[发明专利]热备冗余网络系统及其冗余实现方法

说明书

技术领域：

本发明涉及以太网通信技术领域，尤其涉及一种可适用于实时以太网的热备冗余网络系统及其冗余实现方法。

背景技术：

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。随着以太网技术的发展，以太网通信在工业领域的应用也越来越广泛，工业生产的稳定运行和效益提高对于实时以太网的可用性提出了越来越高的要求，因此实时以太网的高可用性也越来越受到重视。

针对实时以太网的高可用性要求，目前普遍采用的是单环网络的接口冗余机制和双环网络的节点冗余机制。但在单环网络中只能允许其一端线缆发生故障，当再有额外的故障发生时，则整个网络即发生网络通信故障。而双环网络能够允许一个环网发生多处故障，但当两个环网同时发生故障时(如两个环路同时发生两处链路故障)，则就会造成整个冗余网络的通信故障。无论是单环冗余还是双环冗余，随着系统节点数目的增大，网络的故障率都会急剧增加，因此现有技术中，采用上述通信机制的实时以太网的冗余度和可靠性都较低，难以较好的满足工业领域应用的要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可适用于实时以太网的热备冗余网络系统及其冗余实现方法，以降低实时以太网的故障率，提高其冗余度和可用性。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种热备冗余网络系统，包括：

不少于两个的网络节点以及与每个网络节点唯一对应的冗余节点；

每个网络节点和每个冗余节点均包括四个网络接口和一个交换接口，且四个网络接口均具有相同的物理地址和逻辑地址，其中第一网络接口和第二网络接口形成第一冗余接口对，第三网络接口和第四网络接口形成第二冗余接口对；

每个网络节点和其对应的冗余节点之间通过所述交换接口连接，组成一个冗余节点对，且每个冗余节点对中冗余节点的物理地址和逻辑地址，均与该冗余节点对中网络节点的物理地址和逻辑地址相同；

每一个冗余节点对中，网络节点的第一网络接口连接到其相邻一侧的冗余节点对中网络节点的第三网络接口，第二网络接口连接到上述相邻一侧的冗余节点对中冗余节点的第三网络接口；冗余节点的第一网络接口连接到上述相邻一侧的冗余节点对中网络节点的第四网络接口，第二网络接口连接到上述相邻一侧的冗余节点对中冗余节点的第四网络接口；

多个冗余节点对按照上述方式依次相连接，构成线形网格状结构。

优选的，所述热备冗余网络系统中，最后一个冗余节点对中网络节点的第一网络接口连接到第一个冗余节点对中网络节点的第三网络接口，第二网络接口连接到第一个冗余节点对中冗余节点的第三网络接口；

最后一个冗余节点对中冗余节点的第一网络接口连接到第一个冗余节点对中网络节点的第四网络接口，第二网络接口连接到第一个冗余节点对中冗余节点的第四网络接口；

冗余节点对之间对按照上述方式相连接，形成环形网状结构。

优选的，相邻的两个冗余节点对之间，连接各个网络接口的四条线缆的长度在加工精度内相同。

优选的，每一个冗余节点对中有且仅有一个节点处于工作状态，另一个节点处于备用状态；

处于工作状态节点的两对冗余接口对用于发送报文、接收报文和转发报文；

处于备用状态节点的两对冗余接口对用于接收报文；

处于工作状态或备用状态的节点用于处理报文，其交互接口用于接收报文和发送报文。

本发明还提供了一种冗余实现方法，应用于上述热备冗余网络系统中，包括：

互为冗余节点对的网络节点及其冗余节点在上电时，竞争成为工作节点，其中一个节点成为处于工作状态的工作节点，另一个节点成为处于备用状态的备用节点；

工作节点通过其四个网络接口向相邻的冗余节点对发送冗余的报文；

工作节点的一对冗余接口对中的一个网络接口接收到报文之后，判断该报文是否需要转发，如果是，则通过该节点的另一对冗余接口对转发该报文；

备用节点在接收到报文时，不转发该报文。

优选的，所述冗余实现方法还包括：

工作节点与备用节点通过交互接口监听相互的故障状态，当工作节点的故障等级大于备用节点的故障等级时，触发状态切换，原工作节点切换为备用状态，同时原备用节点切换为工作状态。

优选的，备用节点通过交互接口周期性的发送故障等级声明报文给工作节点；

工作节点解析所述故障等级声明报文，并与自身的故障等级进行比较，若自身的故障等级高，则通过交互接口向备用节点发送状态切换命令报文；