基于IEC 62439-2标准的提高工业以太网可靠性的方法研究

徐琳升 胡立生

(上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240)

工业以太网具有成本低、传输速率高且开放性好的特点[1]，越来越多的工业控制系统中的通信任务都采用工业以太网技术来完成。以太网是以办公自动化为标准设计的，并没有考虑工业现场环境，如高温、高压及强电磁等。因此，以太网的工业现场应用必须解决可靠性问题。

工业应用对网络可靠性的要求主要体现在两个方面：一是网络的故障容错能力，二是网络故障发生时，网络检测恢复时间小于宽限时间(系统可容忍的网络中断时间)。路径冗余是提高工业以太网可靠性的常用方法，其中环状拓扑提供了一种最为简单、高效的单点容错路径冗余解决方案。目前，工业应用最为广泛的路径冗余方法就是IEC 62439-2标准中定义的运行在数据链路层的介质冗余协议(MRP)。

MRP提供了一种在以太网环形网络中能够快速检测环网中的链路故障，并能在故障发生时建立新的网络拓扑来恢复网络，实现通信冗余的方法[2]。由多个工业以太网交换机组成以太网环形网络，交换机在物理上连接成环，在逻辑上为链状结构，交换机中有且仅有一个设置为主站(MRM)，主站负责控制网络逻辑结构；其他设置为从站(MRC)，通过各交换机环端口状态切换实现环网冗余链路备份。MRP网络拓扑结构如图1、2所示。

图1 MRP环网闭合状态

图2 MRP环网断开状态

MRM工作方式。MRM以预设的时间间隔周期性地向两个环端口发送链路检测帧，如果MRM在设定时间超时前收到链路检测帧，则说明环链路处于闭合状态。……