專利名稱：在環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用冗余通信網(wǎng)絡(luò)用于控制關(guān)鍵任務(wù)過程的確定性工業(yè)通信系統(tǒng)的 領(lǐng)域，特別地涉及車輛控制、驅(qū)動控制或變電站自動化。
背景技術(shù)：
在用于致命的或另外關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用(例如車輛控制、驅(qū)動控制或變電站自動化 等)的工業(yè)通信系統(tǒng)中，可用性和可靠性是關(guān)鍵問題，因?yàn)槭〉耐ㄐ畔到y(tǒng)可導(dǎo)致應(yīng)用中 斷和由后者控制的過程關(guān)閉。因此，通信網(wǎng)絡(luò)冗余是要求高可用性的工業(yè)通信系統(tǒng)(特別 是那些使用具有商業(yè)交換機(jī)的基于以太網(wǎng)的通信)的重要特征。萬一故障，具有無縫操作的高冗余度可通過復(fù)制通信線路(例如電或光學(xué)傳輸電 纜)以及通過兩個(gè)獨(dú)立的收發(fā)器和總線控制器附連到兩個(gè)局域網(wǎng)中的每個(gè)的裝置的對應(yīng) 協(xié)議棧的至少物理層來提供。對于將傳送的每個(gè)幀，發(fā)送器同時(shí)發(fā)送兩個(gè)幀，每個(gè)線路上一 個(gè)，并且接收器接受這樣的一對冗余幀中首先來到的無論哪個(gè)幀并且丟棄后來的幀。交換 是無縫的，因?yàn)槿f一一個(gè)路徑中斷則不需要重復(fù)幀。冗余幀的加標(biāo)簽提供具有正常業(yè)務(wù)流 的兩個(gè)冗余線路的完全監(jiān)督，確保高覆蓋范圍。該方法已經(jīng)在專利申請W02006/053459中 描述并且在IEC標(biāo)準(zhǔn)62439中標(biāo)準(zhǔn)化為并行冗余協(xié)議(PRP)。然而，該P(yáng)RP要求物理網(wǎng)絡(luò)的 完全和因此相當(dāng)不經(jīng)濟(jì)的復(fù)制。環(huán)形拓?fù)涮峁└映杀居行У募夹g(shù)方案(特別當(dāng)交換元件集成在節(jié)點(diǎn)內(nèi)(形成交 換端節(jié)點(diǎn))時(shí))，從而提供與PRP相似的可用性但常?？嘤诟哌_(dá)幾個(gè)ms的長恢復(fù)延遲。在 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有連接到兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)通信端口因此該環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可以在任 一或兩個(gè)方向上操作從而提供抵御鏈路故障的彈性。例如FDDI或令牌環(huán)等環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是技 術(shù)現(xiàn)狀并且可以是以太網(wǎng)類型的，在該情況下例如RSTP(IEEE802. ID)等協(xié)議確保幀不能 在環(huán)上無限地循環(huán)。未發(fā)布的專利申請EP08160883.8涉及基于具有多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)并且用全雙工鏈路 操作的環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵任務(wù)或高度可用的應(yīng)用。在相應(yīng)第一和第二端口上連接到該通 信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送器節(jié)點(diǎn)傳送成對的冗余幀。對于將在該環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的每個(gè)幀，源和復(fù)制 幀在相反方向上傳送，兩個(gè)幀都被該環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點(diǎn)中繼直到它們最終返回到始發(fā)發(fā) 送器節(jié)點(diǎn)。結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷關(guān)于常規(guī)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)大致上翻倍，而目的節(jié)點(diǎn)將在等于環(huán)的最長可 能路徑的最大傳輸延遲后接收到該數(shù)據(jù)。在無故障狀態(tài)中，目的節(jié)點(diǎn)從而接收具有相同內(nèi) 容的兩個(gè)冗余幀。冗余幀可以根據(jù)上文的并行冗余協(xié)議PRP識別，因此僅兩個(gè)幀中的較早 或第一幀轉(zhuǎn)發(fā)到上層協(xié)議并且丟棄較晚的或第二幀。在該發(fā)明的有利變化形式中，為了防 止幀在環(huán)中無限循環(huán)，始發(fā)發(fā)送器節(jié)點(diǎn)不中繼它自己之前發(fā)送的幀。在高和中電壓電力網(wǎng)中的變電站包括例如電纜、線路、母線、開關(guān)、電力互感器和 儀表互感器等主要裝置，其一般設(shè)置在開關(guān)站和/或間隔(bay)中。這些主要裝置采用自 動方式通過變電站自動化(SA)系統(tǒng)操作。該SA系統(tǒng)包括基于微處理器的可編程次要裝 置，所謂的智能電子裝置(IED)，其負(fù)責(zé)主要裝置的保護(hù)、控制和/或監(jiān)測。該IED —般指派給三個(gè)分級等級(即站級、間隔或饋電線級和過程級)中的一個(gè)。該SA系統(tǒng)的站級包括具有人機(jī)界面(HMI)的操作員工作站(OWS)和到網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)的網(wǎng)關(guān)。在間隔級上的 IED(也稱為間隔單元)進(jìn)而通過間隔間或站總線連接到彼此以及連接到在站級上的IED。 該站總線由 IEC 標(biāo)準(zhǔn) 61850 “communication networksand systems in substations (變 電站中的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng))”規(guī)定協(xié)議(例如制造報(bào)文規(guī)范匪S或面向通用對象變電站事 件GOOSE)的部分8-1涵蓋，該規(guī)定協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷(每秒幾個(gè)數(shù)據(jù)包)和同步(通常要求 Ims)方面要求不高，并且旨在傳送命令到間隔控制器，并且報(bào)告事件，例如警報(bào)或狀態(tài)變化等。在另一方面，鏈接過程級到間隔級的過程接口包括由上文標(biāo)準(zhǔn)的部分IEC61850-9-2涵蓋的過程總線。該過程總線的主要任務(wù)是從儀表互感器或合并單元傳送 測量值(采樣值SV)到保護(hù)裝置和從保護(hù)裝置傳送跳閘命令(G00SE)到開關(guān)裝置。不像站 總線，過程總線要求高可用性(即采樣值發(fā)送率在4kHz和12kHz之間)和嚴(yán)格的實(shí)時(shí)限制 (即采樣值必須在它們產(chǎn)生后3ms內(nèi)傳輸?shù)奖Ｗo(hù)應(yīng)用)以便正確地執(zhí)行保護(hù)功能。盡管樣本值數(shù)據(jù)的可用性要求由上述冗余協(xié)議清楚地解決，實(shí)時(shí)要求仍然是懸而 未決的問題。用于采樣值的IEC61850-9-2協(xié)議基于以太網(wǎng)并且因此僅可以提供關(guān)于數(shù)據(jù) 傳輸?shù)难舆t的盡力保證。此外，該協(xié)議確定已經(jīng)在環(huán)中循環(huán)的數(shù)據(jù)包的優(yōu)先次序高于必須 由節(jié)點(diǎn)發(fā)送的那些。該性質(zhì)可以導(dǎo)致靜默節(jié)點(diǎn)，即不斷地從一個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到另一個(gè) 而不能發(fā)送它自己的數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)。實(shí)時(shí)協(xié)議在過去的30年期間已經(jīng)廣泛地研究，并且找到兩個(gè)主要的方法保證對 于通信協(xié)議的實(shí)時(shí)性質(zhì)。根據(jù)這些方法，通信介質(zhì)在某個(gè)時(shí)間被預(yù)定并長達(dá)給定的延遲 (例如時(shí)間觸發(fā)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)TTCAN)，或數(shù)據(jù)包在該介質(zhì)上周期地循環(huán)，在該介質(zhì)中每 個(gè)節(jié)點(diǎn)在固定位置插入或檢索數(shù)據(jù)(例如EtherCAT)。EtherCAT應(yīng)用以太網(wǎng)到自動化應(yīng) 用，其要求短數(shù)據(jù)更新時(shí)間或循環(huán)時(shí)間，其中以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包、幀或電報(bào)不再作為過程數(shù)據(jù)在 每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收、解釋和復(fù)制。EtherCAT從屬裝置讀取寄送給它們的數(shù)據(jù)，并且插入輸入數(shù) 據(jù)，同時(shí)該幀通過該裝置。幀在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中僅延遲毫秒的若干分之幾，并且許多節(jié)點(diǎn)(典型 地整個(gè)網(wǎng)絡(luò))可以被寄送僅一個(gè)幀。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是使在環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)和/或確定性數(shù)據(jù)傳輸成為可 能。該目的通過分別根據(jù)權(quán)利要求1和7的在環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)的方法和環(huán)形通信 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。另外的優(yōu)選實(shí)施例從附屬的專利權(quán)利要求是明顯的。根據(jù)本發(fā)明，實(shí)時(shí)(RT)操作數(shù)據(jù)在至少具有主節(jié)點(diǎn)、源或發(fā)布節(jié)點(diǎn)和目的或預(yù)定 節(jié)點(diǎn)的高度可用的、無縫冗余(HSR)的環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)中傳送。該節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)包括連接到 該通信網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)第一和第二相鄰節(jié)點(diǎn)的第一和第二通信端口，并且適應(yīng)于通過該第一通 信端口接收幀并且通過該第二通信接口無附加延遲地轉(zhuǎn)發(fā)該接收的幀(修改或未修改)。 主節(jié)點(diǎn)基本上同時(shí)分別發(fā)送第一和第二冗余幀或空數(shù)據(jù)包到它的第一和第二相鄰節(jié)點(diǎn)。當(dāng) 接收到兩個(gè)冗余幀中的第一個(gè)時(shí)，源節(jié)點(diǎn)將過程數(shù)據(jù)插入預(yù)定和專用字段。源節(jié)點(diǎn)隨后增 加相同的過程數(shù)據(jù)到第二或較晚的冗余幀的預(yù)定字段。一旦加載或擴(kuò)充有過程數(shù)據(jù)，兩個(gè) 冗余幀都瞬時(shí)并且單獨(dú)地分別轉(zhuǎn)發(fā)到源節(jié)點(diǎn)的第一和第二相鄰節(jié)點(diǎn)。目的節(jié)點(diǎn)最后從該對中首先到達(dá)的加載冗余幀提取或復(fù)制過程數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的優(yōu)選變化形式中，一旦相關(guān)的過程數(shù)據(jù)已經(jīng)由目的節(jié)點(diǎn)提取，則轉(zhuǎn)發(fā)接收的加載冗余幀。在嘗試確定環(huán)中的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否可能對由接收的幀攜帶的過程數(shù)據(jù) 感興趣的目的節(jié)點(diǎn)中沒有實(shí)行消除標(biāo)準(zhǔn)。僅主節(jié)點(diǎn)將消除它自己之前發(fā)出的冗余幀(特別 包括基于后者的加載冗余幀)。在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，主節(jié)點(diǎn)在一個(gè)循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生并且傳送成對冗余幀的序 列。在該序列中對的數(shù)量取決于在通信環(huán)中節(jié)點(diǎn)的實(shí)際數(shù)量，其從而可超過由一個(gè)單個(gè)幀 的有效負(fù)載能力限定的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。在本發(fā)明的另外的有利實(shí)施例中，操作過程數(shù)據(jù)包括根據(jù)IEC618509-2的采樣測 量值(SMV)，其由連接到電力系統(tǒng)的高或中電壓變電站、或連接到風(fēng)力、水力或分布式能量 資源(DER)系統(tǒng)的電流或電壓傳感器提供給源節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)可另外在相同幀中包括GOOSE 數(shù)據(jù)。提出的協(xié)議的另一個(gè)優(yōu)勢存在于不再要求例如IEEE1588等專用同步協(xié)議用于使 得連接到通信環(huán)的不同裝置同步的事實(shí)。如果主節(jié)點(diǎn)通過無論什么方式與變電站的其余部 分同步，主節(jié)點(diǎn)將通過以例如4kHz循環(huán)發(fā)送的空RT-HSR冗余幀將固有地同步或諧振環(huán)上 的其他裝置。為了避免單點(diǎn)故障，描述的協(xié)議的另外變化形式包括在環(huán)中備用或冗余主節(jié)點(diǎn)的 提供。后者假定與主要主節(jié)點(diǎn)(primary master node)同步，并且具有與主要主節(jié)點(diǎn)的內(nèi) 部時(shí)鐘相同種類和品質(zhì)的內(nèi)部時(shí)鐘。然而，代替具有將使網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷翻倍的活動冗余主節(jié)點(diǎn)， 備用主節(jié)點(diǎn)優(yōu)選地采用備用冗余模式操作并且適應(yīng)于主動探測主要主節(jié)點(diǎn)的故障。如果 備用主節(jié)點(diǎn)位于主要主節(jié)點(diǎn)附近，并且優(yōu)選地作為最接近的鄰居，備用主節(jié)點(diǎn)將能夠準(zhǔn)瞬 時(shí)確定主要主節(jié)點(diǎn)的故障。實(shí)際上，假使在例如5μ s的最大抖動或傳輸延遲期滿之前沒有 RT-HSR幀由備用主節(jié)點(diǎn)接收到，備用主節(jié)點(diǎn)將斷定主要主節(jié)點(diǎn)故障并且進(jìn)而開始發(fā)送冗余 幀?？偟膩碚f，本發(fā)明通過使用在HSR協(xié)議中的多個(gè)令牌方法使采樣值的實(shí)時(shí)或確定 性數(shù)據(jù)傳輸成為可能。每隔一定時(shí)間間隔在環(huán)上提供數(shù)據(jù)包，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將把需要發(fā)送的數(shù) 據(jù)插入其中。提出的方法照此涵蓋數(shù)據(jù)通信(即如何可以使在HSR上的數(shù)據(jù)輸送成為可預(yù) 測的)，以及配置部分(即在初始化階段或在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兒?。提出的RT-HSR協(xié)議向采 樣值在過程總線上的輸送提供可用性和實(shí)時(shí)性質(zhì)兩者。


本發(fā)明的主旨將在下列正文中參照在附圖中圖示的優(yōu)選示范性實(shí)施例更加詳細(xì) 地說明，其中圖1描繪具有環(huán)形拓?fù)涞氖痉缎宰詣踊W(wǎng)絡(luò)，圖2圖示能夠?qū)崟r(shí)(RT)的HSR協(xié)議的基本原理，以及圖3圖示RT-HSR冗余幀的結(jié)構(gòu)。在附圖中使用的標(biāo)號和它們的含義采用總結(jié)形式列在標(biāo)號列表中。原理上，在圖 中相同的部件提供有相同的標(biāo)號。
具體實(shí)施方式
圖1描繪具有環(huán)形拓?fù)涞氖痉缎宰詣踊W(wǎng)絡(luò)，其中在環(huán)內(nèi)的所有交換節(jié)點(diǎn)(1-6)， 例如保護(hù)、控制和測量裝置(1-3)、監(jiān)管工作站(4)、時(shí)鐘主節(jié)點(diǎn)(5)以及中間節(jié)點(diǎn)(6)等， 包括能夠從一個(gè)端口(IlaUlb)轉(zhuǎn)發(fā)幀到另一個(gè)(IlbUla)的交換元件(10)，從而確保 幀圍繞環(huán)的循環(huán)。該中間節(jié)點(diǎn)(6)通過可選的非環(huán)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)(7)連接到許多非環(huán)裝置 (8a-8c)。在本發(fā)明的標(biāo)記中，主節(jié)點(diǎn)(1)的交換元件注入兩個(gè)冗余幀(21a、21b)，循環(huán)的 每個(gè)方向(A、B)上一個(gè)。源節(jié)點(diǎn)(3)或目的節(jié)點(diǎn)(3)的交換元件(10)能夠從環(huán)的任一方 向接收幀(22a、22b)和通過與接收端口 (lib ； 11a)相對的發(fā)送端口 (Ila ；lib)轉(zhuǎn)發(fā)它們 (修改或如同接收的)，從而保持在環(huán)中的兩個(gè)冗余幀的循環(huán)的始發(fā)(逆)順時(shí)針方向。該 方面根據(jù)如在EP08160883. 8中論述的原始高可用性無縫冗余(HSR)環(huán)協(xié)議，其中節(jié)點(diǎn)一直 在它的兩個(gè)端口上發(fā)送從它的更高層協(xié)議接收的幀，并且?guī)膬蓚€(gè)副本在總線上相反的方 向上循環(huán)直到它們到達(dá)它們的始發(fā)發(fā)送器，并且其中的接收器僅將一對中較早的幀傳給它 們的更高層協(xié)議并且丟棄副本。圖2描繪在具有五個(gè)節(jié)點(diǎn)(1-5)的環(huán)(虛線)中根據(jù)本發(fā)明的修改的和能夠?qū)崟r(shí) (RT)的HSR協(xié)議的基本原理。主節(jié)點(diǎn)(1)產(chǎn)生并且發(fā)送一對冗余幀的兩個(gè)冗余幀(23a、 23b)，其中指定“Α”的幀順時(shí)針循環(huán)并且指定“B”的幀逆時(shí)針循環(huán)。如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述 的，兩個(gè)冗余幀起初是相同的除了等同于“A”或“B”的某個(gè)標(biāo)識符，并且包括將由源節(jié)點(diǎn)提 供和加載的過程數(shù)據(jù)的預(yù)先確定的區(qū)域。兩個(gè)幀都由在環(huán)中的所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)直到它們偶爾 被移除。兩個(gè)冗余幀中的第一個(gè)(23b) —到達(dá)源節(jié)點(diǎn)(4)，后者就將把待公布的相關(guān)過程數(shù) 據(jù)(例如根據(jù)IEC61850的采樣值等)插入幀中，并且將轉(zhuǎn)發(fā)加載或擴(kuò)充的幀(24b)到最近 的相鄰節(jié)點(diǎn)。同樣應(yīng)用于稍后到達(dá)該源節(jié)點(diǎn)的第二冗余幀(23a)。在圖2中，包括來自源節(jié) 點(diǎn)的過程數(shù)據(jù)的兩個(gè)加載的冗余幀(24a、24b)用指示增加的過程數(shù)據(jù)的灰色條紋標(biāo)記。最 后目的節(jié)點(diǎn)⑵讀取并且處理來自到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的該兩個(gè)加載的冗余幀中的第一個(gè)(24b) 的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)為并行冗余協(xié)議(IEC標(biāo)準(zhǔn)62439)開發(fā)的原理丟棄來自第二或較晚的幀 (24a)的數(shù)據(jù)。為了使目的節(jié)點(diǎn)能夠分辨源節(jié)點(diǎn)的有效負(fù)載字段是否是空的，有效負(fù)載字段 可包括特定的標(biāo)題字段，或“空”有效負(fù)載字段可預(yù)先加載有無意義的位序列。數(shù)據(jù)包由該數(shù)據(jù)包的始發(fā)站(即主節(jié)點(diǎn))丟棄或消除。必須小心以便不會由于消 除在特定的目的節(jié)點(diǎn)可能仍然是第一幀的加載幀而損害冗余度。也就是說，在已經(jīng)在環(huán)中 循環(huán)單次后消除每個(gè)幀可能過早，而等待幀完成通過環(huán)的第二圈代表安全的一面。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的RT-HSR冗余幀。如在原始HSR協(xié)議中，幀以前同步碼(101) 開始，接著是目的MAC地址(102)，其指出幀的多播字符而不識別單個(gè)目的節(jié)點(diǎn)，并且接著 是源MAC地址(103)，其識別主節(jié)點(diǎn)作為幀在相同子網(wǎng)內(nèi)的始發(fā)站。在幀中位置12處的下 一個(gè)字段(104)是由例如六個(gè)字節(jié)構(gòu)成并且包括指示當(dāng)前幀遵守HSR協(xié)議的事實(shí)的特定值 (0x88)、路徑、幀的尺寸和序列號的HSR標(biāo)簽。在位置18處的字段105指示幀的實(shí)時(shí)性質(zhì) 并且實(shí)際上指向如由本發(fā)明介紹的對原始HSR協(xié)議的修改。字段106指示假使主節(jié)點(diǎn)發(fā)送 成對冗余幀的序列所要求的序列號或標(biāo)識符。最終，在位置21開始，接著是指派給網(wǎng)絡(luò)的 各個(gè)節(jié)點(diǎn)的有效負(fù)載字段107。每個(gè)有效負(fù)載字段(107-1至107-n)被預(yù)定或預(yù)先指派給 具體的源節(jié)點(diǎn)(1至η)并且由對應(yīng)的幀內(nèi)地址或位置識別。幀由字段108結(jié)束，其包括例 如循環(huán)冗余碼校驗(yàn)CRC等幀校驗(yàn)序列。
如果在環(huán)中字節(jié)的數(shù)量超過一個(gè)單個(gè)幀的有效負(fù)載能力，成對冗余幀的序列由主 節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生，其中該對由在字段106中序列號或偏離量識別。該字段具有2字節(jié)的預(yù)定長度， 從而允許多達(dá)65536對的序列。結(jié)果，特定源節(jié)點(diǎn)的預(yù)先指派的區(qū)域包括序列號和在幀內(nèi) 的存儲點(diǎn)或位置。允許每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過程數(shù)據(jù)要求的報(bào)文數(shù)量取決于節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和由每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā) 送的數(shù)據(jù)的尺寸。對于SMV數(shù)據(jù)的具體情況，9-2輕量版本限定150字節(jié)的協(xié)議特定幀，其 意味每具有1526字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀尺寸的冗余幀可以分配10個(gè)不同的預(yù)先指派的區(qū) 域。如果示范性環(huán)包括27個(gè)節(jié)點(diǎn)，即27個(gè)合并單元，主節(jié)點(diǎn)以由IEC618509-2協(xié)議要求的 頻率(即對于歐洲4kHz或12kHz)發(fā)出三對空RT-HSR幀。從性能角度，RT-HSR保證對網(wǎng)絡(luò)對每個(gè)節(jié)點(diǎn)的訪問而不增加業(yè)務(wù)流負(fù)荷。當(dāng)考慮 20個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)示例時(shí)，并且如果節(jié)點(diǎn)中的10個(gè)是提供SMV數(shù)據(jù)(根據(jù)9-2輕量版本以4kHz 的150字節(jié)的幀)的合并單元并且10個(gè)是IED，當(dāng)使用HSR時(shí)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷是10X4. 5Mbits/ secX2 = 90Mbits/sec，而當(dāng)使用 RT-HSR 時(shí)等于 2X45Mbits/sec = 90Mbits/sec。從實(shí)時(shí) 角度，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以彼此通信，小于(N_2)XRD，其中N是在環(huán)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量并且RD是在節(jié) 點(diǎn)中幀的駐留延遲。利用20個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)和320納秒的駐留延遲(假設(shè)lOOMbits/sec網(wǎng)絡(luò) 和在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上在32位后實(shí)現(xiàn)的直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù))，最大延遲是18X320納秒=5. 7微秒。部件列表1-6交換節(jié)點(diǎn)7到無環(huán)節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)8a、8b、8c 非環(huán)節(jié)點(diǎn)10交換元件IlaUlb 通信端口21a-24a 在方向A循環(huán)的幀21b-24b 在方向B循環(huán)的幀101-108 RT-HSR 幀的字段
權(quán)利要求
一種在環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)的方法，所述通信網(wǎng)絡(luò)具有主節(jié)點(diǎn)(1)、源節(jié)點(diǎn)(4)和目的節(jié)點(diǎn)(2)，它們連接到所述通信網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)第一(2；5；3)和第二(5；3；1)相鄰節(jié)點(diǎn)，所述方法包括 由所述主節(jié)點(diǎn)(1)分別發(fā)送一對冗余幀的第一和第二冗余幀(23a、23b)到所述主節(jié)點(diǎn)的第一(2)和第二(5)相鄰節(jié)點(diǎn)， 由所述源節(jié)點(diǎn)(4)把相同的過程數(shù)據(jù)插入所述一對冗余幀的兩個(gè)冗余幀(23a、23b)中的每個(gè)的預(yù)定字段(107 4)并且分別轉(zhuǎn)發(fā)包括所述過程數(shù)據(jù)的加載冗余幀(24a、24b)到所述源節(jié)點(diǎn)的第一(5)和第二(3)相鄰節(jié)點(diǎn)， 由所述目的節(jié)點(diǎn)(2)從由所述目的節(jié)點(diǎn)接收的第一加載冗余幀(24b)提取所述過程數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括-由所述目的節(jié)點(diǎn)(2)轉(zhuǎn)發(fā)所述一對的兩個(gè)加載的冗余幀(24a、24b)，以及-由所述主節(jié)點(diǎn)(1)消除所述一對的兩個(gè)冗余幀(23a、23b)和/或兩個(gè)加載的冗余幀 (24a、24b)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括-由所述主節(jié)點(diǎn)(1)分別發(fā)送多對冗余幀的第一和第二冗余幀到所述主節(jié)點(diǎn)的第一 (2)和第二(5)相鄰節(jié)點(diǎn)，其中兩個(gè)不同冗余對包括不同源節(jié)點(diǎn)的有效負(fù)載字段(107)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)是電力系統(tǒng)的高或中 電壓變電站的變電站自動化SA系統(tǒng)的一部分，所述方法包括_由所述源節(jié)點(diǎn)插入包括由連接到所述變電站的電流或電壓傳感器提供給所述源節(jié)點(diǎn) 的采樣測量值SMV數(shù)據(jù)的過程數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述環(huán)上的節(jié)點(diǎn)(2-5)基于所述一對 冗余幀的冗余幀(23a、23b)的連續(xù)接收同步于所述主節(jié)點(diǎn)(1)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述主節(jié)點(diǎn)(1)是主要主節(jié)點(diǎn)，并且其中 備用主節(jié)點(diǎn)連接到所述通信環(huán)，所述方法包括_由所述備用主節(jié)點(diǎn)探測所述主要主節(jié)點(diǎn)的故障，并且由所述備用主節(jié)點(diǎn)發(fā)送第一和 第二冗余幀到所述備用主節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)。
7.一種環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)，其具有主節(jié)點(diǎn)(1)、源節(jié)點(diǎn)⑷和目的節(jié)點(diǎn)(2)，它們分別連接到 所述通信網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的第一 (2 ；5 ；3)和第二 (5 ；3 ；1)相鄰節(jié)點(diǎn)，其中-所述主節(jié)點(diǎn)(1)適應(yīng)于分別產(chǎn)生和發(fā)送一對冗余幀的第一和第二冗余幀(23a、23b) 到所述主節(jié)點(diǎn)的第一(2)和第二(5)相鄰節(jié)點(diǎn)，-所述源節(jié)點(diǎn)(4)適應(yīng)于把相同的過程數(shù)據(jù)插入所述一對冗余幀的兩個(gè)冗余幀(23a、 23b)中的每個(gè)的預(yù)定字段(107-4)，并且分別轉(zhuǎn)發(fā)包括所述過程數(shù)據(jù)的加載冗余幀(24a、 24b)到所述源節(jié)點(diǎn)的第一(5)和第二(3)相鄰節(jié)點(diǎn)，_所述目的節(jié)點(diǎn)(2)適應(yīng)于從由所述目的節(jié)點(diǎn)接收的第一加載冗余幀(24b)提取所述 過程數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的網(wǎng)絡(luò)，特征在于，所述主節(jié)點(diǎn)(1)是主要主節(jié)點(diǎn)并且其中備用主 節(jié)點(diǎn)連接到所述通信網(wǎng)絡(luò)并且適應(yīng)于主動探測所述主要主節(jié)點(diǎn)的故障。
全文摘要
本發(fā)明與實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)在至少具有主節(jié)點(diǎn)、源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的高度可用的、無縫冗余(HSR)的環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)中的確定性數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)。節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)包括連接到該通信網(wǎng)絡(luò)的各自的第一和第二相鄰節(jié)點(diǎn)的第一和第二通信端口，并且適應(yīng)于通過該第一通信端口接收幀并且通過該第二通信接口無附加延遲地轉(zhuǎn)發(fā)該接收的幀(修改或未修改)。主節(jié)點(diǎn)分別發(fā)送第一和第二冗余幀或空數(shù)據(jù)包到它的第一和第二相鄰節(jié)點(diǎn)。當(dāng)接收該兩個(gè)冗余幀時(shí)，源節(jié)點(diǎn)將過程數(shù)據(jù)插入每個(gè)幀的預(yù)定和專用字段。兩個(gè)加載的冗余幀中的每一個(gè)瞬時(shí)并且單獨(dú)地分別轉(zhuǎn)發(fā)到源節(jié)點(diǎn)的第一和第二相鄰節(jié)點(diǎn)。目的節(jié)點(diǎn)最后從該對中首先到達(dá)的加載冗余幀提取過程數(shù)據(jù)。
文檔編號H04L12/26GK101989943SQ20101024880
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者H·基爾曼, J-C·圖尼耶 申請人:Abb研究有限公司