CN104079396B - 网络冗余结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络冗余结构，包含总控中心、N个分控站，且各分控站分别包含M个依次相连的数据交换机所构成的子环网；总控中心包含第一和第二核心交换机；各分控站还分别包含将各自分控站数据交换机的数据发送至第一核心交换机的第一主干交换机、将各自分控站数据交换机的数据发送至第二核心交换机的第二主干交换机；各分控站的第一主干交换机与第一核心交换机依次相连构成第一环网，各分控站的第二主干交换机与第二核心交换机依次相连构成第二环网；第一环网通过各自分控站内的子环网与所述进行连接。同现有技术相比，第一和第二环网上的各主干交换机通过各分控站中的子环网进行数据的相互传递，保证数据在传输时具有更高的可靠性。

Description

网络冗余结构

技术领域

本发明涉及一种计算机网络结构，特别涉及一种网络冗余结构。

背景技术

目前，由于工业自动化控制***网络结构发展越来越分散化，同时***越来越复杂，内部连接越来越高速化、紧密化，采用工业以太网代替现场总线的同时，对工业以太网可靠性要求也越来越高。

由于工业以太网是一种成熟、快速的网络协议，数据传输速率为10/100/1000Mb/s，能满足不断增长的工业信息化数据通信需要，是工业控制领域的主干网络，具有更高的通信带宽。

并且，由于工业以太网是应用于现场设备控制网络，实现企业信息网络和控制网络的融合，促进整个企业信息化的集成，实现现场设备层和企业管理层的无缝连接。控制***将工业以太网用于工业控制***的上层，以实现高速率的通信和网络互连。

但在目前的大型工程项目中，由于传输距离远、对可靠性要求高，在恶劣环境下以太网的线路易损坏，如何保证数据的实时性、以及尽量减少线路故障和设备故障对通信网络的影响，是目前所要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络冗余结构，可使数据在长距离传输的过程中，能够保证数据传输的实时性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种网络冗余结构，包含总控中心、N个向所述总控中心发送数据的分控站；其中，所述N为自然数；且各分控站分别包含M个依次相连的数据交换机所构成的子环网；其中，所述M为自然数；

所述总控中心包含用于接收各分控站子环网数据的第一核心交换机和第二核心交换机：

各分控站还分别包含将各自分控站的子环网的数据发送至所述第一核心交换机的第一主干交换机、将各自分控站的子环网的数据发送至所述第二核心交换机的第二主干交换机；

各分控站的第一主干交换机与所述总控中心的第一核心交换机依次相连构成第一环网；各分控站的第二主干交换机与所述总控中心的第二核心交换机依次相连构成第二环网；

所述第一环网通过各自分控站内的子环网与所述第二环网进行连接，且所述第一环网上的各第一主干交换机和所述第二环网上的各第二主干交换机通过各分控站中的子环网进行数据的相互传递。

本发明的实施方式相对于现有技术而言，由于在各分控站内分别设有第一主干交换机和第二主干交换机，而在总控中心内分别对应各分控站内的第一主干交换机和第二主干交换机分别设有第一核心交换机和第二核心交换机，且各分控站内的第一主干交换机与总控中心的第一核心交换机依次连接构成第一环网，各分控站内的第二主干交换机与总控中心的第二核心交换机依次连接构成第二环网，且第一环网和第二环网可通过各自分控站内的子环网进行数据的相互传递。从而当第一环网中如有线路出现故障点时，可通过该故障点所对应的第一主干交换机将传递至该交换机内的数据直接通过子环网发送到与该路由器所对应的第二主干交换机，由第二主干交换机通过第二环网进行数据的传递，反之当第二环网中如有线路出现故障点时，也可将该故障点所对应的第二主干交换机将传递至该交换机内的数据直接通过子环网发送到与该路由器所对应的第一主干交换机，由第一主干交换机通过第一环网进行数据的传递。从而保证了数据在长距离传输时的实时性和可靠性。

另外，由于分控站内的各个数据交换机依次构成子环网，且该子环网分别与第一主干交换机和第二主干交换机进行连接，从而使得第一主干交换机和第二主干交换机可分担子环网中各数据交换机上传的数据以保证数据可靠传输或及时对数据进行传送，而当子环网中如有线路出现故障点时，可将原本发送给第一主干交换机或第二主干交换机内的数据集中发送给一个主干交换机，从而进一步保证了数据传输的可靠性。

进一步的，所述分控站内还设置有分别与所述第一主干交换机和所述第二主干交换机连接的工作站和/或服务器。通过各分控站中的工作站和/或服务器可对各分控站中的子环网所上传的数据进行存储，以便对各分控站中的子环网所发送的数据进行备份，从而进一步提高了整个网络冗余结构的安全性和可靠性。

另外，所述总控中心还包含第一通信***和第一路由器；其中，所述第一通信***连接所述第一路由器的信号输入端，所述第一路由器的信号输出端分别与所述第一和第二核心交换机进行连接；各分控站还分别包含：音频设备、与所述音频设备连接用于接收所述音频设备发送的音频数据的第二通信***；各分控站的第二通信***与所述总控中心的第一通信***依次相连构成第三环网，各分控站中的第二通信***将接收到的音频数据通过第三环网发送给所述第一通信***，由所述第一通信***通过所述第二路由器发送给所述第一和第二核心交换机。由于各分控站和总控中心内还设有用于传递音频数据的通信***，且各分控站内的通信***与总控中心内的通信***依次连接构成第三环网，通过第三环网可使得本发明的网络冗余结构可专门针对音频数据进行传输，以分担数据传输的压力。

进一步的，所述网络冗余结构还包含分别设置在各分控站内的第二路由器；其中，各分控站内的第二路由器分别与各分控站内的第一主干交换机、第二主干交换机和第二通信***进行连接。由于各分控站内还分别设有第二路由器，且各分控站内的第二路由器分别与各分控站内的第一主干交换机、第二主干交换机和第二通信***进行连接，从而使得当第三环网中如有线路出现故障点时，可通过该故障点所对应第二通信***将传递至该通信***内的数据直接通过第二路由器发送到与该第二路由器所对应的第一或第二主干交换机内，由第一或第二主干交换机所对应的环网进行数据的传递，从而进一步保证了数据在长距离传输时的实时性和可靠性。

并且，为了满足实际的使用需求，所述音频设备可以包含电话、网络广播通讯设备等装置。

进一步的，所述总控中心还包含第三核心交换机；各分控站还分别包含：摄像设备、用于接收所述摄像设备发送的视频数据的第三主干交换机。

其中，各分控站内的第二路由器分别与各分控站的第三主干交换机进行连接；而各分控站的第三主干交换机与所述总控中心的第三核心交换机依次相连构成第四环网，各分控站中的第三主干交换机将接收到的视频数据通过第四环网发送给所述第三核心交换机。并且，各分控站内的第二路由器分别与各分控站的第三主干交换机进行连接，所述第四环网通过各分控站的第二路由器分别与所述第一环网和所述第二环网进行数据的相互传递。由于各分控站内还设有摄像设备以及用于传递视频数据的第三主干交换机，且各分控站内的第三主干交换机依次连接构成第四环网，通过第四环网可使本发明的网络冗余结构可专门针对视频数据进行传输，以缓解数据传输时的压力。且各分控站内的第三主干交换机分别与各分控站内的第二路由器进行连接，从而当第一环网和/或第二环网中如有线路出现故障点时，可通过该故障点所对应的第一和/或第二主干交换机将传递至该交换机内的数据直接通过第二路由器发送到与该第二路由器所对应的第三主干交换机，由该第三主干交换机通过第四环网进行数据的传递，从而进一步保证了数据在长距离传输时的实时性和可靠性。

进一步的，所述分控站内还设有与所述第三主干交换机连接的视频工作站。以方便对摄像设备所拍摄的内容进行备份存储。

并且，为了满足实际的使用需求，所述摄像设备可以包含网络摄像头和网络录像机等设备。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的网络冗余结构的***模块框图；

图2为本发明第二实施方式的网络冗余结构的***模块框图；

图3为本发明第三实施方式的网络冗余结构的***模块框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种网络冗余结构，如图1所示，包含总控中心、三个向总控中心发送数据的分控站，且每个分控站中分别包含多个依次相连的数据交换机所构成的子环网。具体的说各子环网中的数据交换机的种类可以包含闸门控制工业交换机、清污机控制工业交换机、电气监控站工业交换机、水质监测站工业交换机、水泵控制工业交换机、公共设备控制工业交换机、电力监控站工业交换机、自动加药控制工业交换机、工程安全监测工业交换机等，使得本实施方式的网络冗余结构可直接应用于工业自动化的通信网络。

另外，总控中心包含用于接收各分控站数据交换机数据的第一核心交换机和第二核心交换机。

值得一提的是，在本实施方式中，各分控站还分别包含将各自分控站的子环网内的数据发送至第一核心交换机的第一主干交换机、将各自分控站的子环网内的数据发送至第二核心交换机的第二主干交换机、用于将各分控站的第一主干交换机和第二主干交换机进行相互连接的第一路由器。

其中，各分控站的第一主干交换机与总控中心的第一核心交换机依次相连构成第一环网，各分控站的第二主干交换机与总控中心的第二核心交换机依次相连构成第二环网。且第一环网通过各自分控站内的子环网与与第二环网进行连接，

在实际工作时，第一环网上的各第一主干交换机和第二环网上的各第二主干交换机通过各分控站中的子环网进行数据的相互传递。

具体的说，数据在正常的传输过程中时，是由第一环网和第二环网共同来分担各分控站内数据交换机发送的数据，最终通过总控中心的第一核心交换机和第二核心交换机分别将数据上传给数据库调度、通信服务、水质/采集等服务器，以使整个数据传输更为高效。

而当第一环网的线路中出现故障点时，可由该故障点所对应的第一主干交换机将发送至该第一主干交换机内的数据通过与该第一主干交换机连接的子环网发送至与之对应的第二主干交换机，由第二主干交换机通过第二环网将其数据发送给第二核心交换机。

反之，当第二环网的线路中出现故障点时，可由该故障点所对应的第二主干交换机将发送至该第二主干交换机的数据通过与该第二主干交换机连接的子环网发送至与之对应的第一主干交换机，由第一主干交换机通过第一环网将其数据发送给第一核心交换机。从而保证了数据在长距离传输时的实时性和可靠性，防止在恶劣环境下由于某段线路损坏，导致数据无法传输的现象。

另外，不难发现，由于整个网络冗余结构是通过双环网进行数据传输。从而当第一环网和第二环网中的线路分别只出现一个故障点时，也可由该故障点所对应的第一主干交换机和第二主干交换机将发送至该第一主干交换机和第二主干交换机的数据分别通过第一环网和第二环网反向发送给第一核心交换机和第二核心交换机。

另外，由于将每个分控站中的数据交换机依次相互连接构成分别与各自分控站内的第一主干交换机和第二主干交换机连接的子环网。由此使得各个分控站中的第一主干交换机和第二主干交换机可分担子环网中各数据交换机上传的数据以保证数据可靠传输或及时对数据进行传送。

而当子环网中如有线路出现故障点时，可将原本发送给第一主干交换机或第二主干交换机内的数据集中发送给另一个主干交换机，从而进一步保证了数据传输的可靠性。

由上述内容可知，在本实施方式的网络冗余结构中，由第一环网和第二环网构成的双环网结构最多可达到5个故障点，分别为各分控站的第一或第二主干交换机、与各分控站第一主干交换机相连的2路线路，与各分控站第二主干交换机相连的2路线路。而双环网与子环网连接的线路中最多可达到3个故障点，分别为各分控站的第一或第二主干交换机、各分控站中的子环网与第一或第二主干交换机相连的线路、子环网中的任意一段线路。从而使得当本实施方式的网络冗余结构出现上述故障点时，不会对整个***的正常运行造成影响。

并且，在本实施方式中，各分控站中还设置有用于存储数据的工作站和/或服务器，且每个分控站中的工作站和/或服务器分别与各分控站中的第一主干交换机和第二主干交换机进行连接。由此可知，通过各分控站中的工作站和/或服务器可对各分控站中的子环网所上传的数据进行存储，以便对各分控站中的子环网所发送的数据进行备份，从而进一步提高了整个网络冗余结构的安全性和可靠性。

另外，值得一提的是，在本实施方式中，可在各分控站内以及总控中心内设置打印机。其中，各分控站中的打印机可与第一主干交换机或第二主干交换机相连，而总控中心的打印机可与第一核心交换机或第二核心交换机进行连接。通过打印机可对各分控站中的子环网所上传的相关文档进行打印，从而拓宽了整个网络冗余架构的应用范围。

并且，根据上述实施方式不难发现，由各分控站中的第一主干交换机和总控中心的第一核心交换机构成的第一环网，以及由各分控站中的第二主干交换机和总控中心的第二核心交换机构成的第二环网，其网络环境可根据实际的工作需求选择选用百兆或千兆网络。

需要说明的是，在本实施方式中，分控站仅以三个为例进行说明，在实际应用中，也可以包含更多的分控站。

本发明的第二实施方式涉及一种网络冗余结构，第二实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，其主要改进在于：如图2所示，在本实施方式中，总控中心还包含第一通信***和第一路由器。其中，第一通信***连接第一路由器的信号输入端，而第一路由器的信号输出端分别与第一和第二核心交换机进行连接。

而每个分控站还分别包含：第一音频设备、与第一音频设备连接用于接收第一音频设备发送的音频数据的第二通信***。其中，每个分控站中的第二通信***与总控中心中的第一通信***依次相连构成第三环网。

数据在实际的传输过程中，每个分控站中的第二通信***将接收到的音频数据通过第三环网发送给第一通信***，由第一通信***通过第一路由器上传至第一和第二核心交换机，再由第一和第二核心交换机上传给调度、通信服务、水质/采集等服务器，由调度、通信服务、水质/采集等服务器对相关的音频数据进行存储。

通过上述内容可知，由于在每个分控站以及总控中心内还设有用于传递音频数据的通信***，且每个分控站内的通信***与总控中心内的通信***依次连接构成第三环网，通过第三环网可使得本实施方式的网络冗余结构可专门针对音频数据进行传输，以分担数据传输的压力。

另外，值得一提的是，本实施方式的网络冗余结构还包含分别设置在各分控站内的第二路由器。其中，各分控站内的第二路由器分别与各分控站内的第一主干交换机、第二主干交换机和第二通信***进行连接，从而使得第三环网可通过各分控站的第二路由器分别与第一环网和第二环网进行单向的数据传递。

具体的说，由于各分控站内的第二通信***分别与各分控站的第二路由器进行连接，从而使得当第三环网中有线路出现故障点时，可通过该故障点所对应的第二通信***将传递至该通信***内的数据直接通过第二路由器发送到与该第二路由器所对应的第一或第二主干交换机，由第一或第二主干交换机所对应的环网进行数据的传递，从而进一步保证了数据在长距离传输时的实时性和可靠性。

另外，在本实施方式中，在总控中心内还设置有与第一通信***连接的第二音频设备。具体的说，第二音频设备也可包含电话、网络广播通讯设备等装置，从而使得总控中心也能单独进行音频通信的功能。

并且，根据上述实施方式不难发现，由各分控站中的第二通信***和总控中心的第一通信***构成的第三环网，其网络环境可根据实际的工作需求选择选用百兆或千兆网络。

本发明的第三实施方式涉及一种网络冗余结构，第三实施方式是在第二实施方式的基础上做了进一步改进，其主要改进在于：如图3所示，在本实施方式中，总控中心内还设有第三核心交换机，而每个分控站内还设有摄像设备、用于接收摄像设备发送的视频数据的第三主干交换机。

其中，每个分控站中的第三主干交换机与总控中心的第三核心交换机依次相连构成第四环网。数据在传输的过程中，每个分控站中的第三主干交换机将接收到的视频数据通过第四环网发送给第三核心交换机。

由上述内容可知，通过第四环网可使本实施方式的网络冗余结构可专门针对视频数据进行传输，以缓解数据传输时的压力。其中，摄像设备可以是网络摄像头。并且，各分控站内还可设有与各自分控站中的第三主干交换机连接的视频工作站，以方便对网络摄像头所拍摄的内容进行备份存储。

另外，值得一提的是，在本实施方式中，各分控站内的第二路由器分别与各分控站的第三主干交换机进行连接。在实际工作时，第四环网可通过各分控站的第二路由器分别与第一环网和第二环网进行数据的相互传递。

由此可知，当第一环网和/或第二环网中如有线路出现故障点时，可通过该故障点所对应的第一和/或第二主干交换机将传递至该交换机内的数据直接通过第二路由器发送到与该路由器所对应的第三主干交换机，由该第三主干交换机通过第四环网进行数据的传递，从而进一步保证了数据在长距离传输时的实时性和可靠性。

反之，当第四环网中如有线路出现故障点时，也可通过该故障点所对应的第三主干交换机将传递至该交换机内的数据直接通过第二路由器发送到与该第二路由器所对应的第一或第二主干交换机，由该第一或第二主干交换机通过第一或第二环网进行数据的传递，从而进一步保证了数据在长距离传输时的实时性和可靠性。

另外，在本实施方式中，总控中心内也可同样设置与第三核心交换机连接的视频工作站和视频服务器等大型存储设备。从而使得由各分控站向总控中心上传的视频数据得以备份。并且，该视频服务器还可与第一核心交换机进行连接，从而实现总控中心中的视频服务器与数据库调度、通信服务、水质/采集等服务器之间的数据传输，并且通过视频服务器可对总控中心中的数据库调度、通信服务、水质/采集等服务器进行数据备份存储。

并且，根据上述实施方式不难发现，由各分控站中的第三主干交换机和总控中心的第三核心交换机构成的第四环网，其网络环境可根据实际的工作需求选择选用百兆或千兆网络。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种网络冗余结构，包含总控中心、N个向所述总控中心发送数据的分控站；其中，所述N为大于或等于3的自然数，其特征在于：各分控站分别包含M个依次相连的数据交换机所构成的子环网；其中，所述M为自然数；

所述总控中心包含用于接收各分控站子环网数据的第一核心交换机和第二核心交换机；

各分控站还分别包含将各自分控站的子环网的数据发送至所述第一核心交换机的第一主干交换机、将各自分控站的子环网的数据发送至所述第二核心交换机的第二主干交换机；

各分控站的第一主干交换机与所述总控中心的第一核心交换机依次相连构成第一环网；各分控站的第二主干交换机与所述总控中心的第二核心交换机依次相连构成第二环网；

所述第一环网通过各自分控站内的子环网与所述第二环网进行连接，且所述第一环网上的各第一主干交换机和所述第二环网上的各第二主干交换机通过各分控站中的子环网进行数据的相互传递。

2.根据权利要求1所述的网络冗余结构，其特征在于：所述分控站内还设置有分别与所述第一主干交换机和所述第二主干交换机连接的工作站和/或服务器。

3.根据权利要求1所述的网络冗余结构，其特征在于：所述总控中心还包含第一通信***和第一路由器；

其中，所述第一通信***连接所述第一路由器的信号输入端，所述第一路由器的信号输出端分别与所述第一和第二核心交换机进行连接；

各分控站还分别包含：音频设备、与所述音频设备连接用于接收所述音频设备发送的音频数据的第二通信***；

各分控站的第二通信***与所述总控中心的第一通信***依次相连构成第三环网，各分控站中的第二通信***将接收到的音频数据通过第三环网发送给所述第一通信***，由所述第一通信***通过所述第一路由器发送给所述第一和第二核心交换机。

4.根据权利要求3所述的网络冗余结构，其特征在于：所述网络冗余结构还包含分别设置在各分控站内的第二路由器；

其中，各分控站内的第二路由器分别与各分控站内的第一主干交换机、第二主干交换机和第二通信***进行连接。

5.根据权利要求3所述的网络冗余结构，其特征在于：所述音频设备包含电话和网络广播通讯设备。

6.根据权利要求4所述的网络冗余结构，其特征在于：所述总控中心还包含第三核心交换机；

各分控站还分别包含：网络摄像设备、用于接收所述网络摄像设备发送的视频数据的第三主干交换机；

各分控站的第三主干交换机与所述总控中心的第三核心交换机依次相连构成第四环网，各分控站中的第三主干交换机将接收到的视频数据通过第四环网发送给所述第三核心交换机。

7.根据权利要求6所述的网络冗余结构，其特征在于：各分控站内的第二路由器分别与各分控站的第三主干交换机进行连接；

所述第四环网通过各分控站的第二路由器分别与所述第一环网和所述第二环网进行数据的相互传递。

8.根据权利要求6所述的网络冗余结构，其特征在于：各分控站内还设有与所述第三主干交换机连接的视频工作站。

9.根据权利要求6所述的网络冗余结构，其特征在于：所述网络摄像设备包含网络摄像机和视频服务器。