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基于高可靠性综合控制的冗余以太网研究与实现

陈龙  
【摘要】:以太网技术从诞生开始,就以其领先的技术优势被应用在多个行业的各个角落,从而一举成为了当今局域网技术的主流。随着以太网技术的持续发展与需求的广泛提出,人们逐渐开始将以太网技术运用到一些可靠性相对较高的场合。其中,采用基于冗余结构的以太网能够很好地提高网络系统的整体可靠性,具有广阔的应用前景。然而,以太网设计的本身并未定义冗余通信特性。这就需要人们对以太网进行冗余改造设计。为了满足高可靠性的要求,必须从网络拓扑结构、传输方式以及协议等多个方面进行设计和优化。具有高可靠性的冗余以太网设计研究如今已经引起了行业足够的重视,成为一个备受关注的研究热点。本文依托航空科学基金2011年度课题项目“可用于高可靠综合控制的双冗余以太网络技术研究”,以设计与实现高可靠性综合控制的双冗余以太网为研究目的,开展了相关研究工作,主要研究内容和创新点如下: 1.在冗余以太网的拓扑结构的设计方面,采用了“节点冗余”和“网络冗余”相结合的方式,以太网交换机之间采用环形的方式相连,而终端节点的两个网卡分别与两个不同的以太网交换机进行连接,从而设计了整个网络的拓扑结构。这样保证了当某一条链路失效时,数据依旧可以从另外一条链路传输,从而提高网络的可靠性。 2.在数据结构、协议与通信设计方面,修改传统以太网络数据包格式和TCP/IP协议,并在网络应用层中添加冗余处理层来实现网络通信需求。随后,重点研究可用于高可靠综合控制的双冗余以太网络通讯的方法和技术方案。从网络发送端和接收端详细地对网络数据收发模式、冗余判断方法进行设计,并且采用冗余传输的方式,从而提高网络的可靠性。 3.在高可靠综合控制的双冗余以太网络通讯故障模式监控、故障恢复机制等方面,针对全网的链路情况,设计了故障响应机制,对故障的节点或者链路做出及时的预警,并且能够对网络的故障及时做出相应的链路切换。同时,能够识别网络所出现的扩充情况,并及时更新网络结构信息。 4.在高可靠双冗余以太网实现与验证方面,开发基于高可靠性综合控制的冗余以太网控制软件平台,通过软件可以实现对冗余以太网的控制和诊断工作。并通过详细的控制接口以及人性化的人机交互界面详细地叙述软件的设计与开发过程。并通过实验室搭建的网络平台,结合常用的软件测试方法,对该软件平台开展了网络通讯和故障诊断的测试,从而在接近真实的环境下对软件平台及高可靠双冗余以太网的可用性与可靠性进行充分的分析。


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