[发明专利]一种时间敏感网络中确定性故障检测与定位方法及系统

说明书

本说明书公开一种时间敏感网络中确定性故障检测与定位方法及系统，该方法包括：获取时间敏感网络中的全局网络拓扑，根据所述全局网络拓扑确定最少流覆盖的探测流路径；根据所述探测流路径生成调度表，并将所述调度表发送至所述时间敏感网络中的每个交换机，以使得所述时间敏感网络中的交换机按照所述调度表中对应的时刻发送探测流；接收所述时间敏感网络中的交换机发送的探测流，并根据所接收到的探测流的到达状态，确定对应的探测流路径包含的链路是否出现故障以及故障链路的具体位置。采用说明书提供的方案，能够降低故障检测和定位的时间不确定性，达到实时检测网络故障、保障全网络拓扑时效性的目的。

技术领域

本说明书涉及工业控制中的时间敏感网络领域，具体而言，涉及一种时间敏感网络中确定性故障检测与定位方法及系统。

背景技术

随着工业网络技术的发展，确定性传输已成为工业控制中的关键技术之一。时间敏感网络(Time-Sensitive Network，TSN)作为提供可靠确定性传输的代表，正在被业界采纳、并将成为标准化的工业网络通信技术。时间敏感网络主要通过时间同步和实时数据调度来保证可靠的确定性传输，时间同步机制由802.1AS标准实现，实时数据调度由802.1Qbv标准实现。全局统一的时间和预先规划的调度表保证了在规定的时间内进行消息转发，确保了实时数据流端到端的确定性时延，使关键性任务和非关键性任务的传输时间能在同一个网络中收敛，达到了可靠确定性传输的目的。

为保证复杂工况下的可靠确定性传输，时间敏感网络必须提供实时、可靠的网络调度策略，网络调度的计算则依靠全局的网络拓扑。网络故障引发的网络拓扑变化可能导致调度策略不再适用。为了避免严重的丢包造成重大损失，必须实时的监控网络连接状态，实时发现故障连接并重新规划调度。

因此，故障检测时间的确定性是维持动态网络确定性传输的关键。现有网络中的故障检测方法均是将故障检测和定位分开，即检测到故障存在时启动程序进行迭代定位故障点。由于普通网络本身传输的不确定性，再加上迭代的次数不定，造成现有机制不能满足实时检测和定位故障。

发明内容

本说明书提供一种时间敏感网络中确定性故障检测与定位方法及系统，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

为了实现上述目的，本说明书实施例提供一种时间敏感网络中确定性故障检测与定位方法，适于在时间敏感网络中的控制器上执行，包括：获取时间敏感网络中的全局网络拓扑，根据所述全局网络拓扑确定最少流覆盖的探测流路径：将获取的所述全局网络拓扑进行点边转换构建新的拓扑结构，将新的拓扑结构作为最小流覆盖问题的模型，根据启发式算法求解最少流覆盖问题的模型求得最小代价树，将位于所述最小代价树的单儿子节点和叶子节点处的交换机作为初始发送探测流的交换机，将所述最小代价树中的初始发送探测流的交换机到控制器的路径作为对应的探测流路径；根据所述探测流路径生成调度表，并将所述调度表发送至所述时间敏感网络中的每个交换机，以使得所述时间敏感网络中的交换机按照所述调度表中对应的时刻发送探测流；接收所述时间敏感网络中的交换机发送的探测流，并根据所接收到的探测流的到达状态，确定对应的探测流路径包含的链路是否出现故障以及故障链路的具体位置：生成一个用二位数组表示的故障表，所述故障表的第j行第i列元素表示第j个初始发送探测流的交换机发送的探测流经过第i条链路的情况，将每条初始发送探测流的交换机发送的探测流流过的链路对应在故障表中的元素初始化为1，其表示每个探测流均能正常流过对应的探测流路径所包含的全部链路，i、j均为正整数，将每个探测流未经过的链路对应在故障表中的元素置为无效元素，记录所有初始发送探测流的交换机发送的不能正常到达控制器的探测流，并将该未正常到达控制器的探测流对应的探测流路径所包含的所有链路对应在故障表中的元素置为0，其表示该未正常到达控制器的探测流对应的探测流路径所包含的所有链路中包含了故障链路，若故障表的一行中只有一列元素为有效元素，其余为无效元素，则根据该有效元素判断对应的链路的故障情况，若故障表的一行中有多列元素为有效元素，其余为无效元素，并且其余行的相同列中也对应有有效元素，则根据故障表的一行中的多列有效元素以及其余行的相同列有效元素判断对应链路的故障情况。