CN101488897B - 网络发生快速冗余倒换时的零丢包技术实现方法 - Google Patents

网络发生快速冗余倒换时的零丢包技术实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络发生快速冗余倒换时的零丢包技术实现方法，旨在提供一种更先进的冗余倒换技术和在冗余倒换过程中零丢包的实现方法技术。其技术方案的要点是，采用定时发送检测报文，CPU根据中断信息，自动读取装置所有端口的状态，若环端口的状态发生反转，CPU立刻发送端口RPSC PDU数据报文给主站，实现网络在10ms内实现网络拓扑重构。上传GOOSE报文的节点对GOOSE报文进行存储和转发，当网络发生重构时，将存储的GOOSE报文进行重新转发，实现GOOSE报文的零丢包；接收GOOSE报文的节点根据报文特殊的组播地址和编号进行报文顺序识别和记录，确保接收节点接收到的GOOSE报文的顺序正确可靠。本发明用于数字化变电站通信。

Description

网络发生快速冗余倒换时的零丢包技术实现方法
技术领域
本发明涉及到工业信息化领域数字化变电站中工业以太网技术，更具体地说，涉及到GOOSE报文在网络重构时实现零丢包的技术。
背景技术
本发明涉及到两个技术内容，一个是快速冗余倒换技术，一个是零丢包的实现方法。
快速冗余的实现方法以往采用定时发送报文和事件触发的模式，使得环形网络技术的冗余倒换的覆盖时间小于50ms。
在数字化变电站的使用过程中，要求对GOOSE报文快速零丢包的传输，即使在网络发生冗余倒换的过程中，也希望GOOSE报文不发生丢失的现象。即使传输过程中产生几毫秒的时延，但要确保GOOSE报文不发生丢失。
到目前为止，GOOSE报文在冗余倒换过程中不丢包是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种更先进的冗余倒换技术和在冗余倒换过程中零丢包的实现方法技术。
本发明的技术方案是，采用定时发送检测报文，CPU根据中断信息，自动读取装置所有端口的状态，若环端口的状态发生反转，CPU立刻发送端口RPSC PDU数据报文给主站，实现网络在10ms内实现网络拓扑重构。
上传GOOSE报文的节点对GOOSE报文进行存储和转发，当网络发生重构时，将存储的GOOSE报文进行重新转发，实现GOOSE报文的零丢包；接收GOOSE报文的节点根据报文特殊的组播地址和编号进行报文顺序识别和记录，确保接收节点接收到的GOOSE报文的顺序正确可靠。
环形网络中的从、主节点采用CPLD每5ms产生一次中断信息，CPU在收到中断信息后对本节点的交换芯片的端口状态进行检查，若环端口状态发生翻转(LINK-UP变为LINK-DOWN或LINK-DOWN变为LINK-UP)，则发送RPSC PDU数据报文给主站，主站收到该信息后立即将原来处于Blocked状态的端口迁移到Forwarding状态，并发送TOP-C PDU报文，网络中所有节点收到TOP-C PDU报文后，刷新端口的FDB表，网络实现快速重构网络，重构的时间小于10ms。
环形网络中的上传GOOSE报文的节点，根据GOOSE报文的特殊报文类型88-B8，进行报文类型识别，同时记录GOOSE报文的顺序，并对该类型的报文进行存储和转发，当该节点收到RPSC PDU报文后，停止发送GOOSE报文，当该节点收到G-Number PDU报文后，从缓冲区中找到丢失的GOOSE报文的顺序号，将丢失的GOOSE报文重新发送一次。
其对该类型报文的存储数量不小于300个报文。
环形网络中的接收GOOSE报文的节点，不仅转发环端口的报文，同时记录该类报文发送序列号，当该节点的环端口状态发生反转时，首先发送RPSC PDU报文，接收到TOP-C PDU报文后立即发送G-Number PDU报文，告诉GOOSE报文上传节点，丢失报文的顺序号。
环形网络中的从节点在网络重构时，收到不是按照GOOSE报文顺序发送的报文，从站立即丢弃从环端口转发来的GOOSE报文。
上传GOOSE报文的节点，对GOOSE报文的顺序进行记录，并缓存在线发送的300个动态报文。
节点在发送缓存区的报文时，由用户业务端口上传的GOOSE报文，被放置在缓存空间中，等待发送。
本发明的有益效果是：保证了在网络倒换的时间小于10ms，网络传输的GOOSE报文在网络重构时不丢失，报文传输的顺序不产生错误。通过以上的实现方法确保数字化变电站通信的可靠性和数据的安全性。
附图说明
图1快速冗余协议的中断触发模式原理框图；
图2 GOOSE报文传输的网络拓扑图；
具体实施方式
本发明包含两部分内容，采用中断触发的方式，实现环形网络的快速倒换，其倒换实现时间小于10ms，采用报文缓存和报文记数的方式实现丢失报文重新传输和交换，并保证报文顺序的正确性和完整性，以上两点的结合实现网络对GOOSE报文的可靠性传输。本发明中产生几个关键数据报文类型：
G-Number PDU报文-节点发送的丢失GOOSE报文的顺序号通知报文
RT PDU报文：周期性由主站发送，从站转发，主站检测自己发送的RT PDU报文后认为环的状态是正常的。若主站在一定的时间段内没有检测到自己发送的RT PDU报文，认为网络发生中断，发出TOP-C PDU报文。
TOP-C PDU报文：由主站发送，主站在一定的时间段内没有接收到自己发出的RT PDU报文，或者收到从站上报的环端口状态反转的RPSC PDU报文后，发出网络拓扑改变的TOP-CPDU报文。从站收到TOP-C PDU报文后，立即刷新Ring-Port1、Ring-Port2的FDB表。
RPSC PDU报文：每个节点发出的环端口检测报文，当环端口的状态发生改变时，该节点立即发送RPSC PDU报文给主站。
本发明首先规定了两个节点状态：主站节点状态和从站节点状态。
1、主站节点属性：
该节点有两个环端口，Ring-Port1、Ring-Port2；
环正常状态闭合时，Ring-Port1状态处于Forwarding状态，Ring-Port2状态处于Blocked状态；
环不正常的开启的状态，Ring-Port1状态处于Forwarding状态，Ring-Port2状态处于Forwarding状态。
2、从站节点属性：
该节点有两个环端口，Ring-Port1、Ring-Port2；
环正常状态闭合时，Ring-Port1、Ring-Port2状态处于Forwarding状态；
环不正常的开启的状态，Ring-Port1状态处于Forwarding状态，Ring-Port2状态处于Blocked状态；或者，Ring-Port1状态处于Blocked状态，Ring-Port2状态处于Forwarding状态。
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1指示了本发明快速冗余协议的中断触发模式原理，首先采用硬件定时器实现定时中断触发，CPU根据中断触发，定时检测交换芯片的环端口的状态，当环端口的状态发生改变时，CPU发送RPSC PDU数据报文给网络中每个节点。实现网络快速切换，其倒换实现时间小于10ms。
采用本发明的实现方法，保证网络倒换时间与网络节点数量多少无关。
以下结合图2 GOOSE报文传输的网络拓扑图来对网络交换过程中零丢包(网络重构时零丢包)技术作进一步说明。
1、上传GOOSE报文节点(交换机1)的属性
当该协议接受到从业务端口上传的GOOSE报文(组播地址为01-0C-CD-01-XX-XX)时，该节点根据组播地址对报文类型进行识别，同时识别GOOSE报文的顺序。
该节点在识别到GOOSE报文后，立即将该类报文存储到缓冲区内，并将该类报文转发到处于Forwarding的端口上。
该节点对GOOSE报文的缓存300个报文。
当该节点收到RPSC PDU报文后，停止发送GOOSE报文。并且发送TOP-C PDU报文到网络中的各个节点；
当该节点收到G-Number PDU报文后，从缓冲区中找到丢失的GOOSE报文的顺序号，将丢失的GOOSE报文重新发送一次，发送到处于Forwading状态的环端口上。
节点在发送缓存区的报文时，由用户业务端口上传的GOOSE报文，被放置在缓存空间中，等待发送。
2、下传GOOSE报文节点(交换机3)的属性
当该协议在下传节点，从环端口上接收到GOOSE报文后，转发到相应的业务端口上。
同时记录传输到该节点上报文的顺序号。
当该节点的一个环端口发生中断时，首先发送RPSC PDU报文，接到主站发送的TOP-CPDU报文后，发送G-Number PDU报文。
并将链路中断的环端口从Forwarding状态迁移到Blocked状态。
当收到主站发送的TOP-C PDU报文后，刷新下传GOOSE报文节点的FDB表。
收到不是按照GOOSE报文顺序发送的报文，下传GOOSE报文节点立即丢弃从环端口转发来的GOOSE报文。
以上交换过程保证在网络重构时达到零丢包，增加了在数字化变电站的使用过程中的安全性和可靠性。
以上所述仅为本发明的过程及方法实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和实质之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种网络发生快速冗余倒换时的零丢包技术实现方法，其特征是，采用定时发送检测报文，环形网络中的从、主节点采用CPLD每5ms产生一次中断信息，CPU根据中断信息，自动读取装置所有端口的状态，若环端口的状态发生反转，CPU立刻发送端口RPSC PDU数据报文给主站，实现网络在10ms内实现网络拓扑重构，上传GOOSE报文的节点对GOOSE报文进行存储和转发，当网络发生重构时，将存储的GOOSE报文进行重新转发，实现GOOSE报文的零丢包；接收GOOSE报文的节点根据报文特殊的组播地址和编号进行报文顺序识别和记录，确保接收节点接收到的GOOSE报文的顺序正确可靠。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，环形网络中的从、主节点采用CPLD每5ms产生一次中断信息，CPU在收到中断信息后对本节点的交换芯片的端口状态进行检查，若环端口状态发生翻转，即LINK-UP变为LINK-DOWN或LINK-DOWN变为LINK-UP，则发送RPSC PDU数据报文给主站，主站收到该信息后立即将原来处于Blocked状态的端口迁移到Forwarding状态，并发送TOP-C PDU报文，网络中所有节点收到TOP-C PDU报文后，刷新端口的FDB表，网络实现快速重构网络，重构的时间小于10ms，环形网络中的上传GOOSE报文的节点，根据GOOSE报文的特殊报文类型88-B8，进行报文类型识别，同时记录GOOSE报文的顺序，并对该类型的报文进行存储和转发，当该节点收到RPSC PDU报文后，停止发送GOOSE报文，当该节点收到G-Number PDU报文后，从缓冲区中找到丢失的GOOSE报文的顺序号，将丢失的GOOSE报文重新发送一次。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，环形网络中的接收GOOSE报文的节点，不仅转发环端口的报文，同时记录该类报文发送序列号，当该节点的环端口状态发生反转时，首先发送RPSC PDU报文，接收到TOP-C PDU报文后立即发送G-Number PDU报文，告诉GOOSE报文上传节点，丢失报文的顺序号；其对该类型报文的存储数量不小于300个报文。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，环形网络中的从节点在网络重构时，收到不是按照GOOSE报文顺序发送的报文，从站立即丢弃从环端口转发来的GOOSE报文。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，上传GOOSE报文的节点，对GOOSE报文的顺序进行记录，并缓存在线发送的300个动态报文。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，节点在发送缓存区的报文时，由用户业务端口上传的GOOSE报文，被放置在缓存空间中，等待发送。
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