述通信接口连接通信，各所述节点模块组中与同一数据收发模块连接的节点模块通过不同的所述通信接口实现与该数据收发模块的连接；
每组的n个所述节点模块互相监视通信信息，用于将自身及同组的其他节点模块的通信信息一同发送给对应的数据收发模块，所述通信信息包括通信状态和通信数据；
所述数据收发模块，用于接收并存储对应节点模块发送的自身及同组的其他节点模块的通信数据。
本发明通过先执行节点模块间数据监视，然后节点模块将数据交叉上传至数据收发模块的方式，实现在既定节点模块数量下，实现冗余通信。使得在大规模节点的控制和保护系统中，在不增加高速通信接口数量和底层节点模块数量的基础上，简化系统设计，节约系统成本，有效隔离数据收发模块故障，实现系统的可靠通信。
优选地，每个数据收发模块设有m个通信接口，每个节点单元包括m个节点模块组，m为不小于2的整数，一组节点模块组对应一个通信接口。
具体地，同组的所述节点模块相邻且通过手拉手方式实现数据互相监视，即每个节点模块将自身通信信息发给同组的其他节点模块并接收同组其他节点模块的通信信息的方式实现互相监视通信信息。
进一步地，所述的可扩展交叉冗余通信接口装置还包括主控制模块，所述数据收发模块与所述主控制模块连接通信，所述主控制模块用于根据所述数据收发模块的上行通信状态及所述节点模块的上行通信状态，从所述数据收发模块获取各节点模块的通信数据，并将获取的通信数据上送至上层设备。
其中，所述数据收发模块的上行通信状态是指所述数据收发模块与所述主控制模块之间的上行通信链路正常或非正常的状态；所述节点模块的上行通信状态是指所述节点模块与所述数据收发模块之间的上行通信链路正常或非正常的状态。
本发明的第二方面提供了基于上述任一项所述装置的接口方法，包括以下步骤：
判断各所述数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信是否正常；
若是，则判断各所述数据收发模块与对应的节点模块的上行通信是否都正常；
若是，则根据所述一一对应的关系，从各所述数据收发模块获取对应节点模块自身的通信数据；或者
从默认数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据。
进一步地，若默认数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信不正常，其他数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信正常；
判断其他数据收发模块与对应的节点模块的上行通信是否正常；
若是，则从与所述默认数据收发模块相邻的数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据，并将默认数据收发模块存储的数据置位无效。
进一步地，若其他数据收发模块中只有一个与对应的节点模块的上行通信正常，则从与对应的节点模块通信正常的数据收发模块获取其对应节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据，并将其余数据收发模块存储的数据置位无效。
进一步地，若各所述数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信均不正常，则将各所述数据收发模块存储的数据均置位无效。
进一步地，若默认数据收发模块与对应节点模块的上行通信不正常，其他数据收发模块与对应节点模块之间的上行通信都正常，则从与所述默认数据收发模块相邻的数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据，并将上行通信不正常的节点模块上送的通信数据置位无效。
进一步地，若其他数据收发模块中只有一个与对应的节点模块的上行通信正常，则从与对应的节点模块通信正常的数据收发模块获取对应节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据，并将其余节点模块上送的通信数据置位无效。
进一步地，若各所述数据收发模块与对应的节点模块的上行通信均不正常，则将各所述节点模块上送的通信数据均置位无效。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明通过先执行节点模块间手拉手式的数据监视，然后节点模块将数据交叉上传至数据收发模块的方式，实现在既定节点模块数量下，实现冗余通信。使得在大规模节点的控制和保护系统中，在不增加高速通信接口数量和底层节点模块数量的基础上，简化系统设计，节约系统成本，有效隔离数据收发模块故障，实现系统的可靠通信。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种可扩展交叉双冗余通信接口装置示意图；
图2是本发明实施例提供的一种可扩展交叉三冗余通信接口装置示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于可扩展交叉双冗余通信接口装置的接口方法流程图；
图4为本发明实施例提供的一种基于可扩展交叉三冗余通信接口装置的接口方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参见图1和2，本发明提供了一种可扩展交叉冗余通信接口装置，包括数据收发单元和节点单元，其中：
所述数据收发单元包括n个互为冗余的数据收发模块，每个所述数据收发模块设有多个通信接口，其中n为不小于2的整数；
所述节点单元包括多个节点模块组，每组包含n个互为冗余的节点模块，每组的n个所述节点模块与所述n个互为冗余的数据收发模块一一对应且通过所述通信接口连接通信，各所述节点模块组中与同一数据收发模块连接的节点模块通过不同的所述通信接口实现与该数据收发模块的连接；
每组的n个所述节点模块互相监视通信信息，用于将自身及同组的其他节点模块的通信信息一同发送给对应的数据收发模块，所述通信信息包括通信状态和通信数据，其中通信状态包括正常状态和非正常状态；
所述数据收发模块，用于接收并存储对应节点模块发送的自身及同组的其他节点模块的通信数据。
本发明通过先执行节点模块间数据监视，然后节点模块将数据交叉上传至数据收发模块的方式，实现在既定节点模块数量下，实现冗余通信。使得在大规模节点的控制和保护系统中，在不增加高速通信接口数量和底层节点模块数量的基础上，简化系统设计，节约系统成本，有效隔离数据收发模块故障，实现系统的可靠通信。
在一可选实施例中，每个数据收发模块设有m个通信接口，每个节点单元包括m个节点模块组，m为不小于2的整数，一组节点模块组对应一个通信接口，以使一组数据收发模块服务尽可能多的节点模块。
具体地，同组的所述节点模块相邻且通过手拉手方式实现数据互相监视，即每个节点模块将自身通信信息发给同组的其他节点模块并接收同组其他节点模块的通信信息的方式实现互相监视通信信息。可以通过在节点模块上增加通信接口的方式，实现与同组节点模块的手拉手通信，如附图1中，实现双重冗余，节点模块1增加一个通信接口实现与节点模块2的手拉手通信，如附图3中，实现三重冗余，节点模块1增加两个通信接口分别实现与节点模块2和节点模块3的手拉手通信。进一步地，所述的可扩展交叉冗余通信接口装置还包括主控制模块，所述数据收发模块与所述主控制模块连接通信，所述主控制模块用于根据所述数据收发模块的上行通信状态及所述节点模块的上行通信状态，从所述数据收发模块获取各节点模块的通信数据，并将获取的通信数据上送至上层设备。
其中，所述数据收发模块的上行通信状态是指所述数据收发模块与所述主控制模块之间的上行通信链路正常或非正常的状态；所述节点模块的上行通信状态是指所述节点模块与所述数据收发模块之间的上行通信链路正常或非正常的状态。
以下为本发明提供的可扩展交叉冗余通信接口装置的具体实施例：
实施例1
如图1所示，若需实现节点模块通信的两重冗余，则节点模块1和节点模块2相互监视通信信息(包括通信状态和通信数据)，节点模块3和节点模块4相互监视通信信息，以此类推至节点模块11和节点模块12相互监视通信信息；数据收发模块中既定的12个高速通信接口平均分配在两块互为冗余的数据收发模块A和数据收发模块B上，节点模块1将自身和节点模块2的通信信息发送至数据收发模块A的1#高速通信口，节点模块2将自身和节点模块1的通信信息发送至数据收发模块B的1#高速通信口，以此类推至节点模块11将自身和节点模块12的通信信息发送至数据收发模块A的6#高速通信口，节点模块12将自身和节点模块11的通信信息发送至数据收发模块B的6#高速通信口。
实施例2
如图2所示，若需实现节点模块通信的三重冗余，则节点模块1、节点模块2及节点模块3相互监视通信信息，节点模块4、节点模块5及节点模块6相互监视通信信息，以此类推至节点模块10、节点模块11及节点模块12相互监视通信信息；数据收发模块中既定的12个高速通信接口平均分配在三块互为冗余的数据收发模块A、数据收发模块B及数据收发模块C上，节点模块1将自身、节点模块2及节点模块3的通信信息发送至数据收发模块A的1#高速通信口，节点模块2将自身、节点模块1及节点模块3的通信信息发送至数据收发模块B的1#高速通信口，节点模块3将自身、节点模块1及节点模块2的通信信息发送至数据收发模块C的1#高速通信口，以此类推至节点模块12将自身、节点模块10及节点模块11的通信信息发送至数据收发模块C的4#高速通信口。
本发明第二方面提供了基于上述任一项所述装置的接口方法，
在一可选实施例中，所述接口方法包括以下步骤：
判断各所述数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信是否正常；
若是，则判断各所述数据收发模块与对应的节点模块的上行通信是否都正常；
若是，则根据所述一一对应的关系，从各所述数据收发模块获取对应节点模块自身的通信信息。
在另一可选实施例中，在一可选实施例中，所述接口方法包括以下步骤：
判断各所述数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信是否正常；
若是，则判断各所述数据收发模块与对应的节点模块的上行通信是否都正常；
从默认数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信信息。
当数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信正常且数据收发模块与对应的节点模块的上行通信正常时优选按照一一对应的关系取数据，既可简化对节点模块之间通信状态判断的算法逻辑，又确保数据更加可靠。
进一步地，若默认数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信不正常，其他数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信正常；
判断其他数据收发模块与对应的节点模块的上行通信是否正常；
若是，则从与所述默认数据收发模块相邻的数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信信息，并将默认数据收发模块存储的数据置位无效。
进一步地，若其他数据收发模块中只有一个与对应的节点模块的上行通信正常，则从与对应的节点模块通信正常的数据收发模块获取其对应节点模块发送的自身及同组节点模块通信信息，并将其余数据收发模块存储的数据置位无效。
进一步地，若各所述数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信均不正常，则将各所述数据收发模块存储的数据均置位无效。
进一步地，若默认数据收发模块与对应节点模块的上行通信不正常，其他数据收发模块与对应节点模块之间的上行通信都正常，则从与所述默认数据收发模块相邻的数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信信息，并将上行通信不正常的节点模块上送的通信信息置位无效。
进一步地，若其他数据收发模块中只有一个与对应的节点模块的上行通信正常，则从与对应的节点模块通信正常的数据收发模块获取对应节点模块发送的自身及同组节点模块通信信息，并将其余节点模块上送的通信信息置位无效。
进一步地，若各所述数据收发模块与对应的节点模块的上行通信均不正常，则将各所述节点模块上送的通信信息均置位无效。
以下为具体实施例：
实施例3
如图3所示，基于手拉手的可扩展交叉冗余通信接口装置的接口方法，如图1所示，若需实现节点模块通信的两重冗余，包含如下步骤：
步骤一，判断主控制模块接收互为冗余的两个数据收发模块A和数据收发模块B的上行链路CHANNEL A和CHANNEL B通信状态，判断上行通信是否都正常，如果CHANNEL A和CHANNEL B通信状态都正常，执行步骤二，如果CHANNEL A和CHANNEL B中存在通信故障的情况，执行步骤四。
步骤二，判断互为冗余的两个数据收发模块A和数据收发模块B接收互为冗余的节点模块的上行通信是否都正常，以节点模块1和节点模块2为例，如果上行链路CHL1和CHL2通信都正常，选取数据收发模块A存储的节点模块1(每组中最右侧节点模块)的数据(本位置数据)节点模块2的数据(相邻位置数据)。
步骤三，如果上行链路CHL1存在通信故障，选取数据收发模块B存储的节点模块1和节点模块2的数据；如果上行链路CHL2存在通信故障，选取数据收发模块A存储的节点模块1和节点模块2的数据；如果上行链路CHL1和CHL2都存在通信故障，置位节点模块1和节点模块2上送的数据都无效。
步骤四，如果CHANNEL A存在通信故障，选取数据收发模块B存储的节点模块1～节点模块12的数据，如果CHANNEL B存在通信故障，选取数据收发模块A存储的节点模块1～节点模块12的数据，如果CHANNEL A和CHANNEL B都存在通信故障，置位数据收发模块A和数据收发模块B上送的数据都无效。
实施例4
本实施例与实施例3基本相同，唯一不同的是，步骤二中如果上行链路CHL1和CHL2通信都正常，选取数据收发模块A存储的节点模块1的数据和数据收发模块B存储的节点模块2的数据。
实施例5
如图4所示，基于手拉手的可扩展交叉冗余通信接口装置的接口方法，如图2所示，若需实现节点模块通信的三重冗余，包含如下步骤：
步骤一，判断主控制模块接收互为冗余的两个数据收发模块A、数据收发模块B和数据收发模块C的上行链路CHANNEL A、CHANNEL B和CHANNEL C通信状态，判断上行通信是否都正常，如果CHANNEL A、CHANNEL B和CHANNEL C通信状态都正常，执行步骤二，如果CHANNEL A、CHANNEL B和CHANNEL C中存在通信故障的情况，执行步骤四
步骤二，判断互为冗余的三个数据收发模块A、数据收发模块B和数据收发模块C接收互为冗余的节点模块的上行通信状态，以节点模块1、节点模块2和节点模块3为例，如果上行链路CHL1、CHL2和CHL3通信都正常，选取数据收发模块A存储的节点模块1、节点模块2和节点模块3的数据；如果上行链路CHL1和CHL3通信都正常，选取数据收发模块A存储的节点模块1、节点模块2和节点模块3的数据；如果上行链路CHL2和CHL3通信都正常，选取数据收发模块B存储的节点模块1、节点模块2和节点模块3的数据
步骤三，如果只有上行链路CHL1正常，选取数据收发模块A存储的节点模块1、节点模块2和节点模块3的数据；如果只有上行链路CHL2正常，选取数据收发模块B存储的节点模块1、节点模块2和节点模块3的数据；如果只有上行链路CHL3正常，选取数据收发模块C存储的节点模块1、节点模块2和节点模块3的数据；如果上行链路CHL1、CHL2和CHL3都存在通信故障，置位节点模块1、节点模块2和节点模块3上送的数据都无效
步骤四，如果CHANNEL A、CHANNEL B和CHANNEL C中存在一个通道通信故障，对剩余两个通道按照两重冗余算法进行数据筛选，如果CHANNEL A、CHANNEL B和CHANNEL C中存在两个通道通信故障，选取通信正常的通道对应的数据收发模块存储的数据，如果三个通道都存在通信故障，置位数据收发模块A、数据收发模块B和数据收发模块C上送的数据都无效。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种可扩展交叉冗余通信接口装置，其特征在于，包括数据收发单元和节点单元，其中：
所述数据收发单元包括n个互为冗余的数据收发模块，每个所述数据收发模块设有多个通信接口，其中n为不小于2的整数；
所述节点单元包括多个节点模块组，每组包含n个互为冗余的节点模块，每组的n个所述节点模块与所述n个互为冗余的数据收发模块一一对应且通过所述通信接口连接通信，各所述节点模块组中与同一数据收发模块连接的节点模块通过不同的所述通信接口实现与该数据收发模块的连接；
每组的n个所述节点模块互相监视通信信息，用于将自身及同组的其他节点模块的通信信息一同发送给对应的数据收发模块，所述通信信息包括通信状态和通信数据；
所述数据收发模块，用于接收并存储对应节点模块发送的自身及同组的其他节点模块的通信数据。
2.根据权利要求1所述的可扩展交叉冗余通信接口装置，其特征在于，同组的所述节点模块通过将自身通信信息发给同组的其他节点模块并接收同组其他节点模块的通信信息的方式实现互相监视通信信息。
3.根据权利要求1所述的可扩展交叉冗余通信接口装置，其特征在于，还包括主控制模块，所述数据收发模块与所述主控制模块连接通信，所述主控制模块用于根据所述数据收发模块的上行通信状态及所述节点模块的上行通信状态，从所述数据收发模块获取各节点模块的通信数据，并将获取的通信数据上送至上层设备。
4.基于权利要求1～3任一项所述装置的接口方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断各所述数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信是否正常；
若是，则判断各所述数据收发模块与对应的节点模块的上行通信是否都正常；
若是，则根据所述一一对应的关系，从各所述数据收发模块获取对应节点模块自身的通信数据；或者
从默认数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据。
5.根据权利要求4所述的接口方法，其特征在于，若默认数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信不正常，其他数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信正常；
判断其他数据收发模块与对应的节点模块的上行通信是否正常；
若是，则从与所述默认数据收发模块相邻的数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据，并将默认数据收发模块存储的数据置位无效。
6.根据权利要求5所述的接口方法，其特征在于，若其他数据收发模块中只有一个与对应的节点模块的上行通信正常，则从与对应的节点模块通信正常的数据收发模块获取其对应节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据，并将其余数据收发模块存储的数据置位无效。
7.根据权利要求4所述的接口方法，其特征在于，若各所述数据收发模块与所述控制模块之间的上行通信均不正常，则将各所述数据收发模块存储的数据均置位无效。
8.根据权利要求4所述的接口方法，其特征在于，若默认数据收发模块与对应节点模块的上行通信不正常，其他数据收发模块与对应节点模块之间的上行通信都正常，则从与所述默认数据收发模块相邻的数据收发模块获取对应的节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据，并将上行通信不正常的节点模块上送的通信数据置位无效。
9.根据权利要求8所述的接口方法，其特征在于，若其他数据收发模块中只有一个与对应的节点模块的上行通信正常，则从与对应的节点模块通信正常的数据收发模块获取对应节点模块发送的自身及同组节点模块通信数据，并将其余节点模块上送的通信数据置位无效。
10.根据权利要求4所述的接口方法，其特征在于，若各所述数据收发模块与对应的节点模块的上行通信均不正常，则将各所述节点模块上送的通信数据均置位无效。
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