CN116471137A - 一种双机热备双冗余网络故障监测方法及系统 - Google Patents

一种双机热备双冗余网络故障监测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于故障监测领域，具体提供了一种双机热备双冗余网络故障监测方法及系统。该监测方法采用两条CAN通道对向连接的方式，连接主机节点、从节点和备机节点，当相邻节点间两条通信链路同时中断时，系统仍能正常传输数据，能够尽量减少通信链路故障对故障监测的影响；并且，主节点通过判断在设定时间内是否收到从节点的心跳报文数据，确定从节点通信状态，判断是否能从对应主节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态，从而准确区分节点通信故障和CAN总线通信通道上的链路故障，因此能够获取并展示更加精确的故障信息，提高故障维护的效率；在监测链路状态时，从最远的节点开始判断链路故障，提高了故障监测效率。

Description

一种双机热备双冗余网络故障监测方法及系统
技术领域
本发明属于故障监测领域，具体涉及一种双机热备双冗余网络故障监测方法及系统。
背景技术
在安全监测系统中，区域监控箱与底层各监控设备之间往往通过双冗余CAN总线连接；为了保证监控效果，对数据传输的可靠性和持续性要求较高。并且，在双冗余CAN总线中往往存在单通道甚至双通道故障，若不能及时发现，可能导致整个系统的通信瘫痪。
现有技术中，通常采用双通道同向收发的方式，通过判断主节点是否接收到两条通道上各从节点的信号，来判断主/从节点对应的通道是否存在故障。例如，申请公布号为CN103490959A的中国发明专利申请文件公开了一种双冗余CAN总线故障检测方法，其中从节点通道为主节点主干通道的支路，由主节点从两个通道分别接收各从节点的反馈信号，接收不到即说明对应的从节点支路处出现故障。虽然该方法能确定主通道和分支通道是否存在故障，但无法具体判断出故障来源于节点还是链路，并且，在两个节点间的通信链路同时中断的情况下，该方法对应的CAN总线通道也完全无法继续工作，即无法继续进行数据传输。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双机热备双冗余网络故障监测方法及系统，用于解决现有技术中无法对故障来源于节点还是链路进行具体判断，且监测数据传输易受通信链路状态影响的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种双机热备双冗余故障网络监测方法，包括如下步骤：
1)从区域内的网络节点中选取两个主节点，其余作为从节点，将其中一个主节点设为主机节点，另一主节点设为备机节点；主机节点、各从节点和备机节点分别通过两条CAN总线连接形成两条通信通道，其中第一CAN总线的方向和第二CAN总线的方向相反；
2)两个主节点判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；
3)主节点判断是否能从该主节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态；
4)主机节点根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位；当主机节点无法工作时，由备机节点根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位。
该故障监测方法通过将两条CAN通道采用对向连接的方式，当相邻节点间两条通信链路同时中断时，系统仍能正常工作，降低链路故障对故障监测的影响，并且能够分别判断从节点通信状态和CAN总线通信通道上的链路状态，因此能够将节点通信故障和链路故障区分开，获取更加精确的故障信息，提高故障维护的效率。
进一步地，步骤2)中，确定各从节点的通信状态的具体方式为：若两个主节点在设定时间内均无法收到某一节点的数据，则判断该节点为离线，否则，判断该节点在线。
进一步地，步骤3)中，确定CAN总线通信通道上的链路状态的具体方式为：
主机节点从距主机节点最远的节点，即备机节点开始，判断主机节点是否能够收到备机节点的数据，若能够收到，则主机节点到备机节点这一通道上的所有链路正常；若不能收到，则继续判断主机节点是否能够收到距主机节点第二远的从节点的数据；若能够收到，则该通道上除备机节点与该从节点之间的链路中断，其他链路正常；以此类推，直到确定出该通道上每一段链路的链路状态；
当主机节点无法工作时，备机节点从距备机节点最远的节点，即主机节点开始，判断备机节点是否能够收到主机节点的数据，若能够收到，则备机节点到主机节点这一通道上的所有链路正常；若不能收到，则继续判断备机节点是否能够收到距备机节点第二远的从节点的数据；若能够收到，则该通道上除备机节点与该从节点之间的链路中断，其他链路正常；以此类推，直到确定出该通道上每一段链路的链路状态。
远端节点先判断的方法在当某通道上有远端节点数据时，该通道上近端链路必为正常不用每次都判断所有节点状态值，因此提高了运算效率。
进一步地，为了提高主节点利用率，从而节约资源、降低硬件成本，在该区域的主机节点上还至少设置有第三CAN线，通过第三CAN线连接至另一区域内的节点，将该区域的主机节点作为另一区域的备机节点。
进一步地，为了保证主节点判断是否接收到从节点数据的可靠性，所有节点发送的数据中均包含该节点唯一的地址码，主节点能够根据该地址码判断接收到的数据的信源。
本发明还提供了一种双机热备双冗余网络故障监测系统，包括主节点和从节点，所述主节点是从区域内的网络节点中选取出的两个节点，所述从节点是区域内的网络节点中除去主节点外的其余节点；两个主节点中，一个主节点为主机节点，另一主节点为备机节点；
其中，主机节点、各从节点和备机节点分别通过两条CAN总线连接形成两条通信通道，其中第一CAN总线的方向和第二CAN总线的方向相反；
所述主机节点用于判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；还用于判断是否能从该主机节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态，并根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位；
所述备机节点用于判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；所述备机节点还用于判断是否能从该备机节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态，并在主机节点无法工作时，根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位。
该故障监测系统能够用于实现与上述故障监测方法相同的有益效果。
进一步地，确定各从节点的通信状态的具体方式为：若两个主节点在设定时间内均无法收到某一节点的数据，则判断该节点为离线，否则，判断该节点在线。
进一步地，确定CAN总线通信通道上的链路状态的具体方式为：
主机节点从距主机节点最远的节点，即备机节点开始，判断主机节点是否能够收到备机节点的数据，若能够收到，则主机节点到备机节点这一通道上的所有链路正常；若不能收到，则继续判断主机节点是否能够收到距主机节点第二远的从节点的数据；若能够收到，则该通道上除备机节点与该从节点之间的链路中断，其他链路正常；以此类推，直到确定出该通道上每一段链路的链路状态；
确定备机节点到主机节点这一通道上的链路状态的具体方式为：
备机节点从距备机节点最远的节点，即主机节点开始，判断备机节点是否能够收到主机节点的数据，若能够收到，则备机节点到主机节点这一通道上的所有链路正常；若不能收到，则继续判断备机节点是否能够收到距备机节点第二远的从节点的数据；若能够收到，则该通道上除备机节点与该从节点之间的链路中断，其他链路正常；以此类推，直到确定出该通道上每一段链路的链路状态。
由于主节点采用远端节点先判断的方式，则在当某通道上有远端节点数据时，该通道上近端链路必为正常不用每次都判断所有节点状态值，因此提高了运算效率。
进一步地，为了提高主节点利用率，从而节约资源、降低硬件成本，在该区域的主机节点上还至少设置有第三CAN线，通过第三CAN线连接至另一区域内的节点，将该区域的主机节点作为另一区域的备机节点。
进一步地，为了保证主节点判断是否接收到从节点数据的可靠性，所有节点发送的数据中均包含该节点唯一的地址码，用于使主节点能够根据该地址码判断接收到的数据的信源。
附图说明
图1为本发明的一种双机热备双冗余网络的拓扑结构图；
图2为本发明双机热备双冗余网络故障监测方法实施例提供的各从节点通信状态的判断流程图；
图3为本发明双机热备双冗余网络故障监测方法实施例提供的主机工作时确定CAN总线通信通道上的链路状态的判断流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
双机热备双冗余网络故障监测方法实施例
本实施例提供了一种双机热备双冗余网络故障监测方法，具体为：
1)参照图1，从区域内的CAN网络节点中选取两个主节点，其余作为从节点，将其中一个主节点设为主机节点Z1，另一主节点设为备机节点Z2；主机节点、各从节点和备机节点分别通过两条CAN总线连接形成两条通信通道，其中第一CAN总线(CAN总线0)的方向和第二CAN总线(CAN总线1)的方向相反。
为了降低链路故障对故障监测的影响，参照图1，两条CAN总线中，CAN总线0通道通过链路X_1,X_2,X_3,X_n,…,X_n+1将节点Z1,C1,C2,C3,…,Cn,Z2连接，CAN总线1通道则通过链路Y_1,…,Y_n-2,Y_n-1,Y_n,Y_n+1将节点Z2,Cn,…,C1,C2,C3,Z1连接。这样的连接方式能够使得当相邻节点间两条通信链路同时中断时，系统仍能正常工作。如C2和C3之间的两条通信链路同时中断，则Z1到Z2的数据能够在从节点C2处进行0通道和1通道之间的转换，因此可以沿通信链路X_1,X_2,Y_n,Y_n+1进行传输。
在一个优选实施例中，为减少非必要的监测成本，n≥4，即在从节点较多的情况下才采用如图1所示的CAN网络结构。
上述CAN网络结构可以应用于多种场景，如本实施例中，将监控系统中的区域监控箱与底层各监控设备之间通过方向相反的第一、第二CAN总线连接，其中两个区域监控箱为主节点，一台为主机(即主机节点Z1)，一台为备机(即备机节点Z2)，底层各监控设备均为从节点。正常情况下由主机单独进行监测功能，当主机无法正常工作时，备机能立即接管，保证系统正常运行；参照图1，为了节约资源、降低硬件成本，本区域的备机是由其他区域的主机增加第三CAN线后承当，同理，本区域的主机也可以由其他区域的备机增加第三CAN线后承当；在其他实施例中，在区域监控箱(主节点)工作并不繁忙、盈余数据处理能力的情况下，可以适当在主节点处增加更多CAN线，同时作为多个其他区域的主机或备机，实现主节点的充分复用。
2)两个主节点判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；若两个主节点在设定时间内均无法收到某一节点的数据，则判断该节点为离线，否则，判断该节点在线。
参见图2，各从节点通信状态的判断流程如下：首先主节点分别在0通道和1通道筛选CAN总线上的数据，判断信源为哪个节点；如果在设定时间内，0通道和1通道上均未收到某个节点的数据，则判断为该节点离线，否者为在线；在一个优选实施例中，设定时间为心跳报文的三个通信周期；设置Cn_Status作为指示从节点故障监测结果的参数，当0通道和1通道均无节点n的数据时，Cn_Status＝-1，表示该节点离线；当0通道有数据、1通道无数据时，Cn_Status＝0，表示节点在线；当0通道无数据、1通道有数据时，Cn_Status＝1，表示节点在线；当0通道和1通道均有数据时，Cn_Status＝2，表示节点在线。
为了保证主节点判断是否接收到从节点数据的可靠性，所有节点发送的数据中均包含该节点唯一的地址码，因此主节点能够根据该地址码判断接收到的数据的信源。
3)主节点判断是否能从该主节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态。
设置Z1_Status、Z2_Status分别作为指示主机、从机节点故障监测结果的参数，其取值方式与Cn_Status完全相同；参照图3，0通道和1通道的链路状态分别判断，以0通道为例，主机Z1工作时，从通道中距主节点Z1最远的节点(即Z2)开始判断，判断Z2_Status是否等于0或2，即判断0通道上是否有Z2节点的数据，若等于，则该通道上所有链路正常，若不等，则继续判断Cn_Status是否等于0或2，若等于，则该通道上除X_n+1链路中断，其他链路正常；若不等，则继续判断更近节点是否等于0或2，依次类推直至检查完所有链路。其中，Cn_Status(或Z1_Status、Z2_Status)等于0表示0通道有对应节点的数据、1通道无该数据，该节点在线；Cn_Status(或Z1_Status、Z2_Status)等于2表示0通道和1通道均有对应节点的数据，该节点在线；由于仅对0通道进行检查，因此仅需检查节点是否在线且0通道是否正常即可，无需考虑1通道。
同样，1通道的链路状态判断方法类似，先判断最远的节点(即Z2)的Z2_Status是否等于1或2，若等于，则该通道上所有链路正常，若不等，则继续对C1_Status进行判断，依次类推直至检查完所有链路。其中，Cn_Status(或Z1_Status、Z2_Status)等于1表示1通道有对应节点的数据、0通道无该数据，该节点在线；Cn_Status(或Z1_Status、Z2_Status)等于2表示0通道和1通道均有对应节点的数据，该节点在线；由于仅对1通道进行检查，因此仅需检查节点是否在线且1通道是否正常即可，无需考虑0通道。
其中，远端节点先判断的方法提高了运算效率，不用每次都判断所有节点状态值，即当某通道上有远端节点数据时，该通道上近端链路必为正常。
当主机Z1无法正常工作时，由备机Z2接管执行其区域内的监测功能，其链路状态的判断流程与图3类似。
4)主机节点根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位，并将已判断的节点及链路状态显示在主机节点的界面上，以提醒操作人员进行修复；当主机节点无法工作时，由备机节点根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位，并将已判断的节点及链路状态显示在备机节点的界面上，以提醒操作人员进行修复。
双机热备双冗余网络故障监测系统实施例
本实施例提供了一种双机热备双冗余网络故障监测系统，同样参照图1，主要包括：
主节点和从节点，主节点是从区域内的CAN网络节点中选取出的两个节点，从节点是区域内的网络节点中除去主节点外的其余节点；两个主节点中，主节点Z1为主机节点，另一主节点Z2为备机节点；主节点能够执行总线管理、通信量控制等功能，可以向其他节点发送命令或数据，也可以向其他节点请求数据，从节点能够接收主节点发来的命令或数据，及时响应主节点。
其中，主机节点、各从节点和备机节点分别通过两条CAN总线连接形成两条通信通道，其中第一CAN总线为CAN总线0，第二CAN总线为CAN总线1，两条CAN总线的方向和相反，即CAN总线0通道通过链路X_1,X_2,X_3,X_n,…,X_n+1将节点Z1,C1,C2,C3,…,Cn,Z2连接，CAN总线1通道则通过链路Y_1,…,Y_n-2,Y_n-1,Y_n,Y_n+1将节点Z2,Cn,…,C1,C2,C3,Z1连接。
主机节点用于判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；还用于判断是否能从该主机节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态，并根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位，并将已判断的节点及链路状态显示在备机节点的界面上，以提醒操作人员进行修复。
备机节点用于判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；所述备机节点还用于判断是否能从该备机节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态，并在主机节点无法工作时，根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位，并将已判断的节点及链路状态显示在备机节点的界面上，以提醒操作人员进行修复。
本实施例中，主节点为监控系统中本区域的两个区域监控箱，其中一台为主机(即主机节点Z1)，一台为备机(即备机节点Z2)；从节点C1,C2,C3,…,Cn为各底层各监控设备。正常情况下由主机单独进行监测功能，当主机无法正常工作时，备机能立即接管，保证系统正常运行。为了节约资源、降低硬件成本，本区域的备机是由其他区域的主机增加第三CAN线后承当，同理，本区域的主机也可以由其他区域的备机增加第三CAN线后承当；在其他实施例中，在区域监控箱(主节点)工作并不繁忙、盈余数据处理能力的情况下，可以适当在主节点处增加更多CAN线，同时作为多个其他区域的主机或备机，实现主节点的充分复用。
本实施例的故障监测系统实现故障监测的具体运行方式已经在上述双机热备双冗余网络故障监测方法中进行了详细的介绍，此处不再赘述。
本发明的特点如下：采用两条CAN通道对向连接的方式，连接主机节点、从节点和备机节点，当相邻节点间两条通信链路同时中断时，系统仍能正常传输数据，由此可以尽量减少通信链路故障对故障监测的影响；并且，分别对节点通信状态和CAN总线通信通道上的链路状态进行故障检查，能够准确区分从节点通信故障和CAN总线通信通道上的链路故障，因此能够获取并展示更加精确的故障信息，提高故障维护的效率；在监测链路状态时，从最远的节点开始判断链路故障，提高了故障监测效率。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细地说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双机热备双冗余网络故障监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)从区域内的网络节点中选取两个主节点，其余作为从节点，将其中一个主节点设为主机节点，另一主节点设为备机节点；主机节点、各从节点和备机节点分别通过两条CAN总线连接形成两条通信通道，其中第一CAN总线的方向和第二CAN总线的方向相反；
2)两个主节点判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；
3)主节点判断是否能从该主节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态；
4)主机节点根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位；当主机节点无法工作时，由备机节点根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位。
2.根据权利要求1所述的双机热备双冗余网络故障监测方法，其特征在于，步骤2)中，确定各从节点的通信状态的具体方式为：若两个主节点在设定时间内均无法收到某一节点的数据，则判断该节点为离线，否则，判断该节点在线。
3.根据权利要求1所述的双机热备双冗余网络故障监测方法，其特征在于，步骤3)中，确定CAN总线通信通道上的链路状态的具体方式为：
主机节点从距主机节点最远的节点，即备机节点开始，判断主机节点是否能够收到备机节点的数据，若能够收到，则主机节点到备机节点这一通道上的所有链路正常；若不能收到，则继续判断主机节点是否能够收到距主机节点第二远的从节点的数据；若能够收到，则该通道上除备机节点与该从节点之间的链路中断，其他链路正常；以此类推，直到确定出该通道上每一段链路的链路状态；
当主机节点无法工作时，备机节点从距备机节点最远的节点，即主机节点开始，判断备机节点是否能够收到主机节点的数据，若能够收到，则备机节点到主机节点这一通道上的所有链路正常；若不能收到，则继续判断备机节点是否能够收到距备机节点第二远的从节点的数据；若能够收到，则该通道上除备机节点与该从节点之间的链路中断，其他链路正常；以此类推，直到确定出该通道上每一段链路的链路状态。
4.根据权利要求1所述的双机热备双冗余网络故障监测方法，其特征在于，在该区域的主机节点上还至少设置有第三CAN线，通过第三CAN线连接至另一区域内的节点，将该区域的主机节点作为另一区域的备机节点。
5.根据权利要求1所述的双机热备双冗余网络故障监测方法，其特征在于，所有节点发送的数据中均包含该节点唯一的地址码，主节点能够根据该地址码判断接收到的数据的信源。
6.一种双机热备双冗余网络故障监测系统，其特征在于，包括主节点和从节点，所述主节点是从区域内的网络节点中选取出的两个节点，所述从节点是区域内的网络节点中除去主节点外的其余节点；两个主节点中，一个主节点为主机节点，另一主节点为备机节点；
其中，主机节点、各从节点和备机节点分别通过两条CAN总线连接形成两条通信通道，其中第一CAN总线的方向和第二CAN总线的方向相反；
所述主机节点用于判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；还用于判断是否能从该主机节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态，并根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位；
所述备机节点用于判断在设定时间内是否收到各从节点的心跳报文数据，确定各从节点的通信状态；所述备机节点还用于判断是否能从该备机节点到各节点的通道上获取各节点的数据，确定CAN总线通信通道上的链路状态，并在主机节点无法工作时，根据各从节点的通信状态和通道上的链路状态，进行故障定位。
7.根据权利要求6所述的双机热备双冗余网络故障监测系统，其特征在于，确定各从节点的通信状态的具体方式为：若两个主节点在设定时间内均无法收到某一节点的数据，则判断该节点为离线，否则，判断该节点在线。
8.根据权利要求6所述的双机热备双冗余网络故障监测系统，其特征在于，确定CAN总线通信通道上的链路状态的具体方式为：
主机节点从距主机节点最远的节点，即备机节点开始，判断主机节点是否能够收到备机节点的数据，若能够收到，则主机节点到备机节点这一通道上的所有链路正常；若不能收到，则继续判断主机节点是否能够收到距主机节点第二远的从节点的数据；若能够收到，则该通道上除备机节点与该从节点之间的链路中断，其他链路正常；以此类推，直到确定出该通道上每一段链路的链路状态；
确定备机节点到主机节点这一通道上的链路状态的具体方式为：
备机节点从距备机节点最远的节点，即主机节点开始，判断备机节点是否能够收到主机节点的数据，若能够收到，则备机节点到主机节点这一通道上的所有链路正常；若不能收到，则继续判断备机节点是否能够收到距备机节点第二远的从节点的数据；若能够收到，则该通道上除备机节点与该从节点之间的链路中断，其他链路正常；以此类推，直到确定出该通道上每一段链路的链路状态。
9.根据权利要求6所述的双机热备双冗余网络故障监测系统，其特征在于，该区域的主机节点上还至少包括第三CAN线，所述第三CAN线用于将该区域的主机节点连接至另一区域内的节点，使该区域的主机节点能够作为另一区域的备机节点。
10.根据权利要求6所述的双机热备双冗余网络故障监测系统，其特征在于，所有节点发送的数据中均包含该节点唯一的地址码，用于使主节点能够根据该地址码判断接收到的数据的信源。
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