CN112104475A - 用于检测和减轻关于装置的布线问题的方法和系统 - Google Patents

用于检测和减轻关于装置的布线问题的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测和减轻关于工业冗余网络中所连接的装置的布线问题的方法和系统。代理在每个装置上运行，并且生成与在对应装置处所接收的业务有关的信息。节点上运行的代理生成在每个端口处所接收的业务的指示符以及每个端口处的业务的差错率。交换机上运行的代理通过收集交换机的每个端口的装置标识符来生成与交换机错误配置有关的信息。代理向网络管理器发送信息，该网络管理器从所接收信息来确定交换机错误配置和错误布线。网络管理器还通过向(一个或多个)受影响装置发送信号或者发送用来减轻问题的通信来减轻布线问题。

Description

用于检测和减轻关于装置的布线问题的方法和系统
技术领域
本发明一般涉及变电站自动化系统中的冗余通信网络。更特别地，本发明涉及检测和减轻关于这类冗余通信网络中所连接的装置的布线问题。
背景技术
工业系统通常包括通信网络，所述通信网络提供对于监测和控制某些关键工业过程所必需的高可用性。这样的高可用性的缺乏能够导致受控工业过程的停工期和停机。
为了确保高可用性，工业控制系统(例如变电站自动化系统)通常依靠无缝冗余协议。这些包括如在IEC 62439下所述的高可用性无缝冗余(HSR)和并行冗余协议(PRP)。通过这些协议所实现的高可用性依靠网络装置(即，节点和/或交换机)的正确布线。
在PRP中，布线问题能够存在于节点的端口处或者交换机的端口处。例如，端口能够连接到错误的局域网，或者在某些端口处可存在缺失缆线(例如，安装之后的缆线故障或调试期间所缺失)。在HSR中，布线问题能够存在于节点的端口处。例如，在某些端口处可存在缺失电缆。
现有方法已经研究用来首先防止具有错误布线或者检测它在网络中的存在的方式。
一种方式针对经过检查来视觉识别错误布线。该方式依靠将颜色代码用于缆线和插塞，这要求某种工程工作量，或者也许在使用现货组件时甚至不可能实现。
US 20100110904中描述的另一种方式针对检测网络中的错误布线。这种方法检测其中网络装置的端口错误地连接到冗余通信网络的情况。这种方法仅允许在双连接节点/装置(终端装置)的层级（level）上对错误布线的检测，并且它还检测缺失电缆。
因此，现有方法依靠人工检查；或者局限于某些类型的网络装置。这些方法可能不是可行地适用于支持PRP和/或HSR的冗余通信网络，特别是在准确识别哪些端口或哪些装置(节点或交换机)被错误配置的方面。另外，这些方法无法在这类错误配置存在的情况下采取预防措施。
因此，存在对于一种方法和系统的需要，所述方法和系统准确识别冗余通信网络中的这类错误配置，并且帮助减轻这类错误配置的影响。
发明内容
本发明公开了一种用于检测和减轻关于变电站自动化系统的冗余通信网络中所连接的装置的布线问题的方法和系统。在一些实施例中，冗余通信网络支持并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余(HSR)中的一个或多个。
连接到冗余通信网络的每个装置能够是节点或交换机。要注意，在变电站自动化系统中能够存在若干类型的装置或设备，它们对于本领域的技术人员将会是易于显而易见的。本发明识别关于冗余通信网络中所连接的通信装置(节点或交换机)的布线问题。节点可以是有线通信装置，以及在冗余网络的情况下，节点通常是双附连节点(DAN)。换言之，节点连接到两个单独网络，以及相同信息在两个单独网络（LAN A和LAN B）中经过单独端口(例如端口A和端口B)来传递。交换机能够是以太网交换机或网络交换机，其提供到网络的物理连通性。
该方法能够按照分布式方式来实现，其中一些信息由连接到冗余通信网络的每个装置来生成。这个信息被传递给监控装置(例如中央/分布)，该监控装置确定布线问题。因此，该方法包括在周期时刻从每个装置接收与在对应装置处所接收的业务关联的信息。
在每个装置处，例如在节点或交换机处，监测帧以确定某些信息。
对于节点，监测在每个端口处所接收的帧的总数(CntReceivedA，CntReceivedB)以及在每个端口处所接收的具有错误网络标识符的帧的总数(CntWrongLanA，CntWrongLanB)。这用来生成对每个端口所接收的业务的指示符(StValA，StValB)以及在每个端口处所接收的业务的差错率(ErrA，ErrB)。
能够使用在每个端口处所接收的帧的总数(CntReceivedA，CntReceivedB)来计算用于每个端口的业务的指示符(StValA，StValB)。例如：
StValA = 0，如果CntReceivedA=0的话；否则StValA =1。
能够从在每个端口处所接收的帧的总数(CntReceivedA，CntReceivedB)以及在每个端口处所接收的具有错误网络标识符的帧的总数(CntWrongLanA，CntWrongLanB)来计算在每个端口处所接收的业务的差错率。例如：
ErrA = CntWrongLanA/CntReceivedA×100；如果CntReceivedA不为0的话；
否则ErrA=0。
对于交换机，监测对每个端口所收集的一个或多个装置标识符(例如MAC地址)。例如，能够在交换机处利用第2层发现协议，例如链路层发现协议(LLDP)。LLDP信息包括连接到交换机的端口的一个或多个装置的唯一标识符(MAC地址)。这种信息能够与对交换机已经可用的网络信息(例如在网络配置文件中)进行比较，以确定是否存在交换机连接到的、但不应当连接的任何装置。换言之，是否存在交换机正与其通信、但不应当进行通信的任何相邻装置。
因此，对交换机的每个端口所收集的装置标识符能够用来生成状态信息和错误配置信息中的至少一个。例如，当全部相邻装置根据需要来连接时，能够传递指示健康状态的消息。再举一个示例，如果检测到一些错误邻居(例如连接到冗余网络的另一个交换机的交换机)，则能够传递这样的信息。
因此，每个装置(节点或交换机)基于对应装置处的业务周期地生成信息。
按照该方法，从节点所接收的信息包括对每个端口所接收的业务的指示符(StValA，StValB)以及在每个端口处所接收的业务的差错率(ErrA，ErrB)。如所述，从在每个端口处所接收的帧的总数(CntReceivedA，CntReceivedB)以及在每个端口处所接收的具有错误网络标识符的帧的总数(CntWrongLanA，CntWrongLanB)来确定指示符和差错率。此外，从交换机所接收的信息包括状态信息和错误配置信息中的至少一个。如所述，从对交换机的每个端口所收集的一个或多个装置标识符来确定状态信息和错误配置信息。
该方法进一步包括基于从每个装置所接收的信息来确定关于一个或多个装置处的一个或多个缆线连接的问题。从每个装置(节点/交换机)所接收的信息用来检查是否存在任何交换机错误配置或者是否存在任何错误布线。如果从至少一个交换机所接收的信息包括错误配置信息，则确定交换机错误配置。
基于从每个节点所接收的信息对一个或多个节点的一个或多个端口来确定错误布线(WrongA，WrongB)。例如，用于装置的StValA、StValB、ErrA和ErrB能够与参考值进行比较，以查看装置的端口是否连接到正确网络、它们是否正接收另一个网络的业务、是否存在大量的具有错误网络标识符的帧等。参考值可用于(例如作为表或者在装置的存储器中存储，这能够在工程期间来配置)指示符和差错率。作为示例，ErrA能够是‘0’、‘50’、‘100’中的一个，以及StValA能够是‘0’和‘1’中的一个，以及这能够预先定义。因此，能够从ErrA、ErrB和StValA、StValB来确定用于端口A和端口B的WrongA、WrongB。例如，在节点处：
WrongA = 0，WrongB = 1；如果ErrA = 0，ErrB = 100，StValA = 1，以及StValB = 1的话。
与参考值的比较识别节点或者哪一对节点正面临问题，如果是这样的话，则受影响装置的哪一个或哪些端口正面临该问题，依此类推。例如，网络中的节点的组对集合中的一个节点的一个端口能够具有错误布线，节点的组对集合中的一个节点的两个端口能够具有错误布线，节点的组对集合中的两个节点的一个端口能够具有错误布线，或者两个节点的两个端口能够具有错误布线。
一旦确定具有关于缆线连接的问题的装置的识别码（identity），就能够执行减轻。因此，该方法包括减轻关于一个或多个装置处的一个或多个缆线连接的所确定的问题。通过发送信号以关闭被检测为错误配置的至少一个交换机的对应端口来减轻对至少一个交换机所确定的交换机错误配置。通过两种选项中的一个来减轻对一个或多个节点的一个或多个端口所确定的错误布线。在一个选项中，在可能的情况下，信号被发送给节点，以关闭被检测为错误配置的节点的端口。在另一个选项中，发送具有步骤序列的通信(例如发送到伴随工业人员的装置，使得人员能够通过遵循该通信来解决问题)，所述步骤序列将要被执行以用于减轻错误布线。
在实施例中，在检测和减轻节点处的错误布线之前检测和减轻交换机错误配置。按照这个实施例，确定关于一个或多个缆线连接的问题包括依次执行：
• 确定至少一个交换机的交换机错误配置；
• 减轻至少一个交换机的交换机错误配置；
• 确定一个或多个节点的一个或多个端口的错误布线；以及
• 减轻一个或多个节点的一个或多个端口的错误布线。
因此，该方法包括从连接到冗余通信网络的不同装置周期地接收信息。信息被分析，以确定任何交换机或节点正具有错误配置，以及根据错误配置，能够通过向对应装置传递减轻动作来执行对应减轻动作(例如关闭受影响端口)。
能够利用工业装置(例如利用分布式控制系统)或者利用移动装置(控制器或IED)（它们(例如物理地)连接到冗余网络中的其它装置）来执行该方法。工业装置还可以是冗余网络的节点中的一个，所述节点连接到其它节点和交换机以从所述其它节点和交换机接收信息。
为了实现布线问题的检测和减轻，公开了本发明的系统。如所述，该方法要求来自装置(例如节点、交换机等)的信息、对信息的分析以确定布线问题以及用来减轻布线问题的通信。
因此，用于检测和减轻布线问题的系统具有每个装置上运行的代理。这些代理配置成周期地生成和传送与对应装置处的业务关联的信息。
节点上的代理配置成生成对每个端口所接收的业务的指示符(StValA、StValB)以及在每个端口处所接收的业务的差错率(ErrA、ErrB)的信息。
交换机上的代理配置成从监测对交换机的每个端口所收集的一个或多个装置标识符来生成状态信息和错误配置信息中的至少一个的信息。
该系统还具有工业装置上运行的网络管理器。例如，可在DCS服务器、控制装置(控制器或IED)上或者在节点上提供网络管理器。
工业装置配置成接收由每个代理所传送的信息。工业装置还配置成基于从每个装置所接收的信息来确定关于一个或多个装置处的一个或多个缆线连接的问题。工业装置还配置成减轻关于一个或多个装置处的一个或多个缆线连接的所确定的问题。
代理和网络管理器能够作为容器在对应装置上提供。在实施例中，节点上的代理是一种容器化模块，该容器化模块实现用于生成来自网络栈的指示符和差错率的统计的必需逻辑。按照实施例，交换机上的代理是一种容器化模块，该容器化模块实现用于生成状态信息和错误配置信息中的至少一个(例如基于交换机的LLDP表条目)的必需逻辑。代理能够例如使用HTTP将其信息传递给网络管理器。按照实施例，网络管理器能够例如使用SNMP与代理进行关于减轻动作的通信。
附图说明
下文中将参照附图中所图示的示范实施例更详细地解释本发明主题，其中：
图1是按照本发明的实施例的用于检测和减轻关于冗余通信网络中所连接的装置的布线问题的系统的简化表示；
图2是按照并行冗余协议(PRP)的网络中所连接的装置的简化表示；
图3a和图3b示出关于PRP网络中所连接的装置的布线问题的示例；
图4是按照高可用性无缝冗余(HSR)的网络中所连接的装置的简化表示；
图5示出关于HSR网络中所连接的装置的布线问题；
图6是按照本发明的实施例的示出PRP网络中的一对装置的各种状况的表；
图7A-7H示出图6的表中所涵盖的不同状况；以及
图8是按照本发明的实施例的用于检测和减轻布线问题的方法的流程图。
具体实施方式
冗余通信网络中的错误布线能够限制在其上所构建的工业自动化系统的可用性，并且有时甚至阻碍其性能。例如，冗余网络中的一个上的错误布线这时可因现有错误布线而使某个装置是不可达到的。错误布线的可能结果的另一个示例是网络拥塞，特别是当错误布线引起业务特定交叉时，即，每一个LAN发送两倍于它在正常情况下应当发送的业务。
本发明利用工业自动化系统中的装置上的现有处理容量来提供分布式解决方案，该分布式解决方案能够推断工业冗余网络中的物理连接的状态(例如PRP和HSR)。本发明检测这类网络中的错误布线，以及更准确来说是识别网络装置(节点或交换机)被错误布线的位置和方式。除了识别错误布线之外，本发明自动采取校正(减轻)动作，例如禁用某些装置上的端口以减轻错误布线的有害影响(例如业务交叉)。
本发明依靠来自网络装置上所部署的分布式代理的信息，首先用来收集用于识别错误布线的数据，以及其次用来将自动减轻应用于所发现的错误配置。
参照图1，图1图示按照本发明的实施例的用于检测和减轻布线问题的系统(100)的简化表示。
图1中所示的实施例示出作为双附连节点(DAN，对于PRP又称作DANP)的装置以及作为PRP情况的交换机(例如以太网交换机)。如图1中所示，装置(DAN)(例如装置1)是有线通信装置，其经过物理连接以通过单独网络向组对装置(装置2)发送冗余通信。换言之，装置1经由网络A(交换机A)和网络B(交换机B)向装置2发送相同通信。因此，装置1能够被看作是源节点，而装置2是目标节点。交换机(交换机A或交换机B)能够是以太网交换机或网络交换机，该交换机提供到网络的物理连通性。
要注意，能够存在如图2中所示的通过若干交换机(交换机A1，A2...An；B1，B2...Bn)所连接的若干对连接装置(例如D11，D21；D12、D22；...D1n，D2n)，并且这类配置及其变化预计对本领域的技术人员是显而易见的。
在PRP的情况下，能够存在关于节点或交换机处的缆线连接的问题。布线问题(IC1)的示例在图3a中示出，其中节点(装置1)的两个端口(A和B)均附连到同一交换机(交换机A)。再举一个示例(IC2)，如图3b中所示，交换机A连接到它显然不应当连接的交换机B。这在调试或维护阶段期间当通过人员引入错误连接时能够发生。
在HSR中，双附连节点(DAN，对于HSR又称作DANH)通常按照如下方式相互连接：使得它们形成通信环并且没有预计常规交换机，如图4中所示。在这里，DANH的两个端口(图4中未示出)在通信环的不同方向上发送相同通信。因此，发送通信的DANH充当源节点，而预计作为接收方的DANH是目标节点。
布线问题(例如IC3和IC4)能够在图4中所示的网络中发生。当一个装置的至少一个端口如图5中通过IC3或IC4所示的那样没有连接到任何事物时，HSR中的错误布线发生。这在调试或维护阶段期间当偶然没有建立这类连接时能够发生。要注意，反接任何单个装置上的缆线(例如连接对换（connecting swapping）装置1处的连接)不影响业务散布。因此它不被看作是网络误差。
按照本发明，为了确定这类布线问题，该系统包括作为冗余网络的组成部分的全部装置上运行的代理以及(例如物理上)连接到这些代理的网络管理器。
代理和网络管理器能够作为容器在对应装置上提供。在实施例中，节点上的代理是一种容器化模块，该容器化模块实现如下文所述的用于生成来自网络栈的指示符和差错率的统计的必需逻辑。按照实施例，交换机上的代理是一种容器化模块，该容器化模块实现如下文所述的用于生成状态信息和错误配置信息中的至少一个的必需逻辑。代理能够例如使用HTTP将其信息传递给网络管理器。按照实施例，网络管理器是(一个或多个)容器化模块，所述容器化模块实现用于确定布线问题的必需逻辑，并且用来例如使用SNMP与代理进行关于减轻动作的通信(如下文所述)。
DAN上运行的代理被称作D_agent(图1中通过D1、D2所示)，而交换机上运行的代理被称作S_agent(图1中通过S1、S2所示)。如所示，两种代理均向网络管理器(通过NM所示的)报告。由于HSR设定中不需要交换机，所以在这类情况下仅存在DAN上所部署的D_agent。
网络管理器可能是分布式或集中式的，并且具有到网络上的各种装置的物理连通性。
在图1中，网络管理器在工业装置上例如作为与节点和交换机所连接的DCS服务器或者作为控制装置(控制器或IED)按照集中式方式来提供。控制装置也可以是连接到冗余通信网络中的其它装置的节点。在分布式实现的情况下，网络管理器功能性可跨不同工业装置来分离，其中每个工业装置监测网络的部分(例如一些节点/交换机)。
如所述，网络管理器配置成从网络中的全部装置和全部交换机来接收信息。
在PRP和HSR两者中，预计网络装置(DAN)在周期的基础上(例如每2秒)多播监控帧。支持PRP和HSR的DAN收集关于通过每个端口所接收的业务的统计，例如所接收帧的总数(CntReceivedA，CntReceivedB)、具有错误网络标志(标识符)的所接收帧的数量(CntWrongLanA，CntWrongLanB)等等，以及其它统计。
给定这些统计，对于网络中的每一个DANP MAC地址，D_agent(例如D1、D2)构成状态表(如下表1中所示)。在这里，DANP表示PRP节点。该表填充有相对于时长(通常是周期的倍数，以所述周期发送监控帧)的时间窗口内所交换的帧的值。随时间推移而更新这种表。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1.状态表属性
基于来自本地保持的状态表的信息，D_agent构成统计表(参见表2)，其中：
1. ErrA = CntWrongLanA/CntReceivedA×100，如果CntReceivedA不为0的话；否则ErrA =0
2. ErrB = CntWrongLanB/CntReceivedB×100，如果CntReceivedB不为0的话；否则ErrB =0
3. StValA = 0，如果CntReceivedA=0的话；否则StValA =1
4. StValB = 0，如果CntReceivedB=0的话；否则StValB =1
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表2.统计表属性
在上文中，ErrA和ErrB能够是基于CntWrongLanB/CntReceivedB的比率的给定固定值(0、50和100)。
因此，D-agent生成对每个端口所接收的业务的差错率(ErrA，ErrB)以及对每个端口所接收的业务的指示符(StValA，StValB)的信息。
D_agent然后向网络管理器发送统计表，以及无用单元（garbage）收集全部所创建表。作为备选方案，D_agent能够发送状态表，即，所接收帧的总数(CntReceivedA，CntReceivedB)以及具有错误网络标志(标识符)的所接收帧的数量(CntWrongLanA，CntWrongLanB)，以及网络管理器能够使用它们来得到统计。
利用S_agent来收集交换机的信息。交换机应该连接到单个网络(LAN A或者LANB)。这类交换机(称作常规交换机)不能像DANP那样解释与冗余网络相关的标记业务。这类交换机一般支持第2层嗅探协议，例如链路层发现协议(LLDP)。
交换机上的S_agent收集每一个端口的LLDP信息。即，对于每一个端口，它收集相邻装置(如果这样的装置存在的话)的MAC地址。S_agent然后通过筛选对它可用的网络信息(存储器中存储的信息，例如作为配置期间上传的网络配置文件)来检查这个相邻MAC地址的任一个是否属于其它LAN交换机。在被检测时，向网络管理器成批地发送这类违反的信息，否则发送指示不存在错误配置的消息(例如ALL GOOD())。
网络管理器一直等待到它收到来自全部DAN和来自全部交换机的回音，直到超时到期。到期超时而没有接收到来自一些节点的消息意味着那些节点很可能已经出故障。给定其与网络中存在的装置(例如在配置期间所提供)以及它们应当所属的LAN有关的知识，在一个实现中，网络管理器首先检查交换机的错误配置。如果检测到任何这种错误配置，则网络管理器建议修复问题，而没有设法检查任何DAN错误配置是否存在。这里的减轻动作能够是网络管理器直接命令S_agent中的一个禁用连接到其它交换机的端口或者通知操作员(或者网络管理员)执行这个减轻动作。
按照该实现，如果网络管理器没有检测到交换机之间的任何错误配置，而且只有那时（then and only then）它才转到检查DAN错误配置的存在。当网络管理器断言错误配置在交换机的层级处以及在DAN的层级上不存在时，全网络诊断能够被说成是完成。
下面描述网络管理器如何检测常规交换机错误配置和节点错误配置：
检测常规交换机错误配置
如所述，网络管理器将会从每个常规交换机接收指示不存在错误配置的消息(信息)(ALL GOOD())或者关于按照与网络信息的比较(例如与配置文件的比较)错误连接哪些交换机(端口)的指示。按照该实现，网络管理器简单地聚合所接收的全部违反，并且通知操作员关于被错误布线的每一对交换机端口。用来减轻所检测错误配置的影响的远程解决方案能够基于操作员的请求来实现。例如，网络管理器能够发起用于受影响交换机的用于禁用对应(所涉及)端口的通信。
检测PRP节点错误配置
在识别错误配置在常规交换机的层级上不存在之后，按照该实现，网络管理器着手检查PRP中的DAN的错误配置。网络管理器具有关于它能够用来检测错误配置的指示符和差错率的信息。例如，网络管理器具有作为表或者在存储器中存储的信息，所述信息能够被参照以用于确定错误配置。信息包括用于指示符和差错率的参考值以及它们与错误布线的关系。这样的信息基于能够存在于DAN处的不同布线问题的分析来预先存储。
为了确定错误配置，网络管理器首先检查对每个DAN所收集的统计，并且设法识别缺失缆线。如果不存在端口处被接收的业务(StValA或StValB为‘0’)，则能够检测缺失缆线。此后，它设法检测和识别网络内的错误布线的存在。
为了确定错误布线，网络管理器还能够计算连接到错误网络的端口的指示符的值。基于从每个节点所接收的信息对一个或多个节点的一个或多个端口来确定错误布线(WrongA，WrongB)。例如，用于装置的StValA、StValB、ErrA和ErrB能够与参考值进行比较，以查看装置的端口是否连接到正确网络、它们是否正接收另一个网络的业务、是否存在大量的具有错误网络标识符的帧等。参考值可用于(例如作为表或者在装置的存储器中存储，这能够在工程期间来配置)指示符和差错率。作为示例，ErrA能够是‘0’、‘50’、‘100’中的一个，以及StValA能够是‘0’和‘1’中的一个，以及这能够预先定义。因此，能够从ErrA、ErrB和StValA、StValB来确定端口A和端口B的WrongA、WrongB。例如，在节点处：
WrongA = 0，WrongB = 1；如果ErrA = 0，ErrB = 100，StValA = 1，以及StValB = 1的话。
在这里，WrongA=0表示端口连接到正确LAN(即，LAN A)，而1表示它连接到错误LAN(即，LAN B)。阈值能够是用来消除噪声的最小值或‘0’。
在实现中，对于不同的每一对DAN，网络管理器基于来自DANP的所得统计(ErrA、ErrB；以及StValA、StValB)来比较它们在图6中所示的表中所适合的情况。这能够还包括基于ErrA、ErrB以及StValA和StValB来计算WrongA和WrongB值。因此，基于指示符和差错率的实际值及它们的参考值，能够识别装置所处的状况。
因此，按照该实现，网络管理器能够比较统计(指示符和差错率)，以查看所研究的该对DANP是否分类为属于九(9)种状况的任一个(参照图6中的表的最后一列)。对于每种状况，网络管理器得出如下结论并且推荐减轻：
如图7A和图7B中所示的状况0：在这里，网络管理器断定不存在错误配置，并且没有触发错误配置告警。
如图7C、图7D和图7E中所示的状况4、7、8和9：在这种情况下，网络管理器检测错误配置，以及触发错误配置告警，并且识别确切的错误布线。例如，在状况4中，网络管理器能够识别DAN1的端口B被错误布线到LAN_A，并且因此能够建议用来修复该错误配置的准确方案。在那种情况下(由操作员根据需要)，网络管理协议(例如SNMP)可远程禁用DAN2的端口B，以禁用LAN之间的业务交叉，直到校正布线，而无需中断系统的操作。
如图7F中所示的状况5：在这种情况下，网络管理器检测错误配置，并且触发错误配置告警，以及网络管理器能够通知操作员DAN1和DAN2的两个端口均连接到同一LAN(而不能够识别是哪一个LAN)。如果操作员希望知道装置所连接(没有连接)的确切的LAN，则网络管理器能够运行网络上的DAN1与其它现有DAN之间的相同比较。如果网络管理器发现另一个DAN在与DAN1组对时适合任一状况4、7、8或者9，则能够识别和报告确切的LAN。否则不能识别LAN。如果识别LAN，则能够在操作员期望时通过关闭两个DAN上的错误连接的端口来远程纠正这个状况。
如图7G中所示的状况6：在这种情况下，网络管理器检测错误配置，并且触发错误配置告警，以及网络管理器能够通知操作员DAN1的两个端口均连接到单个LAN，而DAN2的两个端口均连接到其它LAN(而不能够识别哪一个被连接到哪一个LAN)。如果操作员希望知道装置所连接(没有连接)的确切的LAN，则网络管理器能够运行网络上的DAN1与其它现有DAN之间的相同比较。如果它发现另一个DAN在与DAN1组对时适合任一状况4、7、8或者9，则能够识别和报告确切的LAN。否则不能识别LAN。如果识别LAN，则能够在操作员期望时通过关闭两个DAN上的错误连接的端口来远程部分纠正这个状况。但是，这个纠正没有恢复所涉及的DAN之间的通信，因为它们不是相同单个LAN的组成部分=>因此要求人为干预以进行恢复。
如图7H中所示的状况3：在这种情况下，网络管理器检测错误配置，并且触发错误配置告警，以及网络管理器能够通知操作员DAN1或者DAN2使其端口相反地连接，即，端口A连接到LAN B以及端口B连接到LAN A。但是，它仍然不能识别哪一个DAN遭受错误配置。如果操作员希望知道两个中的哪一个DANP被错误配置，则网络管理器能够运行网络上的DAN1与其它现有DAN之间的相同比较。如果它发现另一个DAN在与DAN1组对时适合状况0，则能够识别和报告确切的错误配置DAN。纠正这个状况要求人为干预，而不能远程进行，因为DANP的两个端口均应当重新连接到正确LAN。
状况1和2(参见图6的表)：能够按照与状况3类似的方式来识别。
当系统能够区分哪些错误配置情形在网络中存在(无论在正常交换机的层级处还是在PRP装置的层级处)时，则根据现有错误配置情形，可能建议防止业务交叉的自动暂时修复。解决方案将会由暂时禁用装置(交换机或PRP装置)上的某些端口来组成。关闭端口(禁用端口)能够经由SNMP来执行，SNMP在按照PRP规范的PRP驱动程序中被支持。
能够进行校验以用于禁用端口。应当仅在没有网络装置在这种禁用之后与两个LAN完全分离的情况下才执行禁用端口。
在HSR的情况下，网络管理器通过简单地检查全部装置的StVal值(StValA，StValB)来检测HSR网络中的错误/缺失缆线。
在例如图5中所示的错误布线示例中，网络管理器将检测某个装置2的StValA在某个时长(例如每2秒)内等于0。如果那个时长相当于很少的HSR监控周期(HSR在周期的基础上发送监控帧)，则网络管理器推断没有连接装置2的端口A。
因此，本发明的系统具有装置上运行的代理，所述代理基于装置处的帧或连接的监测来生成统计(信息)，并且将统计传递给网络管理器。在网络管理器处，分析从装置所接收的信息，以检测错误配置并且建议减轻。
在上述实现中，提到的是，网络管理器首先检测和修复交换机错误配置，并且然后着手检测和减轻DAN错误配置，其中它首先检查缺失缆线，并且然后检查错误布线(即，端口A连接到LAN B、两个端口均连接到LAN A等)。要求验证交换机之间的互连，以避免节点受其错误配置所影响的统计，这能够使统计是更少解释性的。
要注意，本发明并不局限于上述序列(即，首先检查交换机错误配置并且然后仅检查节点处的错误布线)，以及错误配置可按照其它方式来检测。作为示例，能够并行处理来自DAN和交换机的信息。
如上文所述的系统的组件单独或组合地执行步骤方法，以用于检测和减轻布线问题。
参照图8，图8是按照本发明的实施例的用于检测和减轻布线问题的方法的流程图。这可利用网络管理器、基于来自代理的输入来执行。
在802处，该方法包括在周期时刻从每个装置接收与在对应装置处所接收的业务关联的信息。例如，网络管理器周期地从DAN和/或交换机接收统计。这些统计包括用于节点的各种指示符和差错率(StValA，StValB；ErrA，ErrB)，并且包括用于交换机的错误邻居的信息或者状态信息。
在804处，该方法包括基于从每个装置所接收的信息来确定关于一个或多个装置处的一个或多个缆线连接的问题。如上所述，网络管理器检查交换机错误配置和DAN错误配置，以检测缆线问题并且建议减轻动作。
因此，在806处，该方法包括减轻关于一个或多个装置处的一个或多个缆线连接的所确定的问题。如上所述，通过发送信号以关闭被检测为错误配置的交换机的对应端口来减轻交换机错误配置。此外，通过两种选项中的一个来减轻在DAN端口的情况下的错误布线。在一个选项中，在可能的情况下，信号被发送给节点，以关闭被检测为错误配置的节点的端口。在另一个选项中，发送与将要执行以用于减轻错误布线的步骤序列的通信。例如，向操作员装置发送通信，使得操作员能够通过遵循步骤序列来解决该问题。这种序列取决于布线问题，并且能够按照所检测问题来提供。
在这里，如上所述，在一个实现中，在检测和减轻节点处的错误布线之前检测和减轻交换机错误配置。因此，在这里，确定关于缆线连接的问题包括依次执行：
• 确定交换机错误配置；
• 减轻交换机错误配置；
• 确定节点的错误布线；以及
• 减轻节点的对应端口的错误布线。
因此，该方法包括从冗余通信网络中所连接的不同装置周期地接收信息。信息被分析，以确定任何交换机或节点正具有错误配置，以及根据错误配置，能够利用与对应装置的通信来执行对应减轻动作。
因此，通过部署分布式方法(该方法利用全部节点对之间的知识交换，并且由此识别组网装置(例如交换机)之中的潜在错误布线)，本发明增加识别错误布线情形的精度，从而允许具有网络状态的更准确视图。另外，本发明按照自动化方式来减轻错误布线的不合需要影响(每当可行时)。

Claims (7)

1.一种用于检测和减轻关于变电站自动化系统的冗余通信网络中所连接的装置的布线问题的方法，其中每个装置是节点或交换机，所述方法包括：
在周期时刻从每个装置接收(702)与在对应装置处所接收的业务关联的信息，
其中从节点所接收的所述信息包括对每个端口所接收的业务的指示符(StValA，StValB)，以及在每个端口处所接收的所述业务的差错率(ErrA，ErrB)，并且其中从在每个端口处所接收的帧的总数(CntReceivedA，CntReceivedB)以及在每个端口处所接收的具有错误网络标识符的帧的总数(CntWrongLanA，CntWrongLanB)来确定所述指示符和所述差错率，以及
其中从交换机所接收的所述信息包括从对所述交换机的每个端口所收集的一个或多个装置标识符所确定的状态信息和错误配置信息中的至少一个；
基于从每个装置所接收的所述信息来确定(704)关于一个或多个装置处的一个或多个缆线连接的问题，
其中如果从至少一个交换机处所接收的所述信息包括所述错误配置信息，则确定交换机错误配置，以及
其中基于从每个节点所接收的所述信息(ErrA，ErrB；StValA，StValB)与参考值的比较而对一个或多个节点的一个或多个端口来确定错误布线(WrongA，WrongB)；以及
减轻(706)关于所述一个或多个装置处的所述一个或多个缆线连接的所确定的问题，
其中通过发送信号以关闭被检测为错误配置的所述至少一个交换机的对应端口来减轻对所述至少一个交换机所确定的所述交换机错误配置；以及
其中通过下列中的一个来减轻对所述一个或多个节点的所述一个或多个端口所确定的所述错误布线：
发送信号以关闭被检测为错误配置的所述至少一个节点的所述对应端口，以及
发送具有步骤序列的通信，所述步骤序列将要被执行以用于减轻所述错误布线。
2.如权利要求1所述的方法，其中确定关于所述一个或多个缆线连接的所述问题包括依次执行：
确定所述至少一个交换机的所述交换机错误配置；
减轻所述至少一个交换机的所述交换机错误配置；
确定所述一个或多个节点的所述一个或多个端口的所述错误布线；以及
减轻所述一个或多个节点的所述一个或多个端口的所述错误布线。
3.如权利要求1所述的方法，其中通过收集用于所述交换机的每个端口的链路层发现协议(LLDP)信息来确定用于所述交换机的所述状态信息和所述错误配置信息中的至少一个，其中所述LLDP信息包括与所述交换机连接的一个或多个装置的唯一标识符，并且其中所述LLDP信息与对所述交换机可用的网络信息进行比较，以确定所述状态信息和所述错误配置信息中的至少一个。
4.如权利要求1所述的方法，其中确定所述一个或多个节点的所述一个或多个端口的所述错误布线包括将从两个组对节点的每个节点所接收的所述信息与所述参考值进行比较，以确定下列中的至少一个：
具有所述错误布线的所述组对节点之中的一个节点的一个端口；
具有所述错误布线的所述组对节点之中的一个节点的两个端口；
具有所述错误布线的两个所述组对节点的一个端口；以及
具有所述错误布线的两个所述组对节点的两个所述端口。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述冗余通信网络支持并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余(HSR)中的至少一个。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述方法利用工业装置来执行，所述工业装置配置成从所述冗余通信网络中所连接的每个装置来接收所述信息。
7.一种用于检测和减轻关于变电站自动化系统的冗余通信网络中所连接的装置的布线问题的系统(100)，其中每个装置是节点或交换机中的一个，所述系统包括：
每个装置上运行的代理(D1，D2...；S1，S2...)，所述代理(D1，D2...；S1，S2...)配置成周期地生成和传送与对应装置处的业务关联的信息，
其中节点上的所述代理(D1，D2...)配置成生成对每个端口所接收的业务的指示符(StValA，StValB)，以及在每个端口处所接收的所述业务的差错率(ErrA，ErrB)的信息，并且其中所述代理从所述节点处的帧的监测来生成所述信息，以便在周期时刻确定在每个端口处所接收的帧的总数(CntReceivedA，CntReceivedB)以及在每个端口处所接收的具有错误网络标识符的帧的总数(CntWrongLanA，CntWrongLanB)，以及
其中交换机上的所述代理(S1，S2...)配置成从监测在周期时刻对所述交换机的每个端口所收集的一个或多个装置标识符来生成状态信息和错误配置信息中的至少一个的信息；以及
工业装置上运行的网络管理器(NM)，配置成：
接收由所述冗余通信网络中所连接的每个装置上运行的每个代理所传送的所述信息；
基于从每个装置所接收的所述信息来确定关于一个或多个装置处的一个或多个缆线连接的问题(IC1，IC2，IC3，IC4)，其中如果从至少一个交换机处所接收的所述信息包括所述错误配置信息，则确定交换机错误配置，并且其中基于从每个节点所接收的所述信息(ErrA，ErrB；StValA，StValB)与参考值的比较而对一个或多个节点的一个或多个端口来确定错误布线(WrongA，WrongB)；以及
减轻关于所述一个或多个装置处的所述一个或多个缆线连接的所确定的问题，其中通过发送信号以关闭被检测为错误配置的至少一个交换机的对应端口来减轻对所述至少一个交换机所确定的所述交换机错误配置，并且其中通过下列中的一个来减轻对所述一个或多个节点的所述一个或多个端口所确定的所述错误布线：发送信号以关闭被检测为错误配置的所述至少一个节点的所述对应端口；以及发送具有将要被执行以用于减轻所述错误布线的步骤序列的通信。
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