專利名稱：具有冗余特性的局域網,尤其是以太網以及冗余管理器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的具有冗余特性的局域網，尤其是以太網以及一種如權利要求5前序部分所述的冗余管理器。
以太網及其特性例如由DE 19513316A1，DE 19513315A1，EP688121A1，US 5469503A，WO 9515641 A1或US 4800559A可知。迄今為止在自動化解法框架內的冗余通信通常通過雙倍構造完整的由用戶和網絡亞結構組成的自動化解法(雙總線系統)來實現。
由EP 0403763 B1公知一種線性以太網，其中，網絡的兩個線路端子連接在一個冗余管理器上，該冗余管理器在無故障情形下將兩個線路端子相互分離并在故障情形下將它們相互連接。該冗余管理器對是否在兩個線路端子上會同時在一預定的時間段內出現一傳輸數據信號進行檢測，并檢測該線性網絡是否因此無故障地工作。但這一檢測準則只能用在這樣一個線性網絡中，即，它能保證所傳輸的數據電報在無故障情形下實際上也可出現在兩個線路端子上。這一條件例如在一個構造成具有第一層部件(layer-1-component)的線性網絡中可滿足，該線性網絡的部件僅僅用于再生(恢復)或增強電報，而不會分析地址(地址運算)以及導引電報。在一個具有第二層部件(layer-2-components)的網絡(例如橋)中，則分析電報的目標地址和源地址并根據它們的地址將這些電報繼續傳遞給相連的部段(segment)，亦即導引電報。與前述不同的是，所傳輸的一個數據信號即便在無故障的情形下也不會強制性地同時出現在兩個線路端子上。這一檢測準則因此并非總是能用在一個具有第二層部件的線性網絡中。
由EP 0052390 A1可知一種具有冗余傳輸線的網絡，其中，傳輸用戶中的一個以一固定的時間節拍向其它用戶發送一檢測數據包形式的測試報告，這些測試報告借助一接收電路得到分析。一個串接在后的分析邏輯電路對于無故障的檢測數據包產生一個用于從另一個總線接收數據的轉接信號，以及一個顯示有故障總線的報警信號。
通過采用標準化的生成樹協議(Spanning Tree Protokolls)IEEE 802．ID，第二層部件(橋／開關)提供了一種介質冗余的可能性。由于這一協議可處置任意多分支的網絡結構，因而該協議比較復雜。通過采用生成樹協議中的標準參數，在網絡中的故障出現或被排除后，視網絡結構的復雜性和第二層部件的數量，網絡在大約經過30至60秒之后又重新過渡到穩定狀態。雖然通過優化各參數可縮短這一時間，但最短的反應時間也絕不會低于5秒。這一時間段在自動化解法的范圍內不能被接受，因為在這一段時間內在自動化系統之間不會發生有成效的通信。所連接的用戶會降低邏輯連接，程序似乎在不協調地運行甚或似乎必須實行應急停止(關閉)。
本發明的目的在于在一個局域網，尤其是在一個以太網中實現快速的介質冗余并提供一種適用于此的冗余管理器。快速的介質冗余意味著，網絡在故障出現或排除后的亞秒級時間段內重新構型成一個有正常功能的結構。這對于自動化解法是一個臨界(關鍵性)時間段。
為達到這一目的，本文前言所述類型局域網具有權利要求1特征部分的特征，本文前言所述類型冗余管理器具有權利要求5特征部分的特征。在所有的從屬權利要求中則記載了有利的改進方案。
作為網絡拓樸選擇一條由第二層部件組成的線。網絡的兩個線路端子連接在一個冗余管理器上。該冗余管理器可設計成具有專門用于控制網絡結構的運行軟件的第二層部件，在無故障情形下它將兩個線路端子相互分斷開，在故障情形下，例如在線路中斷或在其中一個第二層部件失效時，則將兩個線路端子相互連接起來。由此重新形成一條能正常工作的線。為了快速而可靠地識別網絡中的故障或排除它們，可采用以下兩種機理。這兩種機理可有利地組合起來使用。
故障識別機理1網絡中的每一個第二層部件不但能識別一條數據線或一個相鄰第二層部件的失效，而且能識別用按IEEE 802-3標準化的機理對故障的排除。在識別出故障后，第二層部件將一個專門的電報“故障出現”發送給冗余管理器，將所識別出的故障通知給它。在排除故障后，該第二層部件向冗余管理器發出一個專門的電報“故障已排除”，將網絡結構的變化通知給它。
故障識別機理2冗余管理器以預定的時間間隔T1將測試電報發送到兩個線路端子中，基于測試電報被另一個線路端子接收到，該冗余管理器發出一個分開兩個線路端子的指令。基于測試電報在一預定時間間隔T2=n·T1內沒有被另一個線路端子接收到，亦即測試電報在線路中損失了，該冗余管理器識別出網絡中出現一故障。通過適當選擇參數T1和T2，在一明顯低于1秒的時間間隔中可識別出故障。
冗余管理器在連接線路端子之后，亦即在出現故障之后，或者在分開線路端子之后，亦即在排除故障之后，將一專門的電報“網絡拓樸變化”發送給剩下的第二層部件，以便通知它們網絡拓樸的變化。在接收到該電報后，第二層部件清除掉在它們的地址表格中的動態登錄。這些地址表格例如可根據IEEE 802．ID對地址表格／數據庫的定義來構造。如此可確保所有的電報在網絡重新構型后能立即重新到達用戶那兒。
上述機理保證在出現故障或將其清除之后，能迅速地在一顯著低于1秒的時間段內使網絡重新構型成一個能起作用的結構。
下面借助一簡化實施例對本發明予以詳細說明。圖中所示一環狀以太網1采用商業部件，例如具有纖維2、3的玻璃纖維纜線，以用于發送或接收電報。以太網也可選擇用電部件，例如帶有兩對導線的雙絞式電纜來構成。多個轉接組件4按預定的間距(例如幾公里)相連，它們設計成第二層部件并通過連接線5通往其它未示出的用戶。這些用戶例如可以是自動化系統，操作和觀察站，服務器，打印機，其它網等等。兩個線路端子7和8與一個冗余管理器6相連接，該冗余管理器監控網絡并在必要時使之重新構型。它象一個智能開關9那樣工作。在無故障的情形下，它象一斷開的開關9那樣將兩個線路端子7、8相互分斷開。在故障情形下，它又將兩個線路端子7和8相互連接起來，也就是說，它將所有在一個線路端子7上接收的消息繼續傳遞給另一線路端子8或與之相反。此時它相應于一個處于接通狀態的開關9。為了控制開關(轉接)過程，冗余管理器6在一短的時間間隔內將測試電報饋入兩個線路端子7、8，并在另一相對的線路端子8或7上接收這一測試電板。若它在一時間間隔T2內至少接收到一份測試電報，則將網絡結構識別為無故障。此時該冗余管理器6將被重新斷開(除非它本身已經是斷開的)。若在一預定時間間隔T2內在兩個與冗余管理器相連的線路端子上沒有接收到一份測試電報或者當冗余管理器6接收到一份專門的通知電報“第二層部件4出現故障”，該冗余管理器6就識別出網絡中出現一故障并將事先已斷開的兩個線路端子7和8又連接起來，相當于接通開關9。由此又重新建立起一條功能正常的線路并保證通信。由于網絡的重新構型在最短的時間內，亦即在少于1秒的時間內實現，還可以確保所連接的用戶不會降低邏輯通信連接，使得通信能不受干擾地繼續進行，一個用網絡實現的自動化解法也能不受影響。
若冗余管理器6在開關9接通時在兩個線路端子7、8的一個上接收到一份測試電報，或接收到一份通知電報“故障已排除”，則它就將開關9斷開并將一份電報“網絡拓樸已改變”發送給所有的第二層部件4。由此又重新建立起一個功能正常的線性結構。
上述技術解決方案的優點在于所采用的環形結構與雙總線結構相比較節約了成本，同時又保持了快速的介質冗余。此外上述環形結構還允許用戶僅僅與一個通信組件連接，這在雙總線系統中是不可能的。環形結構不僅在網絡構造成本上有優勢，而且還簡化了所采用部件的軟硬件。通過快速的介質冗余因而也可以較低的費用按有利的方式使局域網具有高的可供使用性。
權利要求
1．一種局域網，尤其是以太網，其具有冗余特性，其中網絡(1)拓樸為線狀，網絡(1)的兩個線路端子(7，8)與一個冗余管理器(6)相連，該冗余管理器被設計成在無故障情形下將兩個線路端子(7，8)相互分斷開，而在故障情形下將兩個線路端子(7、8)相互連接，其特征在于，冗余管理器(6)在預定的時間間隔內將測試電報輸入兩個線路端子(7、8)，并基于在一預定的時間間隔內在其中另一個線路端子(8，7)上接收到測試電報而發出一項要求斷開或連接所述兩個線路端子(7，8)的指令。
2．如權利要求1所述的局域網，其特征在于，在網絡中采用第二層部件(4，6)。
3．如權利要求1或2所述的局域網，其特征在于，至少一個第二層部件(4)自動識別網絡中的故障并將一份通知發生故障的電報發送給冗余管理器(6)，該第二層部件(4)在故障消除后將一份通知故障已消除和網絡拓樸已改變的電報發送給冗余管理器(6)。
4．如上述任一項權利要求所述的局域網，其特征在于，所述冗余管理器(6)在識別或排除一故障后發送一份通知網絡拓樸已改變的電報。
5．一種用于如權利要求1所述的局域網，尤其是以太網的冗余管理器，它被設計成在無故障情形下將兩個線路端子(7，8)相互分斷開，而在故障情形下將兩個線路端子(7、8)相互連接，其特征在于，該冗余管理器(6)在預定的時間間隔內將測試電報輸入兩個線路端子(7、8)，并基于在一預定的時間間隔內在其中另一個線路端子(8，7)上接收到測試電報而發出一項要求斷開或連接所述兩個線路端子(7，8)的指令。
全文摘要
本發明涉及一種具有冗余特性的局域網,以及一種冗余管理器。該冗余管理器(6)連接在網絡(1)的線路端子上,用于通過測試電報來檢測網絡的狀態。在網絡中斷時該冗余管理器(6)將線路端子(7,8)連接,從而確保網絡在毫秒級時間段內能恢復繼續運行。
文檔編號H04L1/00GK1292193SQ99803487
公開日2001年4月18日 申請日期1999年2月22日 優先權日1998年3月11日
發明者卡爾·格拉斯, 喬基姆·洛邁耶, 羅爾夫·魯申, 伯恩哈德·施密德 申請人:西門子公司, 理查德·赫希曼兩合公司