[发明专利]基于EPA网桥的链路冗余控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术，具体是一种EPA(基于以太网的工业自动化) 网络的链路冗余控制方法。

背景技术

EPA实时以太网，是一种全新的适用于工业现场设备的开放性实时以太 网标准，将大量成熟的IT技术应用于工业控制系统。EPA系统是一种分布式 系统，它利用ISO/IEC8802-3、IEEE802.11、IEEE802.15等协议将分布在现场 的若干个设备、微网段以及控制/监视设备连接起来，使所有设备一起运作， 协同完成工业生产过程和操作中的测量和控制。

EPA网络应用于工业现场，可靠性要求非常苛刻。EPA网桥是EPA产品 链中的重要设备，它把两个或多个微网段互连起来，既要求实现微网段内设 备的通信数据有效隔离，又必须确保微网段内设备同外网段设备数据通信的 快速性和准确性。因此EPA网桥链路的可靠性对于EPA网络高效、可靠运行 非常关键。链路冗余技术对于提高和改善工业以太网链路的可靠性具有很好 的应用价值。现有的以太网链路冗余技术主要在交换机上实现，通过在各交 换节点之间构建多条物理链路来提供冗余通信路径，(如“双以太网冗余通信 系统的设计及应用”刘丽军等，工业控制计算机2005年18卷7期，通过建 立在TCP/IP(传输控制协议/网际协议)协议基础上的Socket(套接字)来 建立客户端和服务器端的连接，客户端和服务器如果检测到通信故障将自动 启用备用链路)，从而提高网络的容错能力和提高网络通信的可靠性。然而交 换机与EPA网桥功能定义不同，交换机实现链路冗余的控制方法无法实现微 网段设备通信数据的有效隔离；同时，目前针对EPA网络的链路冗余控制方 法还没有出现较好的解决方案。为此，设计一种基于EPA网桥的链路冗余控 制方法以提高EPA网络的可靠性。

发明内容

本发明针对EPA工业控制网络中链路的高可靠性要求，提出了一种适用 于工业控制网络，以EPA网桥为载体的链路冗余控制方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据EPA工业控制网络的特点并结合EPA协议标准，在EPA网桥中设置 EPA网络链路冗余处理模块，修改EPA网桥的报文转发功能，采用μC/OS-II (实时嵌入式)操作系统以任务管理机制对网桥所有功能进行统一管理。EPA 网桥进入数据通信状态后，一方面提取与其通信的设备的EPA通信标识符 (0x88CB)，判定通信设备的合法性和当前链路的状态，网桥解析模块接收网 络上其他所有网桥发送的配置桥协议数据单元BPDU报文，解析各个BPDU包 文中所携带的各个网桥唯一的ID号，将ID号最小的网桥确定为网络中的根网 桥，根网桥负责周期性向全网发送拓扑协议数据单元TPDU，即将网络拓扑结 构告知其他网桥。网络解析模块对网络路径进行分析判断，如果当前网桥收 到携带自己ID号的桥协议数据单元BPDU报文，说明网络中存在环路，将由根 网桥根据路径优先级确定修剪后的网络拓扑结构；而优先级判断模块根据时 间戳差确定网桥的优先级，选择最健壮的链路作为通信链路，其余为冗余备 份链路，端口状态模块将环路中连接冗余备份链路的网桥端口设置为阻塞状 态，将网络修剪为无环路的树状结构。另一方面通过STP(Spanning Tree Protocol)生成树算法周期性发送链路探测报文，识别通信链路的通信状态，当 发现当前通信链路出现故障时，由生成树算法(STP)自动启用备用链路，从 而实现EPA通信链路快速、高效、可靠运行。

链路冗余控制避免环路的出现，本发明所提出的控制方法通过在EPA网桥 实现STP(Spanning Tree Protocol)生成树算法来阻塞一些冗余链路端口，将具 有冗余链路功能的网络结构修剪成一个无环路的树形拓扑，避免了网络中出 现环路。当活动链路失效时，自动调整拓扑结构重新构造出一个树形拓扑， 由此达到链路备份的目的，EPA网络也因此具备了一定的网络容错能力。该网 桥采用生成树算法(STP)实现了微网段链路冗余控制功能，避免网段出现通信 环路，提高了通信链路的可靠性，使EPA网络设备实时、有序、可靠的进行报 文处理和转发，从而有助于构建具有高可靠性的大规模EPA控制网络。

附图说明

图1EPA现场设备或微网段拓扑结构图

图2EPA网桥软件组成结构示意图

图3EPA网桥链路冗余控制示意图