一種環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法
【專(zhuān)利摘要】一種環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法，包括：交換機(jī)初始化配置；交換機(jī)初始化配置完成后，所有交換機(jī)依據(jù)精確時(shí)鐘同步協(xié)議PTP進(jìn)行時(shí)鐘同步；在第一次同步以后，各交換機(jī)從其1號(hào)環(huán)端口向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息收集報(bào)文；最小序列號(hào)的交換機(jī)將其1號(hào)環(huán)端口配置為阻塞狀態(tài)，最小序列號(hào)的交換機(jī)的2號(hào)環(huán)端口及其他所有交換機(jī)的環(huán)端口全部配置為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)；定義動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的最小間隔時(shí)間為保持時(shí)間；保持時(shí)間達(dá)到以后，各交換機(jī)分別從各交換機(jī)的1號(hào)環(huán)端口發(fā)送信息收集報(bào)文；根據(jù)信息收集報(bào)文判斷網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)故障；根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行路徑動(dòng)態(tài)重組或不進(jìn)行路徑動(dòng)態(tài)重組。使用本發(fā)明的方法，使得環(huán)網(wǎng)中的路徑規(guī)劃更為靈活，同時(shí)也保證了工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以太網(wǎng)絡(luò)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種以太網(wǎng)交換機(jī)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以太網(wǎng)技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)通信技術(shù)，由于其開(kāi)放性、兼容性好、易于組網(wǎng)、成本低、傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)也逐漸進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域，成為自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的組成部分。工業(yè)以太網(wǎng)為了保證網(wǎng)絡(luò)的冗余性和可維護(hù)性，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被大量采用，但是環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的路徑往往是固定的。需要一種新的方法，可以將環(huán)網(wǎng)的路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)的規(guī)劃，以更好的滿(mǎn)足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)特別是大規(guī)模環(huán)形網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)方法，以動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方式使得通信數(shù)據(jù)在更合理的通信鏈路上傳輸，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇的靈活性和更好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法，在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)是對(duì)等的、無(wú)差別的，交換機(jī)通過(guò)I號(hào)環(huán)端口和2號(hào)環(huán)端口在物理上連接成環(huán)，但在邏輯上始終保持一段鏈狀的通信路徑，所述路徑可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)重組，對(duì)所述途徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃的過(guò)程如下:
[0006]步驟1:交換機(jī)初始化配置，其中，除了對(duì)交換機(jī)進(jìn)行常規(guī)配置外，還需要對(duì)信息收集報(bào)文發(fā)送間隔時(shí)間、信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間、同步時(shí)鐘類(lèi)型、交換機(jī)序列號(hào)、使能端口流量統(tǒng)計(jì)進(jìn)行配置；
[0007]步驟2:交換機(jī)初始化配置完成后，所有交換機(jī)依據(jù)精確時(shí)鐘同步協(xié)議PTP進(jìn)行時(shí)鐘同步；
[0008]步驟3:在第一次同步以后，各交換機(jī)從I號(hào)環(huán)端口向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息收集報(bào)文，此次收集的信息為交換機(jī)序列號(hào)及數(shù)量；
[0009]步驟4:信息收集結(jié)束后，初始化路徑的生成只根據(jù)收集到的交換機(jī)的序列號(hào)進(jìn)行，最小序列號(hào)的交換機(jī)將其I號(hào)環(huán)端口配置為阻塞狀態(tài)，最小序列號(hào)的交換機(jī)的2號(hào)環(huán)端口及其他所有交換機(jī)的環(huán)端口全部配置為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)；
[0010]步驟5:初始化路徑形成以后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入正常的通信狀態(tài)；定義動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的最小間隔時(shí)間為保持時(shí)間；
[0011]步驟6:保持時(shí)間達(dá)到以后，各交換機(jī)分別從各交換機(jī)的I號(hào)環(huán)端口發(fā)送信息收集報(bào)文；此時(shí)收集的信息包括交換機(jī)的序列號(hào)、數(shù)量及流量信息，其中所述流量信息定義為各交換機(jī)上除I號(hào)環(huán)端口和2號(hào)環(huán)端口以外其他所有端口的流量之和；
[0012]步驟7:信息收集報(bào)文同時(shí)也用于發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變化，包括交換機(jī)的添加、刪除和故障；交換機(jī)收到其它交換機(jī)發(fā)出的信息收集報(bào)文時(shí)，添加自身的信息到此報(bào)文中并繼續(xù)傳遞；
[0013]步驟8:根據(jù)信息收集報(bào)文判斷網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)故障；
[0014]網(wǎng)絡(luò)正常情況下，每個(gè)交換機(jī)都會(huì)在信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間之前從2號(hào)環(huán)端口收到由I號(hào)環(huán)端口發(fā)出的信息收集報(bào)文；
[0015]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，各交換機(jī)無(wú)法收到完整的信息收集報(bào)文；
[0016]步驟9:根據(jù)步驟8的判斷結(jié)果進(jìn)行路徑動(dòng)態(tài)重組或不進(jìn)行路徑動(dòng)態(tài)重組；其中，
[0017]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)正常時(shí)，各個(gè)交換機(jī)收到信息收集報(bào)文后進(jìn)行分析，找出流量最大的交換機(jī)MidSwitch,然后MidSwitch從兩個(gè)環(huán)端口發(fā)送路徑重組通知報(bào)文，告知每一個(gè)交換機(jī)在特定重組時(shí)間ReRouteTime后清空MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表,距離MidSwitch最遠(yuǎn)的交換機(jī)EndSwitch阻塞其I號(hào)環(huán)端口，同時(shí)原有的EndSwitch的I號(hào)環(huán)端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)；當(dāng)MidSwitch不發(fā)生變化時(shí),不進(jìn)行路徑重組；
[0018]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障且只有單點(diǎn)故障時(shí)，當(dāng)信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，原有的EndSwitch迅速打開(kāi)其I號(hào)環(huán)端口便可以使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，進(jìn)入固定路徑階段，在網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)之前不會(huì)再進(jìn)行動(dòng)態(tài)的路徑規(guī)劃；在此時(shí)間內(nèi)，未收到信息收集報(bào)文的環(huán)端口則被認(rèn)為是故障的鄰接端口，將此環(huán)端口轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，防止故障恢復(fù)以后帶來(lái)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。
[0019]進(jìn)一步地，在上述環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法中，初始化路徑的主要依據(jù)是交換機(jī)序列號(hào)，動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的依據(jù)為交換機(jī)流量信息；具體路徑規(guī)劃的原則為初始化路徑時(shí)將最小流量設(shè)備置為EndSwitch，動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃時(shí)將最大流量設(shè)備置為MidSwitch0
[0020]進(jìn)一步地，在上述環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法中，設(shè)置流量閥值，在步驟9中，根據(jù)最大流量是否超過(guò)設(shè)定閥值決定是否進(jìn)行新一輪的路徑重組。
[0021 ] 進(jìn)一步地，在上述環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法中，在步驟9中，根據(jù)信息接收?qǐng)?bào)文是否超時(shí)判定網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)故障，故障的情況下進(jìn)行路徑恢復(fù)并采用固定路徑。
[0022]本發(fā)明的另一方面，提供一種用于上述任一方法中的支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，包括:保護(hù)模塊、隔離模塊、電源模塊、交換處理功能模塊、CPU控制管理模塊，其中，
[0023]保護(hù)模塊用于對(duì)抗各種惡劣電磁環(huán)境，提供保護(hù)；
[0024]隔離模塊用于提供信號(hào)的隔離；
[0025]電源模塊用于電壓的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓；
[0026]交換處理功能模塊用于處理正常以太網(wǎng)報(bào)文的交換；
[0027]CPU控制管理模塊用于處理動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃算法以及實(shí)現(xiàn)對(duì)交換處理功能模塊的管理。
[0028]進(jìn)一步地，在上述支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)中，所述交換機(jī)可通過(guò)環(huán)端口在物理上連接成環(huán)，但在邏輯上保持一段鏈狀的通信路徑。
[0029]進(jìn)一步地，在上述支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)中，所述環(huán)端口可設(shè)置為阻塞狀態(tài)或轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。
[0030]進(jìn)一步地，在上述支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)中，所述隔離模塊為變壓器隔離。
[0031]進(jìn)一步地，在上述支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)中，所述交換處理功能模塊包括MAC層和以太網(wǎng)物理層。
[0032]進(jìn)一步地，在上述支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)中，所述電源模塊提供24v直流電源到5v，3.3v, 2.5v和/或1.8v電壓的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓。
[0033]使用本發(fā)明的方法，使得環(huán)網(wǎng)中的路徑規(guī)劃更為靈活，同時(shí)也在一定程度上保證了工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是路徑重組示意圖；
[0036]圖3是網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)示意圖；
[0037]圖4是一種支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的硬件框圖；
[0038]圖5是一種支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)軟件工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0040]如圖1所示的組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)設(shè)備有兩個(gè)專(zhuān)用的環(huán)端口:1號(hào)環(huán)端口 Rl和2號(hào)環(huán)端口 R2，兩個(gè)環(huán)端口可以處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)或者阻塞狀態(tài)，處于阻塞狀態(tài)的環(huán)端口不能轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)報(bào)文，處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的環(huán)端口可以轉(zhuǎn)發(fā)所有的報(bào)文。進(jìn)入通信工作前需要進(jìn)行設(shè)備初始化配置，除了常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相關(guān)參數(shù)配置外，還需要配置信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間、同步時(shí)鐘類(lèi)型、交換機(jī)設(shè)備順序號(hào)。信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間主要根據(jù)環(huán)網(wǎng)的規(guī)模來(lái)確定。
[0041]各交換設(shè)備(交換機(jī))在通訊中的地位角色平等，均是無(wú)差別的，交換機(jī)通過(guò)環(huán)端口在物理上連接成環(huán)，在邏輯上始終保持開(kāi)環(huán)狀態(tài)，其它終端設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況掛接在各個(gè)交換機(jī)的其他端口上。且各個(gè)交換設(shè)備的切換必須同時(shí)進(jìn)行，否則會(huì)形成連通環(huán)路，因此必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘同步。系統(tǒng)初始化配置完成后，所有的設(shè)備應(yīng)依據(jù)IEEE1588精確時(shí)鐘同步協(xié)議進(jìn)行時(shí)鐘同步，設(shè)備之間的時(shí)鐘可以達(dá)到亞微秒級(jí)的同步，以保證路徑規(guī)劃時(shí)不會(huì)因?yàn)闀r(shí)鐘不同步的問(wèn)題而形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。之后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入通信階段，各交換設(shè)備除了完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的交換以外，還要定時(shí)的發(fā)送設(shè)備信息收集報(bào)文(InfoGet)，以得到最新的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息，包括設(shè)備個(gè)數(shù)、設(shè)備ID號(hào)、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)流量等信息。在第一次同步以后，各個(gè)交換設(shè)備從其I號(hào)環(huán)端口向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送信息收集報(bào)文，此次收集的信息為設(shè)備號(hào)和設(shè)備數(shù)量。信息收集結(jié)束以后，最小設(shè)備號(hào)的交換設(shè)備將其I號(hào)環(huán)端口仍置于阻塞狀態(tài)，其2號(hào)環(huán)端口和其它設(shè)備的環(huán)端口全部進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。
[0042]初始路徑形成以后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。為了兼顧網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，在本發(fā)明中定義了一個(gè)保持時(shí)間(HoldTime)，為動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的最小間隔時(shí)間。在此時(shí)間到達(dá)以后，各個(gè)交換設(shè)備從其I號(hào)環(huán)端口發(fā)送信息收集報(bào)文，此時(shí)收集的信息應(yīng)包括設(shè)備號(hào)、設(shè)備數(shù)量和設(shè)備流量。設(shè)備流量為各個(gè)交換設(shè)備上除環(huán)端口以外其它端口流量的總和。當(dāng)交換機(jī)收到其它設(shè)備發(fā)送的InfoGet報(bào)文時(shí)，應(yīng)該將本設(shè)備的信息添加進(jìn)去。如果發(fā)現(xiàn)交換設(shè)備無(wú)法收集設(shè)備信息時(shí)，則表明網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了故障，應(yīng)該進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，使網(wǎng)絡(luò)正常業(yè)務(wù)不受影響。
[0043]如圖2所示，在網(wǎng)絡(luò)正常情況下，每個(gè)設(shè)備都會(huì)在信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間之前從2號(hào)環(huán)端口收到由I號(hào)環(huán)端口發(fā)出的信息收集報(bào)文。當(dāng)設(shè)備信息收集完畢以后，各個(gè)交換設(shè)備會(huì)分析收到的信息收集報(bào)文，找出流量最大的交換設(shè)備，稱(chēng)為MidSwitch，由該設(shè)備進(jìn)行路徑重組的決策，當(dāng)決定進(jìn)行路徑重組時(shí)發(fā)出路徑重組通知(ReRoute)，使得距離它最遠(yuǎn)的設(shè)備自行阻塞環(huán)端口同時(shí)使得原來(lái)處于阻塞狀態(tài)的環(huán)端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，從而保證路徑的順利切換。其實(shí)每個(gè)設(shè)備的分析結(jié)果是一致的。然后MidSwitch會(huì)從兩個(gè)環(huán)端口發(fā)送路徑重組通知報(bào)文，告知每一個(gè)設(shè)備在特定重組時(shí)間(ReRouteTime)后清空MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表，距離MidSwitch最遠(yuǎn)的設(shè)備(稱(chēng)為EndSwitch)阻塞其I號(hào)環(huán)端口，同時(shí)原EndSwitch的I號(hào)環(huán)端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。當(dāng)MidSwitch不發(fā)生變化時(shí)，路徑重組不進(jìn)行。在此處還可以設(shè)置一個(gè)流量的閥值，在最高流量低于該值時(shí)不啟動(dòng)路徑規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)性能不會(huì)受到太大的影響，也體現(xiàn)更好的靈活性。
[0044]如圖3所示，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了故障，那么各交換設(shè)備無(wú)法收到完整的信息收集報(bào)文。如果只有單點(diǎn)故障，網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行恢復(fù)，多點(diǎn)故障不在本發(fā)明實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)。當(dāng)InfoGet報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，原有的EndSwitch迅速打開(kāi)其I號(hào)環(huán)端口便可以使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常。在此時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有收到過(guò)信息收集報(bào)文的環(huán)端口則被認(rèn)為是故障的鄰接端口，應(yīng)將此環(huán)端口轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，防止故障恢復(fù)以后帶來(lái)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。
[0045]如圖4所示，一種支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其硬件包括:保護(hù)模塊4、隔離模塊1、電源模塊、交換處理功能模塊2、CPU控制管理模塊3，其中，保護(hù)模塊4用于對(duì)抗各種惡劣電磁環(huán)境，提供保護(hù)；隔離模塊I用于提供信號(hào)的隔離；電源模塊用于電壓的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓；交換處理功能模塊3用于處理正常以太網(wǎng)報(bào)文的交換；CPU控制管理模塊2用于處理動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃算法以及實(shí)現(xiàn)對(duì)交換處理功能模塊的管理。所述交換機(jī)可通過(guò)環(huán)端口在物理上連接成環(huán)，但在邏輯上保持一段鏈狀的通信路徑。所述環(huán)端口可設(shè)置為阻塞狀態(tài)或轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。所述隔離模塊為變壓器隔離。所述交換處理功能模塊包括MAC層和以太網(wǎng)物理層。所述電源模塊提供24v直流電源到5v，3.3v, 2.5v和/或1.8v電壓的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓。
[0046]如圖5所示，支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的軟件主要工作流程是在每個(gè)通信的宏周期支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)除了發(fā)送鏈路檢測(cè)報(bào)文夕卜，還會(huì)發(fā)送設(shè)備聲明報(bào)文，設(shè)備聲明報(bào)文中包含了交換機(jī)中的數(shù)據(jù)交換信息，用于給動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃提供信息來(lái)源
[0047]具體說(shuō)，本發(fā)明實(shí)施例提供的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法中，對(duì)動(dòng)態(tài)路徑進(jìn)行規(guī)劃的過(guò)程如下:
[0048]1、設(shè)備初始化配置，除了交換機(jī)的常規(guī)配置以外，還包括信息收集報(bào)文發(fā)送間隔時(shí)間、信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間、同步時(shí)鐘類(lèi)型、交換設(shè)備順序號(hào)、使能端口流量統(tǒng)計(jì)；
[0049]2、交換設(shè)備初始化配置完成后，所有設(shè)備應(yīng)依據(jù)精確時(shí)鐘同步協(xié)議(PTP)進(jìn)行時(shí)鐘同步，接著進(jìn)行初始化路徑的生成，初始化路徑的規(guī)劃只根據(jù)收集到的交換設(shè)備的設(shè)備序列號(hào)進(jìn)行，最小序列號(hào)的設(shè)備將其I號(hào)環(huán)端口配置為阻塞狀態(tài)，其它所有環(huán)端口全部配置為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)；
[0050]3、初始路徑形成以后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)即進(jìn)入正常的通信狀態(tài)。環(huán)網(wǎng)中的所有交換設(shè)備會(huì)在信息收集報(bào)文發(fā)送間隔時(shí)間(也即本發(fā)明中定義的保持時(shí)間HoldTime)發(fā)送信息收集報(bào)文，所有的信息收集報(bào)文均從I號(hào)環(huán)端口發(fā)出，此時(shí)主要用于收集各交換設(shè)備的流量信息，此流量信息定義為交換設(shè)備上除環(huán)端口以外所有端口的流量之和，信息收集報(bào)文同時(shí)也用于發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變化，如交換設(shè)備的添加、刪除和故障等。交換設(shè)備收到其它設(shè)備發(fā)出的信息收集報(bào)文時(shí)，應(yīng)如實(shí)地添加自身的信息到此報(bào)文中并繼續(xù)傳遞；
[0051]4、網(wǎng)絡(luò)正常情況下，每個(gè)設(shè)備都會(huì)在信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間之前從2號(hào)環(huán)端口收到由I號(hào)環(huán)端口發(fā)出的信息收集報(bào)文。各個(gè)交換設(shè)備會(huì)分析收到的信息收集報(bào)文，找出流量最大的交換設(shè)備，稱(chēng)為MidSwitch，其實(shí)每個(gè)設(shè)備的分析結(jié)果是一致的。然后MidSwitch會(huì)從兩個(gè)環(huán)端口發(fā)送路徑重組通知報(bào)文，告知每一個(gè)設(shè)備在特定重組時(shí)間(ReRouteTime)后清空MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表,距離MidSwitch最遠(yuǎn)的設(shè)備(稱(chēng)為EndSwitch)阻塞其I號(hào)環(huán)端口，同時(shí)原EndSwitch的I號(hào)環(huán)端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。當(dāng)MidSwitch沒(méi)有發(fā)生變化時(shí)，路徑重組不進(jìn)行。在此處還可以設(shè)置一個(gè)流量的閥值，在最高流量低于該值時(shí)不啟動(dòng)路徑規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)性能不會(huì)受到太大的影響，也體現(xiàn)更好的靈活性；
[0052]5、如果各交換設(shè)備無(wú)法收到完整的信息收集報(bào)文，則表明網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了故障。如果只有單點(diǎn)故障，網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行恢復(fù)。當(dāng)信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，原有的EndSwitch迅速打開(kāi)I號(hào)環(huán)端口便可以使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，進(jìn)入固定路徑階段，在網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)之前不會(huì)再進(jìn)行動(dòng)態(tài)的路徑規(guī)劃。在此時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有收到過(guò)信息收集報(bào)文的環(huán)端口則被認(rèn)為是故障的鄰接端口，應(yīng)將此環(huán)端口轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，防止故障恢復(fù)以后帶來(lái)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。
[0053]在上述過(guò)程中，所述信息收集報(bào)文在不同階段所收集的信息類(lèi)型，包括設(shè)備序列號(hào)和設(shè)備流量信息；初始路徑規(guī)劃的主要依據(jù)是設(shè)備序列號(hào)，動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的依據(jù)為設(shè)備流量信息；具體路徑規(guī)劃的原則為初始路徑規(guī)劃將最小設(shè)備置為EndSwitch,動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃將最大流量設(shè)備置為MidSwitch。
[0054]在上述過(guò)程中，根據(jù)最大流量是否超過(guò)設(shè)定閥值決定是否進(jìn)行新一輪的路徑重組；也可根據(jù)信息接收?qǐng)?bào)文是否超時(shí)判定網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)故障，故障的情況下進(jìn)行路徑恢復(fù)并采用固定路徑。
[0055]本發(fā)明工作原理如下:
[0056]在環(huán)網(wǎng)中以太網(wǎng)交換設(shè)備經(jīng)過(guò)初始化配置并基于IEEE1588協(xié)議實(shí)現(xiàn)精確時(shí)間同步后，即進(jìn)入初始路徑規(guī)劃狀態(tài)。初始路徑形成以后，網(wǎng)絡(luò)即可進(jìn)入正常的運(yùn)行。然后各個(gè)交換設(shè)備按照信息收集報(bào)文發(fā)送時(shí)間間隔在各自的一個(gè)環(huán)端口發(fā)送信息收集報(bào)文，從另一環(huán)端口回收，用于收集環(huán)網(wǎng)中所有交換設(shè)備的信息。各個(gè)交換設(shè)備都應(yīng)向信息收集報(bào)文注冊(cè)自己的信息。當(dāng)交換設(shè)備在信息收集接收超時(shí)時(shí)間內(nèi)未收到信息收集報(bào)文時(shí)，判定出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，在故障解除之前一直采用固定路徑。如果交換設(shè)備接收信息收集報(bào)文完畢，則對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行分析，選擇更為合理的路徑，隨后清空FDB表，重新進(jìn)行路徑生成。
[0057]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法，其特征在于，在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)是對(duì)等的、無(wú)差別的，交換機(jī)通過(guò)I號(hào)環(huán)端口和2號(hào)環(huán)端口在物理上連接成環(huán)，但在邏輯上始終保持一段鏈狀的通信路徑，所述路徑可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)重組，對(duì)所述途徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃的過(guò)程如下: 步驟1:交換機(jī)初始化配置，其中，除了對(duì)交換機(jī)進(jìn)行常規(guī)配置外，還需要對(duì)信息收集報(bào)文發(fā)送間隔時(shí)間、信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間、同步時(shí)鐘類(lèi)型、交換機(jī)序列號(hào)、使能端口流量統(tǒng)計(jì)進(jìn)行配置； 步驟2:交換機(jī)初始化配置完成后，所有交換機(jī)依據(jù)精確時(shí)鐘同步協(xié)議PTP進(jìn)行時(shí)鐘同I K 少； 步驟3:在第一次同步以后，各交換機(jī)從I號(hào)環(huán)端口向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息收集報(bào)文，此次收集的信息為交換機(jī)序列號(hào)及數(shù)量； 步驟4:信息收集結(jié)束后，初始化路徑的生成只根據(jù)收集到的交換機(jī)的序列號(hào)進(jìn)行，最小序列號(hào)的交換機(jī)將其I號(hào)環(huán)端口配置為阻塞狀態(tài)，最小序列號(hào)的交換機(jī)的2號(hào)環(huán)端口及其他所有交換機(jī)的環(huán)端口全部配置為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)； 步驟5:初始化路徑形成以后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入正常的通信狀態(tài)；定義動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的最小間隔時(shí)間為保持時(shí)間； 步驟6:保持時(shí)間達(dá)到以后，各交換機(jī)分別從各交換機(jī)的I號(hào)環(huán)端口發(fā)送信息收集報(bào)文；此時(shí)收集的信息包括交換機(jī)的序列號(hào)、數(shù)量及流量信息，其中所述流量信息定義為各交換機(jī)上除I號(hào)環(huán)端口和2號(hào)環(huán)端口以外其他所有端口的流量之和； 步驟7:信息收集報(bào)文同時(shí)也用于發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變化，包括交換機(jī)的添加、刪除和故障；交換機(jī)收到其它交換機(jī)發(fā)出的信息收集報(bào)文時(shí)，添加自身的信息到此報(bào)文中并繼續(xù)傳遞; 步驟8:根據(jù)信息收集報(bào)文判斷網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)故障； 網(wǎng)絡(luò)正常情況下，每個(gè)交換機(jī)都會(huì)在信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間之前從2號(hào)環(huán)端口收到由I號(hào)環(huán)端口發(fā)出的信息收集報(bào)文； 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，各交換機(jī)無(wú)法收到完整的信息收集報(bào)文； 步驟9:根據(jù)步驟8的判斷結(jié)果進(jìn)行路徑動(dòng)態(tài)重組或不進(jìn)行路徑動(dòng)態(tài)重組；其中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)正常時(shí)，各個(gè)交換機(jī)收到信息收集報(bào)文后進(jìn)行分析，找出流量最大的交換機(jī)MidSwitch,然后MidSwitch從兩個(gè)環(huán)端口發(fā)送路徑重組通知報(bào)文，告知每一個(gè)交換機(jī)在特定重組時(shí)間ReRouteTime后清空MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表,距離MidSwitch最遠(yuǎn)的交換機(jī)EndSwitch阻塞其I號(hào)環(huán)端口，同時(shí)原有的EndSwitch的I號(hào)環(huán)端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)；當(dāng)MidSwitch不發(fā)生變化時(shí),不進(jìn)行路徑重組； 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障且只有單點(diǎn)故障時(shí)，當(dāng)信息收集報(bào)文接收超時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，原有的EndSwitch迅速打開(kāi)其I號(hào)環(huán)端口便可以使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，進(jìn)入固定路徑階段，在網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)之前不會(huì)再進(jìn)行動(dòng)態(tài)的路徑規(guī)劃；在此時(shí)間內(nèi)，未收到信息收集報(bào)文的環(huán)端口則被認(rèn)為是故障的鄰接端口，將此環(huán)端口轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，防止故障恢復(fù)以后帶來(lái)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法，其特征在于，初始化路徑的主要依據(jù)是交換機(jī)序列號(hào)，動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的依據(jù)為交換機(jī)流量信息；具體路徑規(guī)劃的原則為初始化路徑時(shí)將最小流量設(shè)備置為EndSwitch，動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃時(shí)將最大流量設(shè)備置為 MidSwitch0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法，其特征在于，設(shè)置流量閥值，在步驟9中，根據(jù)最大流量是否超過(guò)設(shè)定閥值決定是否進(jìn)行新一輪的路徑重組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法，其特征在于，在步驟9中，根據(jù)信息接收?qǐng)?bào)文是否超時(shí)判定網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)故障，故障的情況下進(jìn)行路徑恢復(fù)并采用固定路徑。
5.一種用于權(quán)利要求1-4任一方法中的支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于，包括:保護(hù)模塊、隔離模塊、電源模塊、交換處理功能模塊、CPU控制管理模塊，其中， 保護(hù)模塊用于對(duì)抗各種惡劣電磁環(huán)境，提供保護(hù)； 隔離模塊用于提供信號(hào)的隔離； 電源模塊用于電壓的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓； 交換處理功能模塊用于處理正常以太網(wǎng)報(bào)文的交換； CPU控制管理模塊用于處理動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃算法以及實(shí)現(xiàn)對(duì)交換處理功能模塊的管理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于，所述交換機(jī)可通過(guò)環(huán)端口在物理上連接成環(huán)，但在邏輯上保持一段鏈狀的通信路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于，所述環(huán)端口可設(shè)置為阻塞狀態(tài)或轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于，所述隔離模塊為變壓器隔離。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于，所述交換處理功能模塊包括MAC層和以太網(wǎng)物理層。
10.根據(jù)權(quán)利要求 5所述的支持環(huán)網(wǎng)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其特征在于，所述電源模塊提供24v直流電源到5v，3.3v, 2.5v和/或1.8v電壓的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓。
【文檔編號(hào)】H04L12/701GK103595626SQ201310482638
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】張慶軍, 胡立生, 倪瑩, 高峰, 孫永濱, 谷鵬飛, 張建波, 張國(guó)慶 申請(qǐng)人:蘇州拓康自動(dòng)化技術(shù)有限公司