公用事業(yè)通信方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明關(guān)于使用并行冗余協(xié)議PRP（IEC62439-3）用于流量復(fù)制以及該復(fù)制流量在單分組交換廣域通信網(wǎng)絡(luò)（其包括在網(wǎng)狀拓?fù)渲薪?jīng)由節(jié)點(diǎn)間鏈路而互連的多個(gè)節(jié)點(diǎn)）中的冗余輸送。它牽涉在發(fā)送與接收節(jié)點(diǎn)之間識(shí)別兩個(gè)截然不同的通信路徑（除發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)外沒有共同的鏈路或節(jié)點(diǎn)）的步驟，以及配置發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)以根據(jù)并行冗余協(xié)議PRP運(yùn)行的步驟。在規(guī)則運(yùn)行期間的任何時(shí)間，并且對(duì)于要從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)浇邮展?jié)點(diǎn)的任何關(guān)鍵消息，則生成兩個(gè)冗余包，并且這些冗余包中的每個(gè)經(jīng)由兩個(gè)通信路徑中的一個(gè)發(fā)送，從而促成通信網(wǎng)絡(luò)的可用性增加而不招致全網(wǎng)絡(luò)復(fù)制的成本。
【專利說(shuō)明】公用事業(yè)通信方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及公用事業(yè)通信的領(lǐng)域，特別地涉及通過(guò)具有網(wǎng)狀拓?fù)浜透呖捎眯缘耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的廣域通信。
【背景技術(shù)】
[0002]公用事業(yè)在連續(xù)基礎(chǔ)上并且經(jīng)由適合的傳輸和分配系統(tǒng)提供水、氣或電能。后者包括站點(diǎn)，例如源和變電站，其必須采用一個(gè)或另一個(gè)方式跨幾百公里的距離協(xié)調(diào)。在它們的公用事業(yè)通信系統(tǒng)內(nèi)，多種消息在公用事業(yè)的遠(yuǎn)程站點(diǎn)之間的長(zhǎng)距離通信鏈路上交換，以便安全地傳輸和分配水、氣或電能。
[0003]為了長(zhǎng)距離地從一個(gè)站點(diǎn)安全地傳輸消息到另一個(gè)，公用事業(yè)可恢復(fù)到廣域通信網(wǎng)絡(luò)(WAN)。在目前的上下文下，WAN可以是基于例如光纖或引導(dǎo)線的兩個(gè)站點(diǎn)之間的專用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信鏈路、例如通過(guò)SDH/HDLC的以太網(wǎng)等具有保證的數(shù)據(jù)率的面向連接的通信網(wǎng)絡(luò)或面向包的通信網(wǎng)絡(luò)，其互連公用事業(yè)的許多站點(diǎn)，并且包括例如交換機(jī)、中繼器和處于物理層的可能的光學(xué)傳輸介質(zhì)等多個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)元件。
[0004]電力公用事業(yè)通常依靠面向連接或電路交換SDH(同步數(shù)字分層結(jié)構(gòu))或SONET網(wǎng)絡(luò)，用于任務(wù)關(guān)鍵操作數(shù)據(jù)(像遠(yuǎn)程保護(hù)信令)或SCADA控制和監(jiān)管數(shù)據(jù)的通信。該技術(shù)特征在于，在光學(xué)鏈路失效的情況下的小于50ms的路徑回彈和經(jīng)證明的服務(wù)質(zhì)量。此外，預(yù)定義特定通信服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部將遵循的數(shù)據(jù)路徑(其在下面稱為‘流量工程化’)，這是可能的。
[0005]圖1描繪具有如常在公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)狀拓?fù)浠蚪Y(jié)構(gòu)的示范性通信網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點(diǎn)I至5以及鏈路a至g形成多個(gè)回路。每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的至少兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)以及連接到運(yùn)行公用事業(yè)應(yīng)用(其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信)的客戶端或終端設(shè)備(未描繪)。盡管在該拓?fù)渲?，?duì)于節(jié)點(diǎn)I與3之間的數(shù)據(jù)的正常流量路徑是通過(guò)鏈路a-b，SDH和SONET系統(tǒng)能夠在鏈路a中光纖鏈路失效的情況下在50ms內(nèi)將該流量切換到例如鏈路c-g-f。為了實(shí)現(xiàn)該路徑切換的重要前提是流量工程化，其允許用戶預(yù)定義通信服務(wù)的工作路徑(即鏈路a-b)，并且同樣預(yù)定義對(duì)于這些服務(wù)的保護(hù)路徑(即，鏈路c-g-f)，并且配置節(jié)點(diǎn)來(lái)相應(yīng)地處理流量。
[0006]作為上文提到的面向連接的通信網(wǎng)絡(luò)的備選，廣域通信網(wǎng)絡(luò)(WAN)可以是分組交換通信網(wǎng)絡(luò)，例如以太網(wǎng)(0SI通信棧的層2)網(wǎng)絡(luò)或IP (層3)網(wǎng)絡(luò)，其中許多互連交換機(jī)或路由器作為節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明的上下文中，考慮了局域網(wǎng)(LAN)與WAN之間的差異存在于地理范圍方面而不是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫?，其中WAN節(jié)點(diǎn)間距離超出10km，這與局限于個(gè)體場(chǎng)所或公用事業(yè)變電站的LAN不同。
[0007]在一般的通信系統(tǒng)技術(shù)中，在通過(guò)使多個(gè)計(jì)算機(jī)或其他智能裝置連接在一起而構(gòu)造的任何局域網(wǎng)(LAN)內(nèi)，叫作“虛擬LAN” (VLAN)的概念采用用于將連接到網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)的終端或節(jié)點(diǎn)分組的功能性。根據(jù)IEEE 802.1Q的以太網(wǎng)VLAN允許將對(duì)連接到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的終端的訪問(wèn)限制在VLAN內(nèi)以及將組播以太網(wǎng)消息的數(shù)據(jù)流限制到屬于相同VLAN的接收器終端所連接到的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)定義部分。
[0008]在基于以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有技術(shù)中，在以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)處理VLAN定義，因此以太網(wǎng)交換機(jī)必須被配置或用別的方式變得感知相關(guān)VLAN。此外，假設(shè)任何單連接終端屬于一個(gè)特定VLAN。該終端則可以僅與屬于相同VLAN的其他終端通信。當(dāng)配置交換機(jī)時(shí)，到這樣的單連接終端的端口因此叫作接入端口，并且該接入端口僅被允許屬于一個(gè)VLAN，而通信系統(tǒng)內(nèi)部的其他端口(叫作中繼端口)可屬于若干VLAN。
[0009]近來(lái)引入的題為并行冗余協(xié)議(PRP，IEC 62439-3條款4)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)具有兩個(gè)冗余(即完全復(fù)制的)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基于以太網(wǎng)的通信系統(tǒng)提供無(wú)縫冗余和切換。進(jìn)入有PRP能力的節(jié)點(diǎn)的以太網(wǎng)流量由該節(jié)點(diǎn)復(fù)制并且經(jīng)由兩個(gè)冗余網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到目的地節(jié)點(diǎn)。該目的地節(jié)點(diǎn)通過(guò)接受復(fù)制的包中的第一個(gè)并且通過(guò)丟棄在正常操作中晚些到達(dá)的冗余包而撤銷冗余。通過(guò)復(fù)制流量并且通過(guò)兩個(gè)截然不同的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送它，系統(tǒng)中任何網(wǎng)絡(luò)鏈路的失效不中斷或延遲發(fā)送方與接收方節(jié)點(diǎn)之間的流量。
[0010]盡管PRP對(duì)于LAN是可行的技術(shù)方案，具有適當(dāng)復(fù)制的網(wǎng)絡(luò)元件的完全冗余的廣域公用事業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的建立既不是實(shí)際的也不是經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案。特別地，在公用事業(yè)已經(jīng)擁有并且運(yùn)行具有非冗余鏈路的通信網(wǎng)絡(luò)的情況下，隨后的例如光纖鏈路的復(fù)制是沒有吸引力的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此本發(fā)明的目的是在沒有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的完全復(fù)制的情況下在廣域通信網(wǎng)絡(luò)中提供無(wú)縫冗余。該目的由配置通信網(wǎng)絡(luò)的方法以及由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的配置工具實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施例從從屬專利權(quán)利要求中顯而易見，其中權(quán)利要求從屬性不應(yīng)解釋為排除另外有意義的權(quán)利要求組合。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，并行冗余協(xié)議PRP (IEC 62439-3)用于流量復(fù)制以及復(fù)制流量在單分組交換廣域通信網(wǎng)絡(luò)(其包括在網(wǎng)狀拓?fù)渲薪?jīng)由節(jié)點(diǎn)間鏈路而互連的多個(gè)節(jié)點(diǎn))中的冗余輸送。它牽涉在發(fā)送與接收節(jié)點(diǎn)之間識(shí)別兩個(gè)截然不同且完全冗余的通信路徑(除發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)外沒有共同的鏈路或節(jié)點(diǎn))的步驟，以及配置發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)以根據(jù)并行冗余協(xié)議PRP運(yùn)行的步驟，其中發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)兩者的兩個(gè)截然不同的通信端口被分配到兩個(gè)通信路徑。在規(guī)則操作期間的任何時(shí)間，并且對(duì)于要從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)浇邮展?jié)點(diǎn)的任何關(guān)鍵消息，則生成兩個(gè)冗余包，并且這些冗余包中的每個(gè)經(jīng)由兩個(gè)通信路徑中的一個(gè)發(fā)送。
[0013]在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，對(duì)于從通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之中選擇并且適當(dāng)?shù)卦诰W(wǎng)絡(luò)上分布的若干根橋，執(zhí)行多生成樹協(xié)議MSTP算法。對(duì)于每個(gè)根橋，保留生成樹的實(shí)例。識(shí)別包括發(fā)送與接收節(jié)點(diǎn)之間的兩個(gè)截然不同的通信路徑的兩個(gè)生成樹實(shí)例，并且基于這兩個(gè)生成樹實(shí)例的第一和第二 VLAN在通信網(wǎng)絡(luò)中配置。發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)配置為PRP節(jié)點(diǎn)，其中兩個(gè)冗余通信端口中的每個(gè)被分配給第一和第二 VLAN中的一個(gè)并且復(fù)制流量用兩個(gè)不同的VLAN標(biāo)簽來(lái)標(biāo)記。
[0014]與標(biāo)準(zhǔn)PRP相比，本發(fā)明促成廣域通信網(wǎng)絡(luò)的高度可用性而不招致全網(wǎng)絡(luò)復(fù)制的成本。從不同的角度來(lái)看并且與常規(guī)SDH相比，根據(jù)PRP的無(wú)縫切換在光學(xué)鏈路失效的情況下使路徑回彈時(shí)間減少到小于1ms?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0015]本發(fā)明的主旨將在下列正文中參照在附圖中圖示的優(yōu)選示范性實(shí)施例更加詳細(xì)地說(shuō)明，其中:
圖1描繪具有網(wǎng)狀拓?fù)涞耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，
圖2描繪在節(jié)點(diǎn)I與3之間具有兩個(gè)冗余路徑A、B的網(wǎng)絡(luò)，以及 圖3描繪具有定義兩個(gè)示范性VLAN的兩個(gè)MSTP實(shí)例的網(wǎng)絡(luò)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖2描繪具有與圖1中的相同的網(wǎng)狀拓?fù)洳⑶揖哂幸獜挠蠵RP能力的發(fā)送方節(jié)點(diǎn)I傳輸?shù)浇邮辗焦?jié)點(diǎn)3的以太網(wǎng)流量的分組交換以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。在節(jié)點(diǎn)I與節(jié)點(diǎn)3之間，經(jīng)由節(jié)點(diǎn)2的第一路徑(虛線)標(biāo)示為A，而經(jīng)由節(jié)點(diǎn)4和5的第二路徑(點(diǎn)線)標(biāo)示為B。這兩個(gè)路徑是截然不同的，即，它們僅具有共同的發(fā)送/源和接收/目的地節(jié)點(diǎn)，但都沒有中間節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)間鏈路。每個(gè)包在發(fā)送方節(jié)點(diǎn)處復(fù)制，其中第一包沿路徑A傳輸并且第二冗余包經(jīng)由路徑B傳輸。
[0017]對(duì)應(yīng)的通信路徑信息附加到包，或分布到中間節(jié)點(diǎn)，在后者情況下僅路由標(biāo)簽A、B需要附加到包。特別地，關(guān)于兩個(gè)截然不同的路由路徑A和B的信息可編碼為兩個(gè)截然不同的虛擬局域網(wǎng)VLAN A和B。在該情況下網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的通信端口被配置使得在節(jié)點(diǎn)I與3之間用VLAN A標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)記第一消息并且沿路徑A通過(guò)鏈路a-b來(lái)路由它，而第二包用VLAN B標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)記并且沿路徑B通過(guò)鏈路c-g-f來(lái)路由。
[0018]在較大的網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的冗余路徑的識(shí)別以及中間節(jié)點(diǎn)的端口到不同VLAN的對(duì)應(yīng)分配是耗時(shí)且容易出錯(cuò)的任務(wù)。然而，冗余路徑的識(shí)別可以通過(guò)使用多生成樹協(xié)議MSTP來(lái)得以支持。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 902.1Q，MSTP允許在網(wǎng)絡(luò)中選擇多至64個(gè)根橋或起源節(jié)點(diǎn)，對(duì)于其中的每個(gè)生成快速生成樹的實(shí)例。每個(gè)生成樹采用避免回路的方式將根橋連接到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的任何其他節(jié)點(diǎn)，其中對(duì)于節(jié)點(diǎn)和鏈路的優(yōu)先級(jí)可被定義以解決模糊。這些生成樹實(shí)例中的每個(gè)然后可分配到一個(gè)或若干VLAN?；谝粋€(gè)生成樹實(shí)例在形式上定義截然不同的VLAN允許使VLAN擴(kuò)展超出網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)直至連接到節(jié)點(diǎn)的截然不同的客戶端或終端設(shè)備。
[0019]圖3圖示用于獲得VLAN信息的示范性方法。在左邊的圖中，對(duì)于MSTP實(shí)例中的一個(gè)，已經(jīng)選擇節(jié)點(diǎn)2作為根橋。由該根橋生成的生成樹-遵循根橋與每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑-包括鏈路a、b、d和e但阻斷鏈路C、f和g以便防止回路。如果VLAN A被分配給由節(jié)點(diǎn)2中的根橋生成的MSTP實(shí)例，使用根據(jù)圖2的PRP算法對(duì)VLAN A復(fù)制并且標(biāo)記的以太網(wǎng)流量遵循節(jié)點(diǎn)I與3之間期望的鏈路a-b。
[0020]在圖3的右邊圖中，通過(guò)將節(jié)點(diǎn)4定義為對(duì)于生成樹的第二實(shí)例的根橋并且通過(guò)將VLAN B分配給由該根橋生成的MSTP實(shí)例，對(duì)VLAN B標(biāo)記的以太網(wǎng)流量將遵循網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)I與3之間的期望鏈路c-g-f。在該示例中，除在節(jié)點(diǎn)4中定義根橋外，節(jié)點(diǎn)5的橋優(yōu)先級(jí)必須設(shè)置得比橋2的優(yōu)先級(jí)更高以便確保鏈路b而不是鏈路f被生成樹算法阻斷。在所得的VLAN結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)2和4中的一些端口被分配給VLAN A和B兩者。
[0021]MSTP根橋的配置和VLAN到這些根橋的分配可以作為網(wǎng)絡(luò)的初始配置/調(diào)試的一部分而進(jìn)行。由于該目的，建議采用等距的方式使64個(gè)可能的根橋在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上分布，并且將全部的4096個(gè)VLAN均等地分配給根橋，例如64個(gè)VLAN到64個(gè)根橋中的每個(gè)。一旦網(wǎng)絡(luò)正運(yùn)行，生成快速生成樹的64個(gè)實(shí)例并且定義通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的不同路徑。
[0022]至少對(duì)于公用事業(yè)的服務(wù)或功能性所牽涉的每對(duì)源和目的地節(jié)點(diǎn)，適當(dāng)?shù)墓ぞ咴试S監(jiān)視并且分析VLAN并且識(shí)別感興趣的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的冗余路徑。提出的對(duì)冗余路徑的檢查可有些復(fù)雜并且不保證成功。例如，在節(jié)點(diǎn)2與4之間，上文的VLAN A和B是不夠的，因?yàn)樗鼈兌紶可骀溌穌。然而將節(jié)點(diǎn)5定義為另一個(gè)根橋?qū)⑹怯袔椭摹?br> [0023]因此，根據(jù)修改的PRP算法復(fù)制的以太網(wǎng)流量?jī)H需要用適當(dāng)?shù)腣LAN ID來(lái)標(biāo)記以便確保通向期望的接收節(jié)點(diǎn)的冗余路徑。該過(guò)程允許在運(yùn)行良好的網(wǎng)絡(luò)上配置新的冗余數(shù)據(jù)服務(wù)而不必重新配置網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)，但不同的是，發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)PRP算法。
[0024]作為對(duì)MSTP和層2橋接以太網(wǎng)技術(shù)的備選，如在互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)的請(qǐng)求評(píng)論(RFC)3031和3032中記錄并且在層2 (數(shù)據(jù)鏈路層)與層3 (網(wǎng)絡(luò)層)的傳統(tǒng)定義之間的OSI模型層運(yùn)行的MPLS (多協(xié)議標(biāo)簽交換)可被調(diào)用以憑借如在SDH/S0NET網(wǎng)絡(luò)中的常規(guī)流量工程化來(lái)識(shí)別發(fā)送與接收節(jié)點(diǎn)之間的兩個(gè)冗余路徑。優(yōu)選地通過(guò)對(duì)截然不同的冗余路徑分配截然不同的VLAN標(biāo)識(shí)符，網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)隨后被配置使得冗余流量經(jīng)由冗余路徑而路由。
【權(quán)利要求】
1.一種配置分組交換廣域通信網(wǎng)絡(luò)的方法，所述分組交換廣域通信網(wǎng)絡(luò)包括在網(wǎng)狀拓?fù)渲薪?jīng)由節(jié)點(diǎn)間鏈路(a-f)而互連的多個(gè)節(jié)點(diǎn)(1-5)，所述方法包括: -在發(fā)送節(jié)點(diǎn)(I)與接收節(jié)點(diǎn)(3)之間識(shí)別第一和第二通信路徑(A，B)， -配置所述發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)以根據(jù)并行冗余協(xié)議PRP操作，其中所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)的第一和第二通信端口以及所述接收節(jié)點(diǎn)的第一和第二通信端口分別被分配到所述第一和第二通信路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括: -對(duì)作為根橋的通信網(wǎng)絡(luò)的若干節(jié)點(diǎn)(2，4)進(jìn)行多生成樹協(xié)議MSTP算法來(lái)獲得若干生成樹實(shí)例， -在所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)(I)與所述接收節(jié)點(diǎn)(3)之間識(shí)別包括第一通信路徑(A)的第一生成樹實(shí)例和包括第二通信路徑(B)的第二生成樹實(shí)例， -在所述通信網(wǎng)絡(luò)中分別基于所述第一和第二生成樹實(shí)例配置第一虛擬局域網(wǎng)VLAN和第二 VLAN，以及 -將所述發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)(1，3)配置為PRP節(jié)點(diǎn)，每個(gè)具有分別分配給第一和第二 VLAN的第一和第二通信端口。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括 -憑借多目的層交換MPLS流量工程化來(lái)識(shí)別所述第一和第二通信路徑(A，B)， -在所述通信網(wǎng)絡(luò)中分別基于所述第一和第二通信路徑配置第一虛擬局域網(wǎng)VLAN和第二 VLAN，以及 -將所述發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)(1，3)配置為PRP節(jié)點(diǎn)，每個(gè)具有分別分配給第一和第二 VLAN的第一和第二通信端口。
4.如權(quán)利要求1-3中的一項(xiàng)所述的方法，其包括 -識(shí)別交換關(guān)鍵消息的通信網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)對(duì)(1，3 ;2，4)，以及 -對(duì)所有識(shí)別的節(jié)點(diǎn)對(duì)重復(fù)該過(guò)程。
5.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述廣域通信網(wǎng)絡(luò)包括定位在公用事業(yè)的遠(yuǎn)程變電站的節(jié)點(diǎn)(1-5 )。
6.一種用于配置根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)的分組交換廣域通信網(wǎng)絡(luò)的配置工具。
【文檔編號(hào)】H04L12/721GK103765808SQ201280042594
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】D.卡欽, M.克拉尼奇, C.里布 申請(qǐng)人:Abb 技術(shù)有限公司