CN110838962B

CN110838962B - 船用网络及船舶

Info

Publication number: CN110838962B
Application number: CN201911132986.7A
Authority: CN
Inventors: 张亮亮; 顾一清; 华先亮; 姚望; 王斯琪
Original assignee: Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute of CSSC No 604 Research Institute
Current assignee: Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute of CSSC No 604 Research Institute
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: CN110838962A

Abstract

本发明提供了一种船用网络***及船舶***，涉及网络***的技术领域，该船用网络***包括第一核心交换机、第二核心交换机和至少两个汇聚交换机，每个汇聚交换机连接多个网关；第一核心交换机和第二核心交换机连接；第一核心交换机和至少两个汇聚交换机顺次连接，组成第一环型网络；第二核心交换机还与每个网关连接，组成第一星型网络；第一核心交换机和第二核心交换机均与外部服务器通信，当船用网络***运行时，第一环型网络用于采集网关的状态信息，并传输至外部服务器；第一星型网络用于传输外部服务器下发的上层应用控制指令；通过将星型网络和环型网络结合使用，提高了网络的整体可靠性和减小了网络传输延迟，进而提高了用户的使用体验。

Description

船用网络***及船舶***

技术领域

本发明涉及网络***技术领域，尤其是涉及一种船用网络***及船舶***。

背景技术

随着网络技术的不断发展，以太网作为当今现有局域网最通用的通信协议标准而被广泛使用。

目前，常规的以太网网络结构包括总线型、星型和环型三种网络结构，由于上述三种以太网网络结构难以同时满足传输延时低、网络整体可靠性高两方面的要求，从而降低了用户使用体验。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种船用网络***及船舶***，以缓解了上述技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种船用网络***，其中，该船用网络***包括：第一核心交换机、第二核心交换机和至少两个汇聚交换机，每个汇聚交换机连接多个网关；其中，第一核心交换机和第二核心交换机连接；第一核心交换机和至少两个汇聚交换机顺次连接，组成第一环型网络；第二核心交换机还与每个网关连接，组成第一星型网络；第一核心交换机和第二核心交换机均与外部服务器通信，当船用网络***运行时，第一环型网络用于采集网关的状态信息，并传输至外部服务器；第一星型网络用于传输外部服务器下发的上层应用控制指令。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，第一环型网络为冗余链路，当船用网络***运行时，冗余链路中的其中一条链路为阻塞状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，当汇聚交换机的数量为至少三个时，第一核心交换机还与所有与其不相邻的汇聚交换机之间配置有备用传输链路；其中，当第二核心交换机运行时，备用传输链路为阻塞状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，第一环型网络和第一星型网络构成船用网络***的组合型网络；该船用网络***还包括组合型网络的冗余网络；冗余网络包括第三核心交换机、第四核心交换机和至少两个备用汇聚交换机；每个备用汇聚交换机也与网关连接；其中，第三核心交换机和第四核心交换机连接，且，第三核心交换机和第四核心交换机均与外部服务器通信；第三核心交换机和至少两个备用汇聚交换机顺次连接，组成第二环型网络；第四核心交换机还与每个网关连接，组成第二星型网络；其中，冗余网络为备用网络，以便于当组合型网络异常时启用冗余网络。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，第二环型网络为冗余链路。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，第三核心交换机还与其中一个备用汇聚交换机之间配置有备用传输链路。

结合上述可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，冗余链路中部署的协议为生成树协议。

第二方面，本发明实施例还提供一种船舶***，其中，该船舶***配置有上述的船用网络***。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，船舶***还包括外部服务器，外部服务器与船用网络***的核心交换机通信。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，外部服务器包括多个服务器模块，每个服务器模块均与核心交换机通信，以构成冗余服务器。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种船用网络***及船舶***，该船用网络***包括第一核心交换机、第二核心交换机和至少两个汇聚交换机，每个汇聚交换机连接多个网关；其中，第一核心交换机和第二核心交换机连接；第一核心交换机和至少两个汇聚交换机顺次连接，组成第一环型网络；第二核心交换机还与每个网关连接，组成第一星型网络；第一核心交换机和第二核心交换机均与外部服务器通信，当船用网络***运行时，第一环型网络用于采集网关的状态信息，并传输至外部服务器；第一星型网络用于传输外部服务器下发的上层应用控制指令；通过将星型网络和环型网络结合使用，提高了网络的整体可靠性和减小了网络传输延迟，进而提高了用户的使用体验。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种星型网络拓扑的结构示意图；

图2为一种总线型网络拓扑的结构示意图；

图3为一种环型网络拓扑的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种船用网络***的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种船用网络***的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种船用网络***的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种船舶***的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种船舶***的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，以太网是现有局域网最常用的通信协议标准，其采用带冲突检测的载波帧听多路访问机制实现网络通信，常见的以太网网络结构包括总线型、星型和环型三种网络拓扑，为了便于理解，图1示出了一种星型网络拓扑的结构示意图，如图1所示，以该星型网络拓扑包括一个核心交换机、三个汇聚交换机和每个汇聚交换机连接三个网关为了进行说明，在实际使用时，三个汇聚交换机还与核心交换机连接，由图1可知，每个网络节点都通过唯一链路与中心节点相连，当周边节点出现故障，不会影响网络中其他交换机通信，且星型结构任意2点间通信路径最短，联系直接，通信延迟较短，但是如果核心交换机宕机，将会导致整个网络的瘫痪，为提升网络冗余性，通常采用双交换机冗余配置方案。

进一步，图2示出了一种总线型网络拓扑的结构示意图，如图2所示，以该总线型网络拓扑包括两个核心交换机、三个汇聚交换机和每个汇聚交换机连接三个网关为了进行说明，在实际使用时，核心交换机与汇聚交换机均通过一条传输总线连接，由图2可知，不同网络节点间通信均沿着传输总线双向传播，虽然该拓扑结构简单，易于扩展，但是所有的数据均需要通过传输总线传输，当网络中广播数据包多或带宽不足时，通信延时较大，网络可靠性也较低。

在实际使用时，图3示出了一种环型网络拓扑的结构示意图，如图3所示，以该总线型网络拓扑包括一个核心交换机、三个汇聚交换机和每个汇聚交换机连接三个网关为了进行说明，网络中汇聚交换机和汇聚交换机通过首尾相连的方式形成闭合的环，组成环形结构，数据在环路中将信息从一个网络节点传送至另一个网络节点。环型拓扑结构的优点是网络节点间的通信链路至少有两条，当出现单点故障时不影响整个网络通信，可靠性相对较高，但是传送数据是不停地从一个节点转发至另一个节点，传输延时较大。

为了便于理解，表1示出了一种网络结构性能对比；

表1

表1中示出了总线型、星型和环型网络结构在可靠性、网络延迟以及造价三方面的性能进行对比，由表1可知，上述三种以太网网络结构无法同时满足传输延时低、网络整体可靠性高两方面的要求。

目前，智能船舶常用上述三种网络结构进行信息通信，但是，随着智能船舶的发展，使用上述三种网络结构已经无法满足通信需要，从而降低了用户使用体验。基于此，本发明实施例提供的一种船用网络***及船舶***，可以缓解了上述技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种船用网络***进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种船用网络***，如图4所示的一种船用网络***的结构示意图，该船用网络***包括：第一核心交换机100、第二核心交换机101和至少两个汇聚交换机102，每个汇聚交换机连接多个网关103；为了便于说明，图4中仅示出了两个汇聚交换机和每个汇聚交换机连接三个网关为了进行说明，其中，第一核心交换机和第二核心交换机连接；第一核心交换机和至少两个汇聚交换机顺次连接，组成第一环型网络；第二核心交换机还与每个网关连接，组成第一星型网络。

具体地，第一核心交换机和第二核心交换机均与外部服务器通信，当船用网络***运行时，第一环型网络用于采集网关的状态信息，并传输至外部服务器；第一星型网络用于传输外部服务器下发的上层应用控制指令。

具体实现时，由第一环型网络主要负责与网关连接设备的状态信息的采集，以及将采集到的状态信息传输至外部服务器，而第一星型网络主要负责外部服务器下发的控制设备状态的上层应用控制指令，由于第二核心交换机直接与对应的网关通信的，所以传输路径最短，由此产生的传输延时也很短，进一步，为了提升控制指令传输的可靠性，第一核心交换机与其中一个汇聚交换机之间配置有备用传输链路，但是，在第二核心交换机正常时，该备用传输链路设置为阻塞状态，不进行任何数据的传输；当第二核心交换机异常时，由第一核心交换机通过备用传输链路分别向对应的智能网关传输控制指令。

本发明实施例提供的一种船用网络***，该船用网络***包括第一核心交换机、第二核心交换机和至少两个汇聚交换机，每个汇聚交换机连接多个网关；其中，第一核心交换机和第二核心交换机连接；第一核心交换机和至少两个汇聚交换机顺次连接，组成第一环型网络；第二核心交换机还与每个网关连接，组成第一星型网络；第一核心交换机和第二核心交换机均与外部服务器通信，当船用网络***运行时，第一环型网络用于采集网关的状态信息，并传输至外部服务器；第一星型网络用于传输外部服务器下发的上层应用控制指令；通过将星型网络和环型网络结合使用，提高了网络的整体可靠性和减小了网络传输延迟，进而提高了用户的使用体验。

进一步，第一环型网络为冗余链路，当船用网络***运行时，冗余链路中的其中一条链路为阻塞状态。

具体使用时，为了便于说明，图5示出了另一种船用网络***的结构示意图，如图5所示，第一核心交换机100和第二核心交换机101连接，且，两个核心交换机分别与外部服务器500和外部服务器501连接，两个外部服务器之间也进行通讯连接；第一核心交换机100和三个汇聚交换机102连接，每个汇聚交换机连接三个网关103，图5中用实线将汇聚交换机与网关连接；第二核心交换机还与每个网关直接连接，图5中用点虚线将第二核心交换机和网关连接。

具体地，第一核心交换机100和三个汇聚交换机102连接组成的第一环型网络中存在2条传输链路，分别为0环和1环，如图5所示，其中，顺时针箭头方向指示的闭合实线为0环，而逆时针箭头方向指示的虚实线为1环，2条传输链路互为冗余链路，并且，在冗余链路中部署生成树协议，在实际使用时，2条传输链路中只启用1条传输链路，并将另外一条传输链路设置为阻塞状态，从而避免了网络回路的产生。

在实际使用时，当汇聚交换机的数量为至少三个时，第一核心交换机还与所有与其不相邻的汇聚交换机之间配置有备用传输链路；其中，当第二核心交换机运行时，备用传输链路为阻塞状态。具体应用时，如果当网络中只存在两个汇聚交换机时，由于上述两个汇聚交换机直接与第一核心交换机连接，因此，不存在上述的备用传输链路；如果当网络中存在多于两个汇聚交换机时，与第一核心交换机不直接连接的汇聚交换机之间通过备用传输链路进行连接，为了便于理解，如图5所示，由于三个汇聚交换机中位于中间的汇聚交换机不直接与第一核心交换机进行连接，即第一交换机与中间的汇聚交换机不相邻，因此，在本实施例中可以通过备用传输链路将第一核心交换机与该汇聚交换机进行连接，在实际应用时，当第二核心交换机异常时，由第一核心交换机通过备用传输链路分别向对应的智能网关传输控制指令，从而提高了控制指令传输的可靠性。

具体地，为进一步阐明组合型网络拓扑的保护机制，在本实施例中，将在不同网络单点故障的情况下，进行网络故障分析，例如，当0环发生故障时，数据可以通过1环进行传输；当1环发生故障时，数据可以通过0环进行传输；当任意网关与汇聚交换机的连接发生故障时，该网关可以通过第二核心交换机与外部服务器进行数据传递；同样地，当任意汇聚交换机发生故障时，各个网关可以通过第二核心交换机与外部服务器进行数据传递；当任意网关与第二核心交换机的连接发生故障时或者第二核心交换机发生故障时，网络都可以通过第一环型网络进行数据传输。

通常，由上述第一环型网络和第一星型网络构成的船用网络***的组合型网络只可应对单点故障，当出现多点故障时则无法应对，因此，在本实施例中，该船用网络***还包括组合型网络的冗余网络；冗余网络包括第三核心交换机、第四核心交换机和至少两个备用汇聚交换机；每个备用汇聚交换机也与网关连接；其中，第三核心交换机和第四核心交换机连接，且，第三核心交换机和第四核心交换机均与外部服务器通信；第三核心交换机和至少两个备用汇聚交换机顺次连接，组成第二环型网络；第四核心交换机还与每个网关连接，组成第二星型网络；其中，冗余网络为备用网络，以便于当组合型网络异常时启用冗余网络。

具体使用时，图6示出了另一种船用网络***的结构示意图，如图6所示，第一核心交换机100和第二核心交换机101连接，且，两个核心交换机分别与外部服务器500连接，第一核心交换机100和三个汇聚交换机102连接，每个汇聚交换机连接三个网关103，第二核心交换机还与每个网关直接连接，上述的网络节点连接组成组合型网络A。

进一步，如图6所示，第三核心交换机600和第四核心交换机601连接，且，第三核心交换机和第四核心交换机分别与外部服务器501连接，外部服务器500和外部服务器501通讯连接，如图6所示，以包括三个备用汇聚交换机602为了进行说明，第三核心交换机600和三个备用汇聚交换机602连接，组成第二环型网络，每个备用汇聚交换机同与汇聚交换机连接的网关103进行连接，同样地，每个备用汇聚交换机与三个网关连接，并且，第四核心交换机还与每个网关直接连接，组成第二星型网络，上述的网络节点连接组成冗余网络B。

具体使用时，当组合型网络A出现故障时，冗余网络B可以无缝切换，继续传输数据；比如，当组合型网络A中的任意汇聚交换机和与第二核心交换机连接的任意网关同时出现故障时，可以通过冗余网络B继续数据传输，上述的双网冗余拓扑一方面可以实现网络间的快速切换，传输延时大大降低，另一方面，多点故障情况下，仍有一定的冗余能力，可靠性大大提升。

同样地，第三核心交换机600和三个备用汇聚交换机602连接组成的第二环型网络中也存在2条传输链路，分别为0环和1环，如图6所示，其中，顺时针箭头方向指示的闭合实线为0环，而逆时针箭头方向指示的虚实线为1环，2条传输链路互为冗余链路，并且，在冗余链路中部署生成树协议，在实际使用时，2条传输链路中只启用1条传输链路，并将另外一条传输链路设置为阻塞状态，从而避免了网络回路的产生。

在实际使用时，第三核心交换机还与其中一个备用汇聚交换机之间配置有备用传输链路。

具体应用时，为了便于理解，可将图6中三个备用汇聚交换机中位于中间的备用汇聚交换机设置为主备用汇聚交换机，通过备用传输链路将第三核心交换机与该主备用汇聚交换机进行连接，当第四核心交换机异常时，由第三核心交换机通过备用传输链路分别向对应的智能网关传输控制指令，从而提高了控制指令传输的可靠性。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种船舶***，如图7所示的一种船舶***的结构示意图，如图7所示，该船舶***700配置有上述的船用网络***701。

进一步，图8示出了另一种船舶***的结构示意图，如图8所示，船舶***还包括外部服务器800，外部服务器与船用网络***的核心交换机801通信。

进一步，外部服务器包括多个服务器模块，每个服务器模块均与核心交换机通信，以构成冗余服务器。

本发明实施例提供的船舶***，与上述实施例提供的船用网络***具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种船用网络***，其特征在于，所述船用网络***包括：第一核心交换机、第二核心交换机和至少两个汇聚交换机，每个所述汇聚交换机连接多个网关；

其中，所述第一核心交换机和所述第二核心交换机连接；

所述第一核心交换机和至少两个所述汇聚交换机顺次连接，组成第一环型网络；

所述第二核心交换机还与每个所述网关连接，组成第一星型网络；

所述第一核心交换机和所述第二核心交换机均与外部服务器通信，当所述船用网络***运行时，所述第一环型网络用于采集所述网关的状态信息，并传输至所述外部服务器；所述第一星型网络用于传输所述外部服务器下发的上层应用控制指令。

2.根据权利要求1所述的船用网络***，其特征在于，所述第一环型网络为冗余链路，当所述船用网络***运行时，所述冗余链路中的其中一条链路为阻塞状态。

3.根据权利要求1所述的船用网络***，其特征在于，当所述汇聚交换机的数量为至少三个时，所述第一核心交换机还与所有与其不相邻的所述汇聚交换机之间配置有备用传输链路；

其中，当所述第二核心交换机运行时，所述备用传输链路为阻塞状态。

4.根据权利要求1所述的船用网络***，其特征在于，所述第一环型网络和所述第一星型网络构成所述船用网络***的组合型网络；

所述船用网络***还包括所述组合型网络的冗余网络；

所述冗余网络包括第三核心交换机、第四核心交换机和至少两个备用汇聚交换机；每个所述备用汇聚交换机也与所述网关连接；

其中，所述第三核心交换机和所述第四核心交换机连接，且，所述第三核心交换机和所述第四核心交换机均与所述外部服务器通信；

所述第三核心交换机和至少两个所述备用汇聚交换机顺次连接，组成第二环型网络；

所述第四核心交换机还与每个所述网关连接，组成第二星型网络；

其中，所述冗余网络为备用网络，以便于当所述组合型网络异常时启用所述冗余网络。

5.根据权利要求4所述的船用网络***，其特征在于，所述第二环型网络为冗余链路。

6.根据权利要求4所述的船用网络***，其特征在于，所述第三核心交换机还与其中一个所述备用汇聚交换机之间配置有备用传输链路。

7.根据权利要求2或5所述的船用网络***，其特征在于，所述冗余链路中部署的协议为生成树协议。

8.一种船舶***，其特征在于，所述船舶***配置有权利要求1～7任一项所述的船用网络***。

9.根据权利要求8所述的船舶***，其特征在于，所述船舶***还包括外部服务器，所述外部服务器与所述船用网络***的核心交换机通信。

10.根据权利要求9所述的船舶***，其特征在于，所述外部服务器包括多个服务器模块，每个所述服务器模块均与所述核心交换机通信，以构成冗余服务器。