[发明专利]用于设备级环网的冗余网关系统

说明书

技术领域

本发明涉及适于工业控制的数据网络，具体地，涉及在生成树（ST）网络与设备级环（DLR）网络之间进行通信的网关。

背景技术

用于工业控制器之间的通信的网络不同于标准网络之处在于，它们必须起到在预定义的时间限制内在对设备进行控制的网络设备之间可靠地传送数据的作用。可以通过预留网络带宽和调度消息的通信协议提供有限响应时间。可以通过引入冗余网络部件来提供网络可靠性。

许多计算机网络通过在冗余部件之间进行切换来在网络设备发生故障的情况下提供网络的自动“修复”。这些协议会花费相对长的时间来重新连接网络（长达30秒），因此，这对于受控处理在该时间段期间通常不会是无向的同时不能产生严重后果的工业控制网络而言是不可接受的。

可以通过连接设备级环（DLR）中的网络设备来获得对工业控制环境中的网络故障的高速校正，在设备级环中，环形网络拓扑在任意两个设备之间提供冗余路径（在两个相反方向上沿着环）。通常，该环在监控器设备处对于所有标准数据是“打开”的，因此，在用于大多数数据消息的正常线性拓扑中进行操作。该监控器可以在不同端口沿着关于环的两个方向发出“信标”帧，在相对的端口处回收这些帧以表明环的完整性。如果环被除监控器以外的设备或介质故障中断，则监控器对环的在监控器处的端部进行重新联接以恢复连续的线性拓扑，现在，环被有故障的部件分离而不是被监控器分离。可以使用通知帧来将监控器从“分离”到“联接”的操作状态变化传送给其他节点，以使得这些节点能够对其用于将端口与目的地址相关联的MAC地址路由表进行重建。

这样的环系统的错误检测时间能够非常快，原理上是由信标的传输速率（每几个微秒）来限制的。该速率限定了在检测到错误并可以重新配置环以前的最大时间。

通常期望将DLR网络与其他网络（例如，与不要求DLR网络拓扑的益处的设备相关联的些网络等）相连。这样的网络可以允许更加灵活的设备互连，该设备互连通过检测并消除设备之间的连接中的可能的“环路”的“生成树协议”（STP）而更容易，否则，这样的“环路”可能使得消息通过网络以环的形式无限传递。如在本领域中所理解的，生成树协议对利用称为网桥（bridge）的基础设施建立的网络中的环路进行标识，并且向网桥提供指令以阻塞某些端口来消除这些网络环路。将这些指令作为“网桥协议数据单元”（BPDU）传送到网络中的各个网桥。

DLR的环路结构可以与尝试消除环路的生成树（ST）型网络兼容。当以确保每个给定的DLR网络仅具有单个网关的方式来在DLR网络与ST型网络之间提供网关时，可以适应该不兼容性。然而，对网关数量的该限制增加了单个网关故障会阻碍两个网络之间的通信的风险。

发明内容

本发明提供了一种通过确保每次仅有DLR网络中的多个网关之一可以处于活动状态的协议来允许DLR网络与ST网络之间的冗余网关的系统。一般，网关在活动状态或备用状态下进行操作，在活动状态下进行操作以允许DLR网络与ST网络通过网关来连接，而在备用状态下进行操作以很大程度地将在该网关的一侧的DLR通信（traffic）与在另一侧的ST通信分离。包含优先级值的广播“通告”消息可以用于在网关之间进行通信以将一个网关保持在活动状态（具有最高优先级）而将其他网关保持在备用状态。“通告”消息的丢失或明确的故障传输引起设备之间的切换。

具体地，在一种实施例中，本发明提供了一种用于将设备级环（DLR）网络连接至生成树（ST）网络的网关。该网关包括第一端口和第二端口，该第一端口和第二端口能够连接到DLR网络中的设备以与连接在DLR网络中的其他设备对DLR拓扑消息和通用消息进行通信，该DLR拓扑消息控制在DLR环断开的情况下对DLR的重新配置。该网关还包括至少一个第三端口，该至少一个第三端口能够连接至ST网络中的设备以与连接在ST网络中的其他设备对通用消息进行通信。网关中的控制器与第一端口、第二端口和第三端口进行通信以在包括有活动状态和备用状态的至少两种状态下进行操作，其中，该网关：（i）在活动状态或备用状态下，仅与DLR网络中的其他设备交换DLR拓扑消息；（ii）在活动状态或备用状态下，在ST网络中的设备之间交换通用消息；以及（iii）仅在活动状态下，在DLR网络中的设备与ST网络中的设备之间交换通用消息。

因此，本发明的至少一种实施例的特征在于，在不会引起这两种不同的网络类型中会发生的冲突（例如，生成树算法尝试中断DLR网络的环路）的情况下，提供DLR型网络与ST型网络之间的网关冗余。