一种高可靠性冗余现场总线系统及数据处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种高可靠性冗余网络系统及数据处理装置，该系统包括第一通信设备、第二通信设备和位于所述两个通信设备之间的两条或多条独立冗余链路，其特征在于，将分别位于不同的独立冗余链路上的通信节点互联，以使数据报文在从第一通信设备传输至第二通信设备的过程中具有更多的传输路径。本实用新型专利技术突破了传统冗余网络的各冗余通道互相独立和隔离的模式，比传统的冗余网络具有更高的可靠性和容错性。

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠性冗余现场总线系统及数据处理装置
本技术涉及通信
，具体涉及一种高可靠性冗余现场总线系统及数据处理装置。
技术介绍
人类对数据传输可靠性的追求是无止境的，尤其是在航空航天领域，人们尝试各种各样的技术用来保证数据传输的可靠。提高数据传输可靠性最简单常用的方法就是增加额外的数据通道，如图1所示，通过余度分区A和余度分区B的双冗余通道设计来提高终端1与终端2之间数据传输的可靠性。如果双冗余通道仍然不够，一般的做法是继续增加独立的冗余通道，然而，增加额外的数据通道意味着要增加一套额外的连接设备和线路，这样一来会大大提高硬件成本，并且也会导致设计上的一系列问题。如何尽可能少的增加硬件设备又能提高数据传输的可靠性，以应用于对数据传输可靠性要求较高的组网场景，尤其是航空航天相关领域的总线系统，是本技术所要解决的技术问题。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本技术提出了一种高可靠性冗余现场总线系统及数据处理装置。根据本技术的一个方面，提供了一种高可靠性冗余现场总线系统，该系统包括第一通信设备、第二通信设备和位于所述两个通信设备之间的两条或多条独立冗余链路，其特征在于，将分别位于不同的独立冗余链路上的通信节点互联，以使数据报文在从第一通信设备传输至第二通信设备的过程中具有更多的传输路径。所述通信节点或第二通信设备还包括冗余报文处理模块，用于剔除通过不同路径重复到达的报文。所述冗余报文处理模块具体包括：数据报文记录模块，用于记录数据报文到达该通信节点时的时间及数据报文ID；数据报文处理模块，用于在所述通信节点或第二通信设备接收到一个数据报文时，将该数据报文的ID与数据报文记录模块的所有记录逐一进行比较，如果存在具有相同ID的数据报文接收记录，且其接收时间还未超过老化阈值，则直接返回或发送所述相同记录报文对应的响应；如果不存在具有相同ID的数据报文接收记录，或者虽然存在具有相同ID的数据报文接收记录但其接收时间已超过老化阈值，则把该数据报文的ID及当前的时间戳信息交给数据报文记录模块进行记录，然后处理该数据报文。根据本技术的另一个方面，还提供了一种数据处理装置来完成冗余现场总线系统中的冗余报文处理，所述数据处理装置可以位于冗余链路上的通信节点或数据报文的接收设备。所述数据处理装置具体包括：数据报文记录模块，用于记录数据报文到达该通信设备时的时间及数据报文ID；数据报文处理模块，用于在所述通信设备接收到一个数据报文时，将所述数据报文的ID与数据报文记录模块的所有记录逐一进行比较，如果存在具有相同ID的数据报文接收记录，且其接收时间还未超过老化阈值，则直接返回或发送所述相同记录报文对应的响应；如果不存在具有相同ID的数据报文接收记录，或者虽然存在具有相同ID的数据报文接收记录但其接收时间已超过老化阈值，则把该数据报文的ID及当前的时间戳信息交给数据报文记录模块进行记录，然后处理该数据报文。与现有技术相比，本技术打破了传统冗余网络各余度分区互相隔离的结构，将原本独立的各冗余链路进行了互联，使得数据可以通过更多条路径进行数据包传递，大大提高数据传输的可靠性又尽可能减少硬件设备。同时为了解决由于交换机的转发可能导致目标网络节点收到多份同样的数据包，通过对网络各通信节点收到的传输报文进行处理，可实现对重复数据的滤除，从而仅保留本技术所提出的冗余网络的优点，又能去除其缺点，使其满足用户的最终需求。附图说明图1示出传统冗余网络的传输结构示意图。图2示出根据本技术的高可靠性冗余网络的传输结构示意图。图3示出传统冗余网络数据传输路径1。图4示出传统冗余网络数据传输路径2。图5示出本技术的冗余网络增加的数据传输路径3。图6示出本技术的冗余网络增加的数据传输路径4。图7示出通信节点的冗余管理流程图。图8示出通信节点链路层数据处理流程图。图9示出通信节点传输层数据处理流程图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细描述。参考图1的传统冗余网络的传输结构示意图和图2本技术的高可靠性冗余网络的传输结构示意图可以看出，本技术针对传统冗余网络在硬件设备上仅针对余度分区A、B增加了数据互联设备，硬件增加成本极小。但是传统冗余网络的数据传输路径只有如图3和图4所示的两条路径，本技术改进后的冗余网络则可以增加图5图6两条额外的报文传输路径，显然路径的增加大大提高了数据传输的可靠性，同时又没有增加太多的硬件设备。在本技术的冗余网络中，同时开启图3-图6所示的4条传输路径，整个网络是实时重构的，也即任意时刻，只要其中的任意一条路径正常，数据传输即可成功。与传统冗余网络相比，当出现两个单点故障时，网络自愈率可提升1倍。需要说明的是，图1-图6仅仅是示意性的，传统冗余网络的余度分区也可以是两个以上，只要将不同余度分区内的通信节点之间通过互联形成网络即可形成本技术的具有更多传输路径的冗余网络。在所有的传输路径全开的情况下，由于多条传输路径的存在，一个报文可能通过不同路径抵达同一个通信节点；由于检错重传处理，一个报文也可能在不同时间抵达同一个设备。本技术使网络中的所有设备能通过对比报文的部分参数，剔除重复到达的报文，这个过程称作余度管理。本技术的余度管理的核心在于：1)在一个交换机中，对一个报文只处理一次；2)在一个节点卡上，对一条消息只实际响应一次；3)在一个通信节点上，对一条消息只向主机报告一次。为了实现冗余管理，首先要建立报文的唯一性标识，以确认从不同路径或者不同时间到达的报文是否为同一个报文，这与报文格式严格相关。报文的唯一标识称作UPID（UniquePacketIndicator）。UPID由下表所示报文字段组成，在命令序号发生绕卷之前，协议规范应保证UPID的唯一性：表1UPID组成为了实现重复报文过滤的目的，需要对网络节点和交换机等通信节点都进行冗余管理。通信节点的冗余管理包括2层处理，第一层是链路层冗余管理，第二层是传输层管理，如图7所示。如图8示出了通信节点链路层数据处理流程图，具体如下：步骤1：首先建立一个全局的256级FIFO队列，记录字宽度128bits，总长度为4K字节；每一条记录包含：时间戳（64bits）+UPID（48bits）+保留（16bits）；步骤2：当接收到一个报文头时，首先以“Timestamp’64b+UPID’48b+0’16b”形成一条记录，然后把这一条记录与FIFO队列中的所有记录RecX逐条进行比较。如果FIFO队列中的记录已经超过5.2ms（对于1GE网络），则表明此条记录已经老化，略过此记录。如果FIFO队列中的记录还在生存期内，且该记录的UPID与新收到的报文的UPID相同，则表明此条报文已经被处理过了，返回，不再处理该报文。如果在生存期内的所有记录都没有与接收到的报文的UPID相同，表明这是一个新到达的报文，把这个新报文的记录“Timestamp’64b+UPID’48b+0’16b”压入FIFO队列，然后处理这个报文。在初始化时，要对FIFO队列的全部内存空间清零。另外，在直接返回或者处理接收到的报文之前，还要更新这个端口对应的MIB计数器，一个是冗余报文计数器，一个是有效报文计数器。在传输层，则要把链路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可靠性冗余现场总线系统，该系统包括第一通信设备、第二通信设备和位于两个通信设备之间的两条或多条独立冗余链路，其特征在于，将分别位于不同的独立冗余链路上的通信节点互联，以使数据报文在从第一通信设备传输至第二通信设备的过程中具有更多的传输路径。

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性冗余现场总线系统，该系统包括第一通信设备、第二通信设备和位于两个通信设备之间的两条或多条独立冗余链路，其特征在于，将分别位于不同的独立冗余链路上的通信节点互联，以使数据报文在从第一通信设备传输至第二通信设备的过程中具有更多的传输路径。2.如权利要求1所述的现场总线系统，其特征在于，所述通信节点或第二通信设备还包括冗余报文处理模块，用于剔除通过不同路径重复到达的报文。3.如权利要求2所述的现场总线系统，其特征在于，所述冗余报文处理模块具体包括：数据报文记录模块，用于记录数据报文到达所述通信节点或第二通信设备时的时间及数据报文ID；数据报文处理模块，用于在所述通信节点或第二通信设备接收到一个数据报文时，将该数据报文的ID与数据报文记录模块的所有记录逐一进行比较，如果存在具有相同ID的数据报文接收记录，且其接收时间还未超过老化阈值，则直接返回或发送所述相同记录报文对应的响应；如果不存在具有相同ID的数据报文接收记录，或者虽然存在具有相同ID的数据报文接收记录但其接收时间已超过老化阈值，则把该数据报文的ID及当前的时间戳信息交给数据报文记录模块进行记录，然后处...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑云龙，冷佳鹏，柳卯，
申请(专利权)人：北京中航通用科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11