專利名稱：電纜冗余以及聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
電纜冗余以及聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
背景技術(shù)：
對于關(guān)鍵服務(wù)和企業(yè)經(jīng)營，個人、企業(yè)和政府正越來越依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算操作。在這樣的系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行時(shí)間對于基礎(chǔ)服務(wù)或經(jīng)營的平穩(wěn)運(yùn)行是至關(guān)重 要的，并且網(wǎng)絡(luò)故障必須立即得到隔離或修復(fù)。因此，在網(wǎng)絡(luò)故障條件下的故障隔離和自動 修復(fù)是更寬帶寬網(wǎng)絡(luò)和任務(wù)關(guān)鍵型網(wǎng)絡(luò)的決定性要求。另外，在典型網(wǎng)絡(luò)故障和修復(fù)情形 下，即使幾百毫秒數(shù)量級的延遲也是至關(guān)重要的。在制造或其它自動化系統(tǒng)中，在提供與集中系統(tǒng)相當(dāng)?shù)男阅艿耐瑫r(shí)，可以分散或 分布體系結(jié)構(gòu)。例如，Advantys STB(機(jī)頂盒)分布式I/O系統(tǒng)是開放、模塊化輸入/輸出 系統(tǒng)，使得設(shè)計(jì)主控制器經(jīng)由總線或通信網(wǎng)絡(luò)管理的自動化孤島成為可能。Advantys STB
I/O M^t^iMMViM(Schneider Automation Inc.)One High Street,
North Andover,Massachusetts的產(chǎn)品。在網(wǎng)絡(luò)故障情形下可以遇到的另一個問題是不能 在故障地點(diǎn)訪問物理鏈路或設(shè)備。經(jīng)常，該孤島和相關(guān)1/0模塊可能分得很散并且可能處在隔離地點(diǎn)中，或目標(biāo)系 統(tǒng)可能封閉在其它機(jī)器中。在這些類型的網(wǎng)絡(luò)操作中，難以在故障狀況下物理訪問遠(yuǎn)程1/0 模塊或網(wǎng)絡(luò)鏈路。而且，在像工業(yè)自動化系統(tǒng)那樣的網(wǎng)絡(luò)中，可靠性是至關(guān)重要的。例如，在 工廠里，如果網(wǎng)絡(luò)連接斷開了，操作人員可能會受到物理傷害。在這些類型的網(wǎng)絡(luò)操作中， 故障修復(fù)必須是自動的。隨著工業(yè)自動化應(yīng)用的日益復(fù)雜，工業(yè)裝置中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常包括經(jīng)由像 EtherNet(以太網(wǎng))/IP網(wǎng)絡(luò)那樣的網(wǎng)絡(luò)連接的許多設(shè)備。為了保證設(shè)備能夠以可靠方式相 互通信，冗余電纜連接經(jīng)常用于提供傳輸媒介。如果傳輸媒介未工作(例如，當(dāng)不小心除去 電纜時(shí))，控制器通?？赡苄枰欢蜗喈?dāng)長時(shí)間來檢測實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)中的未工作傳輸媒介。 一旦檢測到，控制器就可以重新配置傳輸路徑以利用冗余電纜連接。但是，在傳輸路徑的重 新配置期間，在網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備之間可能丟失了一些消息。在典型故障修復(fù)情形中，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)從當(dāng)前故障路徑改道或切換 到備份路徑。取決于實(shí)際冗余策略，備用或備份數(shù)據(jù)路徑可以是專用的，可以要求物理改變 連接，或可以是到有效或基本路徑的虛擬備份路徑。在網(wǎng)絡(luò)中提供冗余的當(dāng)前軟件方法要 求網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備分析或查找整個網(wǎng)絡(luò)以確定備份路徑?？焖偕蓸鋮f(xié)議(RSTP)和赫思曼 (Hirschmann)HIPER-環(huán)是兩種這樣的方法。在RSTP和赫思曼HIPER-環(huán)兩者中，在可以實(shí) 現(xiàn)改道之前必須查找整個網(wǎng)絡(luò)，既多花費(fèi)了時(shí)間又多出了將計(jì)算資源用于故障修復(fù)。另外， 在RSTP和赫思曼HIPER-環(huán)兩者中，實(shí)現(xiàn)故障修復(fù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須與網(wǎng)絡(luò)上的其它網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備通{曰ο因此，存在提供不明顯中斷運(yùn)行地在實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)中提供冗余傳輸媒介的可靠和 迅速手段的真正市場需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種在連接網(wǎng)絡(luò)控制器和1/0設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中支持電纜
6冗余的裝置、計(jì)算機(jī)可讀媒體和方法。該網(wǎng)絡(luò)通常包括交換機(jī)和支持多個適配器，其中在掃 描器與每個適配器之間配置兩種或更多種傳輸媒介。另外，交換機(jī)和路由器可以位于掃描 器與適配器之間。關(guān)于本發(fā)明的另一個方面，適配器包括第一端口和第二端口，用于分別在第一和 第二傳輸媒介上接收來自掃描器的第一和第二消息，其中這兩個消息包含相同輸出數(shù)據(jù)。 當(dāng)所述第一傳輸媒介在工作時(shí)，連接模塊向交換模塊發(fā)出指令，以將包含在所述第一消息 中的輸出數(shù)據(jù)引向一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)所述第一傳輸媒介未工作而所述第二傳輸媒介在工作 時(shí)，所述連接管理器向所述交換模塊發(fā)出指令，以將包含在所述第二消息中的輸出數(shù)據(jù)引 向所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。關(guān)于本發(fā)明的另一個方面，適配器將來自輸入數(shù)據(jù)的消息格式化。當(dāng)基本傳輸媒 介在工作時(shí)，連接管理器向交換機(jī)發(fā)出指令，以便將所述消息引向基本端口，以及當(dāng)所述基 本傳輸媒介未工作而輔助傳輸媒介在工作時(shí)，向所述交換機(jī)發(fā)出指令，以便將所述消息引 向輔助端口。關(guān)于本發(fā)明的另一個方面，適配器預(yù)約多播地址，以便在正常工作期間在第二端 口上接收的消息與在第一端口上接收的消息相同。因此，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)由多播尋址到達(dá)所述 適配器。關(guān)于本發(fā)明的另一個方面，當(dāng)?shù)谝粋鬏斆浇槲垂ぷ鞫诙鬏斆浇樵诠ぷ鲿r(shí)，適 配器動態(tài)地將第二端口的分配地址改變成第一端口的地址。因此，通信伙伴不用檢測可能 迫使所述通信伙伴與正常工作不同地工作的通信錯誤。


通過結(jié)合附圖進(jìn)行如下描述，可以更完整地了解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，相同 標(biāo)號指示相同特征，以及其中圖1示出了按照本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)控制器與I/O設(shè)備交互的系統(tǒng)；圖2示出了按照本發(fā)明實(shí)施例在網(wǎng)絡(luò)設(shè)施上與適配器連接的網(wǎng)絡(luò)控制器；圖3示出了按照本發(fā)明實(shí)施例在兩種傳輸媒介上與目標(biāo)適配器通信的掃描器；圖4示出了按照本發(fā)明實(shí)施例當(dāng)從掃描器接收消息時(shí)在正常工作期間的適配器；圖5示出了按照本發(fā)明實(shí)施例當(dāng)從掃描器接收消息時(shí)在異常工作期間(傳輸媒介 出故障)的適配器；圖6示出了按照本發(fā)明實(shí)施例當(dāng)向掃描器發(fā)送消息時(shí)在正常工作期間的適配器； 以及圖7示出了按照本發(fā)明實(shí)施例當(dāng)向掃描器發(fā)送消息時(shí)在異常工作期間的適配器。
具體實(shí)施例方式在各種實(shí)施例的如下描述中，將參考形成其一部分、和通過例示可以實(shí)踐本發(fā)明 的各種實(shí)施例示出的附圖。應(yīng)該明白，也可以使用其它實(shí)施例，并且可以不偏離本發(fā)明的范 圍地作出結(jié)構(gòu)和功能修改。下面闡明與本文的討論有關(guān)的術(shù)語。掃描器可以對連接請求作出響應(yīng)并可以初始化連接的一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。關(guān)于主從關(guān)系，掃描器被歸類到主設(shè)備。關(guān)于EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)，掃描器在連接建立階段期間與掃描 器類設(shè)備相聯(lián)系，并通常直接與控制器連接。適配器與掃描器通信但不初始化連接的一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。關(guān)于主從關(guān)系，適配 器在連接建立階段期間被歸類到從設(shè)備。適配器的例子包括I/O設(shè)備和變速設(shè)備。關(guān)于 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)，適配器與適配器類設(shè)備相聯(lián)系。圖1示出了按照本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)控制器101與I/O設(shè)備103-109交互的系統(tǒng) 100。作為一個例子，網(wǎng)絡(luò)控制器，或在本實(shí)施例中，可編程邏輯控制器(PLC) 101通過沿著 正向在路徑151和153上發(fā)送重復(fù)消息與I/O設(shè)備(適配器)103通信。(實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)控 制器101只將一個多播消息發(fā)送給交換機(jī)111。因此，交換機(jī)111在路徑151和153上將多 播消息發(fā)送給I/O設(shè)備103) —種路徑可以利用菊花鏈配置穿過網(wǎng)絡(luò)路由器和交換機(jī)(例 如，網(wǎng)絡(luò)路由器/交換機(jī)111和113)和/或其它I/O設(shè)備(例如，I/O設(shè)備109)。(在顯 示在圖1中的例子中，從網(wǎng)絡(luò)控制器101到每個I/O設(shè)備103-109可以構(gòu)成兩種路徑)正 如將更詳細(xì)討論的那樣，如果路徑151或路徑153出故障(例如，當(dāng)錯誤地除去電纜時(shí))，在 確定路徑151出故障之后，可以不建立新路徑地繼續(xù)從網(wǎng)絡(luò)控制器101到I/O設(shè)備103的 傳輸。在反向(例如，從I/O設(shè)備103到網(wǎng)絡(luò)控制器101)中，I/O設(shè)備103可以在路徑 155上發(fā)送消息(雖然正向和反向的故障機(jī)構(gòu)可能是對稱的，但本發(fā)明的實(shí)施例可以支持 非對稱故障節(jié)點(diǎn))。當(dāng)故障機(jī)構(gòu)是對稱的時(shí)，如果在正向路徑151出故障了，那么，I/O設(shè)備 103可以沿著反向在路徑155上與網(wǎng)絡(luò)控制器101通信。圖2示出了按照本發(fā)明實(shí)施例在網(wǎng)絡(luò)設(shè)施207 (例如，如圖1所示的系統(tǒng)100的網(wǎng) 絡(luò))上與適配器209-213連接的網(wǎng)絡(luò)控制器101。對于本發(fā)明的實(shí)施例，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施207可以 采用不同類型的網(wǎng)絡(luò)，包括使用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議-用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)的以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)控 制器101包括駐留在網(wǎng)絡(luò)接口 205內(nèi)的掃描器203。網(wǎng)絡(luò)接口 205可以是裝配在網(wǎng)絡(luò)控制 器205背面上的通信卡。即使將EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)用作主要例子，也可以支持依賴于數(shù)據(jù) 消息的多播或廣播的任何通信協(xié)議。設(shè)備掃描器203與適配器209-213通信，兩者可以在本地(位于網(wǎng)絡(luò)控制器101 的背面)也可以在遠(yuǎn)處(在網(wǎng)絡(luò)設(shè)施207上)。為了存儲與適配器209-213有關(guān)的數(shù)據(jù)， 可以提供設(shè)備掃描表。(設(shè)備掃描表可以包括可以被掃描器203用于與適配器209-213通 信的參數(shù))為了使用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(例如，UDP)在設(shè)備掃描器203與網(wǎng)絡(luò)設(shè)施207之間接 口，可以提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口，例如，帶有以太網(wǎng)驅(qū)動器的UDP/IP堆棧。關(guān)于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，網(wǎng) 絡(luò)設(shè)施207通常提供互連I/O設(shè)備209-213的快速、靈活、和便利方式，并且可以支持與多 個網(wǎng)絡(luò)控制器(未示出)的互連。網(wǎng)絡(luò)控制器101通常包含其中運(yùn)行軟件或固件的微處理器和存儲器(例如，隨機(jī) 訪問存儲器(RAM))。網(wǎng)絡(luò)控制器101可以存儲包含與掃描表相聯(lián)系的參數(shù)的配置表。一旦 啟動網(wǎng)絡(luò)接口 205和/或設(shè)備掃描器203，就可以將配置表內(nèi)的參數(shù)讀到掃描表中。但是， 本發(fā)明的實(shí)施例可以具有通過其它手段，例如，通過位于網(wǎng)絡(luò)接口 205上的網(wǎng)頁(可通過萬 維網(wǎng)(WWW)訪問)讀到掃描表中的參數(shù)?？商娲?，可以通過用戶個人計(jì)算機(jī)上的用戶創(chuàng) 建/編輯文件將參數(shù)放置到掃描表中。用戶可以使用文件傳送協(xié)議(FTP)或一些其它傳送 手段從遠(yuǎn)處將文件發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)接口 205。對于本發(fā)明的實(shí)施例，網(wǎng)絡(luò)接口 205還含有運(yùn)行包括IO掃描任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)接口 205上的各種任務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。圖3示出了按照本發(fā)明實(shí)施例在兩種傳輸媒介353和355上與目標(biāo)適配器303通 信的掃描器301。該示范性實(shí)施例利用EtherNet/IPTM(以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議)，但本發(fā)明的實(shí)施 例可以支持其它協(xié)議。EtherNet/IP是工業(yè)自動化應(yīng)用的開放工業(yè)應(yīng)用層協(xié)議。它受到開 放設(shè)備網(wǎng)銷售商協(xié)會(ODVA)支持。當(dāng)構(gòu)建在標(biāo)準(zhǔn)TCP/UDP/ID協(xié)議之上時(shí)，EtherNet/IP利 用以太網(wǎng)硬件和軟件來定義用于配置、訪問、和控制工業(yè)自動化設(shè)備的應(yīng)用層協(xié)議。如圖3所示，網(wǎng)絡(luò)300以及網(wǎng)絡(luò)300內(nèi)的設(shè)備支持電纜冗余。網(wǎng)絡(luò)300支持包括 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備中的菊花鏈環(huán)路的電纜冗余。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以支持利用 Modbus/TCP的菊花鏈環(huán)路體系結(jié)構(gòu)或Modbus/TCP網(wǎng)絡(luò)。Modbus是供可編程邏輯控制器使 用的串行通信協(xié)議。Modbus允許與相同網(wǎng)絡(luò)(例如，測量溫度和濕度并將結(jié)果傳送給計(jì)算 機(jī)的系統(tǒng))連接的許多設(shè)備之間的通信。Modbus通常用于在監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)獲取中將監(jiān)督 計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端單元連接。Modbus協(xié)議既支持串行端口又支持以太網(wǎng)端口。對于本發(fā)明的實(shí)施例，只在單獨(dú)從設(shè)備(例如，適配器303-309)中實(shí)現(xiàn)改變，而在 已經(jīng)利用現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)部署的主設(shè)備(例如，掃描器301)中沒有改變。分布式控制網(wǎng) 絡(luò)中故障的常見模式是網(wǎng)絡(luò)電纜斷開。電纜冗余指的是從控制設(shè)備(例如，可編程邏輯控 制器(和它的網(wǎng)絡(luò)掃描器))到從設(shè)備(例如，適配器)存在多種路徑，從而從設(shè)備含有到 網(wǎng)絡(luò)(最終，控制設(shè)備)的兩條或更多條電纜連接的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這樣的體系結(jié)構(gòu)被設(shè) 計(jì)成允許一條或多條電纜無意或有意斷開，而保持設(shè)備之間的無中斷通信。EtherNet/IP設(shè)備(例如，目標(biāo)適配器303)配置兩個或更多個物理以太網(wǎng)端口，以 便利用網(wǎng)絡(luò)300的冗余電纜體系結(jié)構(gòu)。例如，目標(biāo)適配器可以包含適配器類設(shè)備，例如，帶 有兩個以太網(wǎng)端口 ethO和ethl的Advantys EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)接口模塊，以太網(wǎng)端口 ethO 和ethl分別具有它自己的IP地址IPO和IP1。但是，本發(fā)明的實(shí)施例可以支持不止兩個以 太網(wǎng)端口(每個端口與一種傳輸媒介相聯(lián)系)，以便在中間交換機(jī)和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中達(dá)到 更大抗電纜丟失以及故障的健壯性。目標(biāo)適配器303內(nèi)的兩個以太網(wǎng)端口可以經(jīng)由受管理交換機(jī)311來連接。由于多 播分組是在以太網(wǎng)上經(jīng)由通信媒介353和355廣播的，因此，當(dāng)受管理交換機(jī)311從掃描器 301接收到多播分組351時(shí)，受管理交換機(jī)311將經(jīng)由一個端口接收的分組(多播消息)發(fā) 送給另一個端口。為了更大的靈活性和更高的性能，受管理交換機(jī)311可以利用因特網(wǎng)群 體管理協(xié)議(IGMP)窺探。目標(biāo)適配器303內(nèi)的兩個以太網(wǎng)端口可以經(jīng)由受管理交換機(jī)311來連接。如果交 換機(jī)311支持IGMP窺探，那么，當(dāng)它從掃描器301接收到目的地為適配器303的多播分組 351時(shí)，它將經(jīng)由路徑353和355，而不是經(jīng)由路徑357轉(zhuǎn)發(fā)分組。在不用IGMP窺探的情況下，交換機(jī)(在層2上)可以采取將多播分組注入網(wǎng)絡(luò) 300內(nèi)的所有端口(對應(yīng)于如圖3所示的其它適配器305-309和313或如圖1所示的I/O 設(shè)備105-109)中。但是，對于本發(fā)明的實(shí)施例，受管理交換機(jī)311攔截(窺探)在接口上 從主機(jī)接收的IGMP加入和離開消息。將業(yè)務(wù)只轉(zhuǎn)發(fā)給已經(jīng)加入多播群中的那些端口(例 如，與目標(biāo)適配器303相聯(lián)系的ethO/IPO和ethl/IPl)，而不是轉(zhuǎn)發(fā)給其它適配器313。繼 續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)，直到端口(客戶機(jī))發(fā)出離開消息，那時(shí)，受管理交換機(jī)311停止向端口轉(zhuǎn)發(fā) 業(yè)務(wù)。當(dāng)所有端口(節(jié)點(diǎn))都離開多播群時(shí)，受管理交換機(jī)311刪掉業(yè)務(wù)。
可替代地，可以將VLAN建立成使環(huán)路中的不需要的(廣播)分組最少。在虛擬 LAN(VLAN)中，可以將一群網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與不同物理段連接，但表現(xiàn)為像它們處在相同真實(shí)LAN 上似的。這樣的聚集可以使交換機(jī)形成不同廣播域，從而減少廣播分組數(shù)量。圖4示出了按照本發(fā)明實(shí)施例當(dāng)從掃描器301接收消息時(shí)在正常工作期間的適配 器303。將匯編對象(對應(yīng)于存儲在緩沖器中的數(shù)據(jù)屬性)用在EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中傳送 在生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間傳送的輸入和輸出數(shù)據(jù)。(匯編對象可以包含像名稱和標(biāo)識、文件收 集、和安全規(guī)定那樣的基本信息。設(shè)備可以含有與例如分立輸出和模擬輸出相對應(yīng)的多個 輸出匯編對象)如圖3所示，緩沖器(A0_0UT)415存儲用于輸出數(shù)據(jù)的匯編對象。如圖6 所示，緩沖器(A0_IN)601存儲用于輸入數(shù)據(jù)的匯編對象。但是，本發(fā)明的實(shí)施例可以不采 用用于輸入和輸出數(shù)據(jù)的分離的對象。為了提供冗余，陰影緩沖器(shadow buffer) (A0_0UT_S) 417為與輸出數(shù)據(jù)綁定的 常規(guī)接收匯編對象(如存儲在緩沖器415中那樣)存儲與相同數(shù)據(jù)屬性綁定的陰影匯編對 象。將經(jīng)由端口 407接收的數(shù)據(jù)填入A0_0UT_415中，而將經(jīng)由端口 409接收的數(shù)據(jù)填入 A0_0UT_S 中。在網(wǎng)絡(luò)/設(shè)備配置期間，EtherNet/IP掃描器301觀看特定IP地址IPO上的適配 器303。然后，掃描器301建立與適配器303的類別1連接(隱性消息)。對于正向和反向 (掃描器到適配器和適配器到掃描器)，網(wǎng)絡(luò)300可以使用多播選項(xiàng)。當(dāng)在掃描器301與適 配器303 (適配器303的端口 eth0/IP0407預(yù)約在連接建立階段期間商定的多播地址)之 間建立起類別1連接時(shí)，適配器303內(nèi)部觸發(fā)第二以太網(wǎng)端口(ethl/IPl)409，以便也預(yù)約 端口(eth0/IP0)407預(yù)約的相同多播地址。如上所述，受管理交換機(jī)311可以提供多播消 息的路由。在完成了上述的配置之后，每當(dāng)掃描器301向適配器多播隱性消息時(shí)，就通過經(jīng) 由冗余路徑/電纜的接口將分組傳送給IPO端口 407 (經(jīng)由傳輸媒介451)和IPl端口 409 (經(jīng)由傳輸媒介453)。如果兩種傳輸媒介451和453 (來到ethO端口 407和ethl端口 409)是在線的(up)和有效的，則經(jīng)由ethO/IPO端口 407到達(dá)的隱性消息用于更新A0_0UT 緩沖器415 (越過路徑455、交換機(jī)411、堆棧413、和路徑459)。(傳輸媒介的適當(dāng)工作要求 沿著路徑的相關(guān)電纜以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的完整性)經(jīng)由ethl/IPl端口 409到達(dá)的相同隱性消 息用于更新A0_0UT_S緩沖器417 (越過路徑457、交換機(jī)411、堆棧413、和路徑461)。A0_ OUT緩沖器415中的數(shù)據(jù)用于更新該類別中的映射屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)421，而A0_0UT_S緩沖器 417中的數(shù)據(jù)處于休眠狀態(tài)。在顯示在圖4中的例子中，假設(shè)eth0/IP0端口 407是在路徑463和467上通過交 換模塊419更新屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)421的主要/默認(rèn)(基本)端口。由于事先不知道哪個端口 更好，適配器303選擇一個端口作為基本的?；径丝?如圖4所示的端口 407)保持基本 端口，除非/直到適配器檢測到網(wǎng)絡(luò)連接中斷，例如，電纜斷開。正如將在圖5中討論的那 樣，如果在基本端口 407 (ethO)中存在電纜斷開或其它網(wǎng)絡(luò)故障，則將A0_0UT_S緩沖器417 而不是A0_0UT緩沖器415用于更新在對象中映射的屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)421。連接管理器423監(jiān)視傳輸媒介451和453的完整性，并分別通過控制信號471和 469配置交換機(jī)411和交換模塊419，以便當(dāng)傳輸媒介451在工作時(shí)，從A0_0UT緩沖器415 更新屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)421。當(dāng)確定傳輸路徑是否在工作時(shí)，連接管理器423可以考慮消息的
10丟失(例如，當(dāng)電纜斷開時(shí))以及消息延遲(可以由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和中間適配器中的延遲引 起)。例如，如果多播分組到達(dá)端口 409 (ethl)比到達(dá)端口 407(eth0)早得多，那么，連接管 理器423可以選擇端口 409作為基本端口。正如將結(jié)合圖5討論的那樣，連接管理器423 分別利用控制信號553和555配置交換模塊419和交換機(jī)411，以便通過路徑465和551從 A0_0UT_S緩沖器417更新屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)421。對于顯示在圖4中的實(shí)施例，處理器403支持UDP/IP堆棧413、連接管理器423、 緩沖器415和417、交換模塊419、以及屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)421的功能。處理器403利用存儲處 理器403要執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲器(未明確示出)，以便支持上述功能。圖5示出了按照本發(fā)明實(shí)施例當(dāng)從掃描器300接收消息時(shí)在異常工作期間的適 配器303。如果在基本端口 407(eth0)中存在電纜斷開，則A0_0UT緩沖器415不再用于更 新如在匯編對象中映射的屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)421。取而代之，適配器303使用A0_0UT_S緩沖器 417。隨著ethl端口 409繼續(xù)從掃描器301接收隱性消息，沒有消息丟失，因?yàn)樵趥鬏斆浇?451出故障之前已經(jīng)建立起與端口 409的連接。正如前面討論過的那樣，如果希望健壯性較 大，則可以支持帶有附加傳輸媒介的附加端口。注意，取決于適配器303的能力和配置，可以將經(jīng)由一個以太網(wǎng)端口接收的任何 多播分組發(fā)送給另一個以太網(wǎng)端口。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可以支持讓消息穿過適配器 (例如，如圖3所示的適配器)到達(dá)目標(biāo)適配器303的菊花鏈配置。在這樣的情況下，如果 適配器接收到未引向該適配器的多播分組，則該適配器經(jīng)由其它端口將分組發(fā)出(延遲)。為了確定傳輸媒介是否在工作，本發(fā)明的實(shí)施例可以利用檢測物理信號丟失的物 理級檢測方案。為了確定在路徑中是否存在問題(例如，掃描器301與適配器303之間的路 徑中的交換機(jī)之一掉線了)，檢測方案可以使用某種超時(shí)。對于EtherNet/IP，由于掃描器 301可以周期性地向適配器303發(fā)送新多播分組，因此檢測方案可以依賴于輸出數(shù)據(jù)消息 本身。如果在端口 407(eth0)上沒有接收到新分組(超過預(yù)期的時(shí)間)，但端口 409 (ethl) 接收到新分組，那么，連接管理器423可以確定端口 407掉線了而端口 409在線上。作為另 一個例子，適配器303對傳輸媒介451監(jiān)視來自掃描器301的心跳信號，以確定傳輸媒介 451是否在工作。心跳信號可以包含來自掃描器301的周期性發(fā)送消息。如果適配器303 在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)未接收到心跳信號，適配器303認(rèn)為傳輸媒介451未工作。在這樣的情 況下，如果在端口 409上檢測到心跳信號，那么，適配器303使用A0_0UT_S緩沖器417更新 屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)421。圖6示出了按照本發(fā)明實(shí)施例當(dāng)向掃描器301發(fā)送消息時(shí)在正常工作期間的適配 器303。如前面討論過的從掃描器301到適配器303的操作改變成從適配器303到掃描器 301的操作。處理器403存儲來自屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)601的匯編對象，然后將匯編對象插入A0_ IN緩沖器603中。然后，處理器403將來自屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)601中的數(shù)據(jù)屬性的發(fā)送消息格 式化。在正常工作期間，如連接管理器通過控制信號657和659控制的那樣，將基本端口 407用于通過交換機(jī)411、路徑653、和基本傳輸媒介655將格式化消息發(fā)送給掃描器301。圖7示出了按照本發(fā)明實(shí)施例當(dāng)向掃描器301發(fā)送消息時(shí)在異常工作期間的適配 器303。如果適配器303在傳輸媒介655 (對應(yīng)于基本端口 407)中檢測到電纜損壞，適配器 303動態(tài)地將與ethl端口 409綁定的IP地址改變到ethO端口 407使用的IP地址。如連 接管理器423通過控制信號755和757控制的那樣，適配器303通過路徑751和輔助端口409，在輔助傳輸媒介753上發(fā)送消息。適配器303與傳輸中斷之前一樣繼續(xù)發(fā)送消息。但 是，掃描器301的操作對于適配器303上的重新配置來說是透明的。為了支持到適配器303的傳輸和來自適配器303的傳輸，傳送到冗余電纜連接可 以是無縫的，即，沒有分組會丟掉。此外，適配器303的特征與EtherNet/IP技術(shù)和規(guī)范一 致，以保護(hù)在掃描器301和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(包括傳輸媒介和交換機(jī))方面的投資。對于本發(fā)明的實(shí)施例，可以利用基于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)假定傳輸完整性的對稱性。換句話 說，如果從掃描器301到適配器303檢測到傳輸故障，適配器303就認(rèn)為從適配器303到掃 描器301的傳輸因相同傳輸媒介也發(fā)生了故障。如果正是這樣，適配器303利用其它端口 將消息發(fā)送給掃描器301。但是，本發(fā)明的其它實(shí)施例可以不假定對稱的傳輸完整性，其中 不同傳輸媒介用于掃描器301與適配器303之間的正向和反向，并且可以獨(dú)立地檢測每種 傳輸媒介的物理鏈路狀態(tài)。例如，端口 407(eth0)的接收鏈路可能是好的，而端口 407的發(fā) 送鏈路可能壞了。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該懂得，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及包含控制該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指令 的相關(guān)計(jì)算機(jī)可讀媒體可以用于實(shí)現(xiàn)本文公開的示范性實(shí)施例。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括像 微處理器那樣的至少一臺計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號處理器、和相關(guān)外圍電路。雖然已經(jīng)針對包括實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選方式的特定例子對本發(fā)明作了描述，但 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該懂得，存在許多在所附權(quán)利要求書所述的本發(fā)明的精神和范圍 之內(nèi)的上述系統(tǒng)和技術(shù)的變化和置換。
權(quán)利要求
一種適配器，包括第一端口，配置成經(jīng)由第一傳輸媒介接收第一接收消息，其中所述第一接收消息包含輸出數(shù)據(jù)；第二端口，配置成經(jīng)由第二傳輸媒介接收第二接收消息，其中所述第二接收消息包含所述輸出數(shù)據(jù)；與所述第一端口和所述第二端口耦合的交換模塊；包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲模塊；以及連接管理器，配置成確定所述第一傳輸路徑和所述第二傳輸路徑是否在工作；當(dāng)所述第一傳輸路徑在工作時(shí)，向所述交換模塊發(fā)出指令，以便將包含在所述第一接收消息中的所述輸出數(shù)據(jù)引向所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；以及當(dāng)所述第一傳輸路徑未工作而所述第二傳輸路徑在工作時(shí)，向所述交換模塊發(fā)出指令，以便將包含在所述第二接收消息中的所述輸出數(shù)據(jù)引向所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的適配器，其中，所述適配器包含I/O設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述的適配器，其中，所述適配器支持以太網(wǎng)/IP協(xié)議。
4.如權(quán)利要求1所述的適配器，進(jìn)一步包括 交換機(jī)；以及格式化模塊，配置成將來自輸入數(shù)據(jù)的發(fā)送消息格式化； 所述連接管理器被進(jìn)一步配置成當(dāng)所述第一傳輸路徑在工作時(shí)，向所述交換機(jī)發(fā)出指令，以便將所述發(fā)送消息引向所 述第一端口 ；以及當(dāng)所述第一傳輸路徑未工作而所述第二傳輸路徑在工作時(shí)，向所述交換機(jī)發(fā)出指令， 以便將所述發(fā)送消息引向所述第二端口。
5.如權(quán)利要求1所述的適配器，進(jìn)一步包括第一輸出緩沖器，配置成將所述第一接收消息從所述交換機(jī)傳送到所述交換模塊。
6.如權(quán)利要求5所述的適配器，進(jìn)一步包括第二輸出緩沖器，配置成將所述第二接收消息從所述交換機(jī)傳送到所述交換模塊。
7.如權(quán)利要求6所述的適配器，其中，所述第二輸出緩沖器綁定到與所述第一輸出緩 沖器相同的數(shù)據(jù)屬性。
8.如權(quán)利要求4所述的適配器，進(jìn)一步包括輸入緩沖器，配置成將所述發(fā)送消息傳送到所述交換機(jī)。
9.如權(quán)利要求1所述的適配器，其中，所述適配器是工業(yè)自動化系統(tǒng)的一部分。
10.一種方法，包括經(jīng)由第一傳輸路徑在第一端口上接收第一接收消息，其中所述第一接收消息包含輸出 數(shù)據(jù)；經(jīng)由第二傳輸路徑在第二端口上接收第二接收消息，其中所述第二接收消息包含所述 輸出數(shù)據(jù)；確定所述第一傳輸路徑和所述第二傳輸路徑是否在工作；當(dāng)所述第一傳輸路徑在工作時(shí)，將包含在所述第一接收消息中的所述輸出數(shù)據(jù)引向所2述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；以及當(dāng)所述第一傳輸路徑未工作而所述第二傳輸路徑在工作時(shí)，將包含在所述第二接收消 息中的所述輸出數(shù)據(jù)引向所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括 將來自輸入數(shù)據(jù)的發(fā)送消息格式化；當(dāng)所述第一傳輸路徑在工作時(shí)，將所述發(fā)送消息引向第一端口 ；以及 當(dāng)所述第一傳輸路徑未工作而所述第二傳輸路徑在工作時(shí)，將所述發(fā)送消息引向第二 端□。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括 將第一指定地址與第一端口相聯(lián)系。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括 預(yù)約在連接建立階段期間分配的多播地址。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，在所述第一端口上接收所述第一接收消息，其中所述第一端口與所述 第一指定地址相聯(lián)系；以及在所述第二端口上接收所述第二接收消息，其中所述第二端口與所述第二指定地址相 聯(lián)系。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，不用外部配置地通過預(yù)約所述多播地址自動配 置所述第二端口。
16.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述第一傳輸路徑未工作而所述第二傳輸路徑在工作時(shí)，動態(tài)地將所述第二端口的 分配地址改變成所述第一端口的地址。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，適配器是工業(yè)自動化系統(tǒng)的一部分。
18.一種適配器，包括第一端口，配置成接收在第一傳輸路徑上發(fā)送的第一信號，所述第一信號包含接收數(shù)據(jù)；第二端口，配置成接收在第二傳輸路徑上發(fā)送的第二信號，所述第二信號包含所述接 收數(shù)據(jù)；存儲模塊；與所述第一和第二端口以及所述存儲模塊連接的交換模塊；以及 連接管理器，配置成監(jiān)視在所述第一和第二傳輸路徑上接收的信號，并且控制所述交 換模塊的狀態(tài)，以便使所述交換模塊提供所述存儲模塊與所述第一傳輸路徑或所述第二傳 輸路徑之間的連接。
19.如權(quán)利要求18所述的適配器，其中，所述適配器是工業(yè)自動化系統(tǒng)的一部分。
20.一種系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)控制器，配置成發(fā)送多播分組；以及 含有第一端口和第二端口的目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備；支持第一和第二傳輸路徑的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，配置成獲取所述多播分組，并根據(jù)所述多播分 組，將第一多播消息轉(zhuǎn)發(fā)給所述第一端口，而將第二多播消息轉(zhuǎn)發(fā)給所述第二端口，其中所述第一多播消息和所述第二多播消息分別包含相同輸出數(shù)據(jù)；以及 所述目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備進(jìn)一步包含與所述第一端口和所述第二端口耦合的交換模塊，配置成獲取包含 在所述第一和第二多播消息中的所述相同輸出數(shù)據(jù)； 包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲模塊；以及 連接管理器，配置成確定所述第一傳輸路徑和所述第二傳輸路徑是否在工作；當(dāng)所述第一傳輸路徑在工作時(shí)，向所述交換模塊發(fā)出指令，以便將所述第一多播消息 的所述相同輸出數(shù)據(jù)引向所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；以及當(dāng)所述第一傳輸路徑未工作而所述第二傳輸路徑在工作時(shí)，向所述交換模塊發(fā)出指 令，以便將所述第二多播消息的所述相同輸出數(shù)據(jù)引向所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備含有第三端口。
22.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備進(jìn)一步包含 交換機(jī)；所述目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備被配置成 將來自輸入數(shù)據(jù)的設(shè)備消息格式化；當(dāng)所述第一傳輸路徑在工作時(shí)，向所述交換機(jī)發(fā)出指令，以便將所述設(shè)備消息引向所 述第一端口 ；以及當(dāng)所述第一傳輸路徑未工作而所述第二傳輸路徑在工作時(shí)，向所述交換機(jī)發(fā)出指令， 以便將所述設(shè)備消息引向所述第二端口。
23.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)控制器將第一指定地址與所述第一端 口相聯(lián)系。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備預(yù)約在連接建立階段期 間分配的多播地址。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中 所述目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備預(yù)約所述多播地址；通過所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，將所述第一多播消息發(fā)送給與所述第一指定地址相對應(yīng)的所述第 一端口 ；以及通過所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，將所述第二多播消息發(fā)送給與所述第二指定地址相對應(yīng)的所述第二端口。
26.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備包含第三端口；所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)施支持配置成將第三多播消息轉(zhuǎn)發(fā)給所述第三端口的第三傳輸路徑；以及 所述第三多播消息包含所述相同輸出數(shù)據(jù)。
27.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)施包含受管理交換機(jī)，配置成響應(yīng)所述多播分組的獲取，生成所述第一多播消息和所述第二 多播消息。
28.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)施包含虛擬局域網(wǎng)(VLAN)，用于分段所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，以便減少不需要的廣播分組。
29.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一傳輸路徑未工作而所述第二傳輸路 徑在工作時(shí)，所述目標(biāo)輸入/輸出設(shè)備動態(tài)地將所述第二端口的分配地址改變成所述第一 端口的地址。
30.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是工業(yè)自動化系統(tǒng)的一部分。
31.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，包括另一 I/O設(shè)備，配置成將接收的多播消息傳遞給所述目標(biāo)I/O設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明的各個方面提供了在連接網(wǎng)絡(luò)控制器(101)和I/O設(shè)備(109)(適配器)的網(wǎng)絡(luò)中支持電纜冗余的裝置、系統(tǒng)和方法。適配器包括第一端口(407)和第二端口(409)，用于分別在第一和第二傳輸媒介(353，355)上接收來自掃描器(301)的相同消息。連接管理器模塊(423)指令交換模塊(419)，當(dāng)?shù)谝粋鬏斆浇樵诠ぷ鲿r(shí)，將包含在第一消息中的輸出數(shù)據(jù)引向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(421)，當(dāng)?shù)谝粋鬏斆浇槲垂ぷ鲿r(shí)，將包含在第二消息中的輸出數(shù)據(jù)引向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。此外，適配器將來自輸入數(shù)據(jù)的消息格式化。連接管理器指令交換機(jī)(411)，當(dāng)基本傳輸媒介(655)在工作時(shí)，將所述消息引向基本端口(407)，當(dāng)基本傳輸媒介(753)未工作時(shí)，將所述消息引向輔助端口(409)。
文檔編號H04L1/22GK101965691SQ200880127662
公開日2011年2月2日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者肯尼思·S·李 申請人:施耐德電氣美國股份有限公司