Procedimiento para la redundancia múltiple frente a fallos en redes con topologías de anillo.

Procedimiento para la operación de una red con una topología de anillo lineal y propiedades de redundancia,

en que dentro de la red operan varios dispositivos de infraestructura de red y al menos uno de los dispositivos de 5 infraestructura de red opera, o puede operar en caso de fallo, como gestor de redundancia, en que el gestor de redundancia está conformado en particular para cortar uno respecto a otro en caso de que no haya fallos los extremos de línea conectados a él y unir entre sí en caso de fallo los dos extremos de línea, en que el gestor de redundancia sigue introduciendo a intervalos prefijados telegramas de prueba en los dos extremos de línea y deriva de la recepción por el respectivamente otro extremo de línea dentro de un intervalo de tiempo prefijado una orden para cortar o respectivamente unir extremos de línea, caracterizado porque se detecta si un segmento de la red está cortado del resto de la red, y entonces, cuando se ha detectado este caso, entre un dispositivo de infraestructura de red del segmento cortado y un dispositivo de infraestructura de red, en particular el gestor de red, del resto de la red, la red en anillo es nuevamente cerrada a través de al menos una unión adicional.

Procedimiento para la redundancia múltiple frente a fallos en redes con topologías de anillo La presente invención se refiere a un procedimiento para la operación de una red con una topología de anillo lineal y propiedades de redundancia, en que dentro de la red operan varios dispositivos de infraestructura de red y al menos 5 uno de los dispositivos de infraestructura de red opera, o puede operar en caso de fallo, como gestor de redundancia, en que el gestor de redundancia está conformado en particular para cortar uno respecto a otro en caso de que no haya fallos los extremos de línea conectados a él y unir entre sí en caso de fallo los dos extremos de línea, en que el gestor de redundancia sigue introduciendo a intervalos prefijados telegramas de prueba en los dos extremos de línea y deriva de la recepción por el respectivamente otro extremo de línea dentro de un intervalo de tiempo prefijado una orden para un corte o respectivamente unión de extremos de línea, conforme a las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Son conocidos y constituyen el estado de la técnica redes en anillo (redes con una topología de anillo con dispositivos de infraestructura de red tales con conmutadores, enrutadores, concentradores y similares) y los protocolos asociados, que hacen posible un aseguramiento frente a caídas de la infraestructura de red anular. En [1]

(WO99/046908: Lokales Netzwerk, insbesondere Ethernet-Netzwerk, mit Redundanzeigenschaften und Redundanzmanager) se describe una conformación así de una red.

En [2] (Draft IEC 62439-2 INDUSTRIAL COMMUNICATION NETWORKS HIGH AVAILABILITY AUTOMATION NETWORKS; Part 2: Media Redundancy Protocol (MRP) ) se especifica un mecanismo así como estándar internacional.

Una desventaja de la topología de anillo física es la susceptibilidad a más de un fallo físico en la topología. Si aparece un defecto, la topología de anillo física se transforma en una topología lineal física. Si aparece otro fallo, la red es segmentada (véase para ello la figura 1 a modo de ejemplo, que representa la invención: la estructura de anillo física ha sido interrumpida por dos defectos. Dos de los dispositivos de red ya no son alcanzables ahora desde una estación de gestión de red (EGR) conectada) .

A partir de SIVENCRONA H ET AL: "RedCAN: simulations of two fault recover y algorithms for CAN" DEPENDABLE COMPUTING, 2004. PROCEEDINGS. 10TH IEEE PACIFIC RIM INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MARCH 3-5, 2004, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE LNKD-DOI:10.1109/PRDC.2004.1276580, 3 de marzo de 2004 (2004-03-03) , páginas 302-311, XP010690460 ISBN: 978-0-7695-2076-6 es conocido un concepto RedCAN, con el que debe mejorarse la tolerancia a fallos frente a fallos de nudo y de unión en un sistema de bus CAN (del inglés "Controller Area Network", red de área de controlador) mediante conmutadores configurables. En este caso, nudos defectuosos o segmentos de bus que trabajan defectuosamente pueden ser retirados de la topología de red por conmutadores configurables mediante el recurso de que no obtienen ya acceso al sistema de bus.

A partir del documento EP 1 729 453 A1 es conocido un procedimiento para la conmutación de protección en una red de datos con al menos dos anillos con un segmento utilizado conjuntamente y varios nudos, en que cada anillo tiene un gestor de anillo asociado para la comprobación de su anillo asociado y los gestores de anillo tienen diferentes prioridades asignadas fijamente, en que cada nudo de un segmento utilizado conjuntamente vigila el segmento utilizado conjuntamente y en caso de una caída del segmento envía un mensaje de caída a un gestor de red de mayor prioridad de un anillo asociado y el gestor de red de mayor prioridad termina de bloquear su puerto, mientras que el gestor de red de menor prioridad mantiene bloqueado su puerto.

Como consecuencia se producen en particular dos problemas:

1. Los dispositivos deben reconocer automáticamente el comienzo y el final de una segmentación.

2. Debe describirse el procedimiento, según el cual se produce de forma determinista una conmutación a tramos redundantes y se evitan bucles en la estructura de red. Los bucles en la estructura de red, que no son deshechos, llevan en particular en redes Ethernet a tramas de datos que dan vueltas sin fin y a la

45 incapacidad funcional de la red.

La invención tiene por ello como base la tarea de poner a disposición una solución para los problemas descritos al principio y mejorar en conjunto un procedimiento de operación de una red con una topología de anillo en el sentido de que la caída de dispositivos de infraestructura de red dentro de la topología de anillo como consecuencia de una interrupción de esta topología de anillo pueda ser subsanada nuevamente en el tiempo más corto.

50 Esta tarea es resuelta mediante las características de la reivindicación 1.

Conforme a la invención está previsto que se capte si un segmento de la red está cortado del resto de la red, y entonces, cuando este caso ha sido captado, la red en anillo sea nuevamente cerrada entre un dispositivo de infraestructura de red del segmento cortado y un dispositivo de infraestructura de red, en particular el gestor de redundancia, del resto de la red a través de exactamente una unión adicional o al menos una unión adicional.

Este modo de proceder tiene la ventaja de que con ello puede garantizarse que para el caso en que dentro de la topología de anillo lineal no exista sólo una interrupción, sino varias interrupciones que han llevado a una segmentación, sea detectada esta situación de fallo, y el segmento cortado de la red sea unido nuevamente a la red asociada con topología de anillo (red en anillo) a través de una unión añadida, es decir adicional e independiente de la topología de anillo de la red. Esto significa que el segmento cortado de la red en anillo es unido a través de una unión adicional a la red en anillo asociada, de modo que se evitan medidas adicionales relativas a las uniones (tales como por ejemplo líneas de bus dobles) .

La idea describe con ello cómo un mecanismo conocido para la configuración y la operación de redundancias en una estructura de red anular, por ejemplo una estructura de anillo de red Ethernet, puede ser complementado mediante posibilidades de diagnóstico y seguridad frente a caídas adicionales.

Otras estructuraciones de la invención con las ventajas que resultan de ellas están indicadas en las reivindicaciones subordinadas y se describen en lo que sigue.

La solución conforme a la invención describe una estructura de anillo física, en la que se introducen y activan uniones adicionales de medios como soluciones de respaldo, cuando se detecta una segmentación de una parte de 15 la red (anillo) . La solución se caracteriza por el hecho de que adicionalmente a las conexiones para una red, que dispone de una redundancia de medios según [2], es configurada al menos una conexión de red (unión) adicional, que es utilizada como solución de respaldo en caso de un corte completo de un segmento de red. La infraestructura de red, a través de la que se comunica el dispositivo a través del puerto de red adicional (interfaces) , puede estar conformada entonces de forma arbitraria. En lo que sigue se asume igualmente una red en anillo para una descripción más precisa del mecanismo para esta infraestructura.

En una estructura de anillo física, en la que se introduce un mecanismo de redundancia por ejemplo según [1] o [2], se diferencia entre dos clases participantes de dispositivos de infraestructura de red: gestor de redundancia (GR) y cliente de redundancia (CR) . En particular se describe cómo el GR bloquea una de sus conexiones de anillo, para evitar que tramas de datos den vueltas, y cómo comprueba el estado de la red con ayuda de tramas de prueba 25 enviadas a la red. Estas tramas son enviadas por una conexión de anillo (un primer extremo de línea) , son transmitidas a través del anillo y captadas por la respectivamente otra conexión de anillo (otro extremo de línea) . Si estas tramas no llegan, existe un defecto del anillo y/o un problema del tráfico de red, y el gestor de redundancia abre su conexión de anillo, bloqueada hasta entonces, al tráfico normal de datos, para asegurar que todos los dispositivos en el anillo pueden ser alcanzados. Las tramas de prueba son recibidas y enviadas también a través de puertos bloqueados para el tráfico normal de red, a diferencia del tráfico normal de datos. Con ello, en caso de una segmentación de una red, es decir cuando dos o más fallos cortan... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la operación de una red con una topología de anillo lineal y propiedades de redundancia, en que dentro de la red operan varios dispositivos de infraestructura de red y al menos uno de los dispositivos de 5 infraestructura de red opera, o puede operar en caso de fallo, como gestor de redundancia, en que el gestor de redundancia está conformado en particular para cortar uno respecto a otro en caso de que no haya fallos los extremos de línea conectados a él y unir entre sí en caso de fallo los dos extremos de línea, en que el gestor de redundancia sigue introduciendo a intervalos prefijados telegramas de prueba en los dos extremos de línea y deriva de la recepción por el respectivamente otro extremo de línea dentro de un intervalo de tiempo prefijado una orden para cortar o respectivamente unir extremos de línea, caracterizado porque se detecta si un segmento de la red está cortado del resto de la red, y entonces, cuando se ha detectado este caso, entre un dispositivo de infraestructura de red del segmento cortado y un dispositivo de infraestructura de red, en particular el gestor de red, del resto de la red, la red en anillo es nuevamente cerrada a través de al menos una unión adicional.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la al menos una unión adicional es establecida a 15 través de una red añadida con dispositivos de infraestructura de red.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la al menos una unión entre la red adicional y la red está bloqueada para el tráfico normal de red en la configuración sin fallos así como en la operación sin fallos y la única unión entre las dos redes es el paso en el gestor de redundancia, en que este paso es mantenido abierto para el tráfico normal de red y un único paso abierto entre las dos redes aún no lleva a tramas de datos que dan vueltas, 20 en que sin embargo en caso de una conmutación a redundancia es borrado el contenido de una unidad de memoria de cada uno de los dispositivos de infraestructura de red, en particular una base de datos de filtrado (FDB) de todos los conmutadores implicados, para hacer posible inmediatamente la transmisión de tramas a través del segmento redundante, en que esto se produce mediante el envío de una trama de información a través de un dispositivo de infraestructura de red en un sector segmentado del anillo por su interfaz hacia la red adicional junto con la apertura

de esta interfaz para el tráfico regular de red.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque un dispositivo de infraestructura de red que opera como gestor de redundancia recibe, a través de la unión entre la red y la red adicional, una trama de información de un dispositivo, que apunta a la segmentación de una parte de la red, en que cuando ya no recibe por sus dos interfaces hacia la red sus tramas de prueba, es borrado el contenido de la unidad de memoria, en particular su base de datos FDB, con lo que se hace posible la comunicación inmediata a través de la unión hacia la red adicional y simultáneamente se envía por su segmento de red a todos los dispositivos de red la indicación para el borrado de los contenidos de las unidades de memoria, en particular de las bases de datos FDB.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque en el caso en que un dispositivo constata que ya no recibe más tramas de prueba por sus dos interfaces hacia la red, envía entonces por sus interfaces de anillo una 35 comunicación para la apertura de la interfaz de redundancia, en que, si dentro de un intervalo de tiempo definido no recibe ninguna comunicación de otro dispositivo con una mejor prioridad, abre su puerto de red hacia la red adicional y envía una trama de información hacia la red adicional con el contenido de que existe una segmentación, y en que, cuando por el contrario recibe una notificación acerca de la apertura próxima de la interfaz de redundancia adicional de otro participante con una mejor prioridad, la interfaz de redundancia adicional permanece bloqueada, ya que otro dispositivo en el mismo segmento realiza la unión hacia la red redundante, y el dispositivo de red, que ha sido identificado a través del procedimiento de selección como dispositivo de máxima prioridad, abre su puerto hacia la red adicional y borra su contenido de memoria y simultáneamente envía por sus interfaces de anillo un mensaje relativo al borrado de contenidos de memoria, en particular de las bases de datos FDB, hacia su segmento de red conectado del segmento defectuoso.

45 6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo de máxima prioridad sigue enviando a intervalos fijos su mensaje de apertura por sus conexiones de anillo, otros dispositivos de red en este segmento reconocen en la llegada o ausencia de este mensaje una posible caída de este dispositivo y escogen un nuevo u otro dispositivo, que abre el puerto de redundancia adicional.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 3 hasta 6, caracterizado porque cuando el GR recibe 50 en sus dos conexiones de anillo nuevamente sus propias tramas de prueba, envía un mensaje de borrado a las conexiones de anillo y bloquea una de sus conexiones de anillo, en que los clientes de anillo, que (ya que las tramas de prueba son recibidas nuevamente a través del gestor de redundancia) se encuentran en consecuencia nuevamente en un segmento con el gestor de anillo, registran esto mediante la recepción de las tramas de prueba y bloquean nuevamente su puerto de redundancia adicional.

55 8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque cuando la reparación se produce primero en o respectivamente entre segmentos, que no contienen ninguno de los dos un GR, los dispositivos, que tienen su puerto de redundancia adicional abierto, se determina el dispositivo que mantiene abierta la unión, mientras que el otro dispositivo bloquea la unión.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque un dispositivo, que constata un restablecimiento de la unión física por uno de sus puertos de anillo y sigue sin recibir tramas de prueba del gestor de redundancia, envía una notificación al segmento de anillo conectado a sus puertos de anillo, indicando que debe repetirse el procedimiento de selección.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 3 hasta 9, caracterizado porque como unidad de memoria se emplea una base de datos de filtrado (FDB) de un dispositivo de infraestructura de red.