CN108134728A - 一种环形冗余串联网络结构及其环形冗余和热插拔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形冗余串联网络结构及其环形冗余和热插拔的方法，所述环形冗余串联网络结构是由一个主设备与N个从设备串联而成的环形网络结构；所述环形冗余和热插拔的方法均是：先建立物理上环形冗余串联网络结构；然后建立两条逻辑上的初始单端链路并返回相应的链路信息至主设备；再根据监测到的链路信息返回情况，判断相应的初始链路是否异常；当出现异常时，则对链路中的所有从设备进行初始化处理，并在设备初始化完成后，重新建立两条逻辑上的新单端链路，与之同时修复导致数据链路发生异常的部位，保证环形网络结构时刻处于环形有效连接状态。本发明具有低成本、高健壮性、高稳定性及高灵活性等优点。

Description

一种环形冗余串联网络结构及其环形冗余和热插拔的方法

技术领域

本发明涉及一种串联网络结构，具体的说是涉及一种环形冗余串联网络结构及其环形冗余和热插拔的方法。

背景技术

“手拉手”结构的串联网络因其结构简单、布线方便，被广泛地应用在工业总线、现场会议总线等系统中。如图1所示，是一种“手拉手”串联网络的结构示意图，该例包括1个主设备和4个从设备，数据通过各节点的转发在链路中传播。这种“手拉手”结构的串联网络存在的问题是：当串联线路中某一个节点发生故障，就会导致整个链路失效，所以需要有一定的机制来保证其健壮性。

因此，本发明提出一种环形冗余机制的串联网络，可有效防止的克服“手拉手”结构的串联网络所存在的缺陷。

目前常见的冗余技术通常分为两类即，工作冗余和后备冗余；其中，工作冗余是指由两个或更多的单元并行工作的并联系统，系统在正常状态时，并联单元平均负担工作；当并联单元之一出现故障时，其工作由另外的并联单元承担；后备冗余是指系统包含两个或更多的相同功能的单元，其中一个单元作为工作单元，其它的单元作为后备单元，系统在正常状态时，工作单元运行，后备单元待机备用；当工作单元出现故障时，由后备单元接替工作单元工作，保证系统继续运行。

在工作冗余方式中，并行机制能使系统具有提升性能的潜力，但两路并行单元之间的任务分配以及数据交换等会使系统复杂度显著增加。

在后备冗余方式中，使用完全一样的后备单元，可降低系统设计的工作量和复杂度，但是备用单元通常处于待机状态，正常情况下并不能发挥效用，反而会使系统变得臃肿而使系统工作效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种效率高、健壮性好的环形冗余串联网络结构及实现其环形冗余和热插拔的方法，在启动时及故障后均自动形成新的数据链路，保证串联网络持续的健壮性，同时该环形冗余串联网络结构还具有热插拔的支持能力，有利便于线路的更改调整。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种环形冗余串联网络结构，包含一个主设备及N个从设备，所述主设备设有一端口A和一端口B，每个所述从设备均设有一个端口a和一个端口b,每个从设备通过对应设有的一个端口与另一个从设备设有的一个端口连接，N个所述从设备通过对应设有的端口依次串联成一条链状网络结构，位于所述链状网络结构两端的两个从设备分别与所述主设备的两个端口A和B连接，形成一个环形网络结构。

本发明提出的一种实现环形冗余串联网络环形冗余的方法，是基于上述的环形冗余串联网络结构所建立的环形冗余方法，包含以下步骤：

S1、建立物理上的初始环形冗余串联网络：将主设备的端口A和B分别与由N个从设备依次串联成的链状网络结构的两端连接，形成一条物理上的环形冗余串联网络；

S2、通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路，即链路LA和链路LB；

S3、通过主设备分别对端口A和端口B接收到的链路LA和链路LB返回的数据信息进行监测分析，并判断出两条初始单端链路LA和LB是否运行正常；

S4、若主设备监测到端口A和端口B接收到的相应链路返回信息均正常，则确认端口A和端口B所在的两条初始单端链路均运行正常，则继续保持步骤S1中建立的环形冗余串联网络结构的连接状态；

S5、若主设备监测到端口A和端口B中任何一个端口所接收到的链路返回信息有异常，则认定该端口所在的初始单端链路中处于失效状态；

S6、找出失效单端链路中发生故障的部位，并从该故障部位处将步骤S1中建立的环形冗余串联网络结构断开成两条“手拉手”式的串联网络结构，与之同时启动链路内部的自我修复过程，并按照步骤S2的方式，建立两条新的单端链路LA'和LB'；

S7、将位于步骤S6中所建立两条新单端链路LA'和LB'末端的两个设备重新连接在一起，形成一条新的环形冗余串联网络结构；

S8、重复步骤S3至步骤S7，保持环形冗余串联网络结构持续有效，从而实现环形冗余串联网络结构环形冗余。

进一步，所述步骤S2中，通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路，具体过程为：

(1)通电启动主设备，由端口A及端口B同时发出“check”帧，假定位于步骤S1中所有建立的环形冗余串联网络结构首端的从设备#1与端口A连接，而位于环形冗余串联网络结构尾端的从设备#N与端口B连接，其余位于从设备#1与从设备#N之间的各从设备顺次连接；

(2)当从设备#1的端口a先收到端口A发出的“check”帧时，则确定此端口a为从设备#1的上游端口，从设备#1的另一端口a为下游端口，与之同时由从设备#1的端口a向上游主设备的端口A发送“QA#1”帧；

(3)当上游主设备的端口A接收到从设备#1的端口a发出的“QA#1”帧时，则确定主设备的端口A与下游从设备#1的双向连接正常，此时再由主设备的端口A向从设备#1的端口a发送“QA#2”帧，作为对“QA#1”帧的回应；

(4)当从设备#1的端口a接收到从设备#1的端口a发出的“QA#2”帧时，则确定从设备#1的端口a与上游主设备的双向连接正常，此时便完了主设备端口A与从设备#1的相互发现；

(5)以同样的过程(1)～(4)，由从设备#1发出“check”帧，从设备#2根据接收到的“check”帧的端口情况，确定出其上/下游端口，再由从设备#2确定出的上游端口向从设备#1发出“check”帧的端口发送“QA#1”帧，确定从设备#1发出“check”帧的端口与从设备#2的双向连接正常，然后再由从设备#1发出“check”帧的端口向从设备#2的上游端口发送“QA#2”帧，确定从设备#2的上游端口与从设备#1的双向连接正常，此时便完成了从设备#1与从设备#2的相互发现；

(6)顺着从设备#1至从设备#N的方向，按照过程(5)的方式，依次进行发现下去，直达顺着此方向发现的过程中的某一从设备#K发出的“check”帧没有得到其下游从设备#K+1的回应时止，若从设备#K发出的“check”帧没有被回应时，从设备#K则认定自己处于链路的末端，自此便自动形成了一条由端口A出发到从设备#K止的单端链路LA；

(7)在启动端口A“逐级发现”的过程，建立单端链路LA的同时，启动端口B“逐级发现”的过程，并以同样的过程(2)～(6)，顺着从设备#N至从设备#1的方向依次发现下游从设备，建立一条由端口B出发至从设备#K+1止的单端链路LB，当步骤(6)中的从设备#K被认定在单端链路LA的末端时，则从设备#K+1则为单端链路LB的末端，从设备#K与从设备#K+1不在互相发现；

其中，N为大于2的自然偶数或为大于2的自然奇数；

当N为大于2的自然偶数时，则

当N为大于2的自然奇数时，则

进一步，所述步骤S3中，通过主设备分别对端口A和端口B接收到的链路LA和链路LB返回的数据信息进行监测分析，并判断出两条初始单端链路LA和LB是否运行正常，具体过程如下：

(1)由位于链路LA末端的从设备#T向上游的从设备#T-1发出包含自身地址信息DT的“report”帧；

(2)当上游的从设备#T-1收到从设备#T发出的“report”帧后，将自己的地址信息DT-1添加到从设备#T发出的“report”帧的帧尾，然后并继续向上游从设备#T-2转发；

(3)按照过程(3)的方式，由下游从设备将自己的地址信息添加到其接收的“report”帧的帧尾后并继续向其上游从设备转发，依次逐级向上传下去，直至由末端从设备#T经逐级转发上来的“report”帧被位于链路LA首端的端口A接收到为止，此时主设备就获取到了位于链路LA上的所有从设备的地址信息及连接顺序；

(4)按照过程(1)～(3)的方式，由位于链路LB末端的从设备#T+1向上游逐级转发“report”帧至位于链路LB首端的端口B止，由主设备就获取到位于链路LB上的所有从设备的地址信息及连接顺序；

(5)若链路LA和LB在返回链路信息时均在约定的时间到达相应的端口A和端口B时，则确认此时的链路LA和LB均处于正常运行状态；

(6)若链路LA在返回链路信息时未在约定的时间到达端口A时，即认定数据帧超时，此时端口A处于待定状态，同理若链路LB在返回链路信息时未在约定的时间到达端口B时,此时端口B处于待定状态；

(7)当主设备监测到其任一端口A或端口B处于待定状态是，则认定相应的端口A或端口B所在的链路LA或链路LB处于失效状态，相应的链路LA或链路LB存在连接故障；

其中，其中，N为大于2的自然偶数或为大于2的自然奇数；

当N为大于2的自然偶数时，则

当N为大于2的自然奇数时，则

进一步，所述步骤S6中，启动链路内部的自我修复过程具体如下：

(1)由主设备同时端A和B发出暂定终止数据传输命令；

(2)对初始单端链路LA以及初始单端链路LB上的所有从设备均进行设备初始化；

(3)当所有从设备初始化完成后，重新启动主设备的端口A和端口B“逐级发现”的过程，建立两条新单端链路LA'和LB'。

进一步，当任一所述从设备的某端口被认定为下游端口后，该所述从设备不再对从其下游端口接收到的check帧作回应。

本发明提出的一种实现环形冗余串联网络热插拔的方法，是基于上述环形冗余串联网络结构所建立的热插拔方法，包含以下步骤：

SS1、建立物理上的初始环形冗余串联网络：将主设备的端口A和B分别与由M个从设备依次串联成的链状网络结构两端连接，形成一条物理上的环形冗余串联网络结构；

SS2、通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路，即链路LA和链路LB；

SS3、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中添加上一个新从设备时，先断开该需要添加新从设备的初始单端链路，然后将需要新从设备放置需要添加的链路连接部位处并与原有的链路建立物理上的连接关系，形成由“M+1”个从设备构成的新环形冗余串联网络结构形式，最后按步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

SS4、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中更换上一个新从设备时，先断开原单端链路中需要更换从设备的链路，然后将原从设备移除，将新从设备接入链路中，恢复原始由“M”个从设备构成的环形冗余串联网络结构形式，最后按步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

SS5、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中移除一个从设备时，直接将该需要移除的从设备从其所在的初始单端链路中移除，然后将位于被移除从设备两端的设备恢复物理连接，形成由“M-1”个从设备构成的新环形冗余串联网络结构形式，最后按照步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

其中，M为为大于2的自然数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)成本低，仅需要为主设备增加一个连接端口，就可以使原来“手拉手”结构的串联网络形成一个环形结构，从而使之具有了安全冗余的特性；(2)具备自动检测故障并快速恢复的能力，无需人为干预即可大大降低受意外故障的影响，提高了串行网络的健壮性和稳定性；(3)可以支持热插拔，无需增加额外的配置工作就可以方便的改变网络规模，提供了很高的灵活性。

附图说明

图1为“手拉手”结构的串联网络结构实施例；

图2为本发明实现环形冗余串联网络环形冗余方法时所建立的一种环形冗余串联网络结构的实施例；

图3为本发明环形冗余串联网络结构发生连接故障的实施例；

图4为基于图3故障恢复后所形成的新数据链路结构示意图；

图5为基于图2所建立环形冗余串联网络结构，进行返回链路信息的过程示意图；

图6为基于图2所建立环形冗余串联网络结构，进行主设备“逐渐发现”下游从设备的过程示意图；

图7为本发明为实现环形冗余串联网络热插拔方法所建立的一种环形冗余串联网络结构的实施例

图8为基于图7所建立的环形冗余串联网络结构，在实现热插拔时，的第一种热插结构的实施例；

图9为基于图7所建立的环形冗余串联网络结构，在实现热插拔时，第二种热插结构的实施例；

图10为基于图7所建立的环形冗余串联网络结构，在实现热插拔时，第三种热插拔结构的实施例；

图11为本发明环形冗余串联网络结构中主设备的工作流程示意图；

图12为本发明环形冗余串联网络结构中从设备的工作流程示意图；

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明是如何实施的。

实施例1：如图2所示，本发明提供的一种环形冗余串联网络结构，包含一个主设备及八个从设备，主设备设有一端口A和一端口B，每个从设备均设有一个端口a和一个端口b，八个从设备通过对应设有的端口依次串联成一条链状网络结构，位于该链状网络结构两端的两个从设备分别与主设备的两个端口A和B连接，形成一个环形网络结构。

实施例2：本发明提供的一种实现环形冗余串联网络环形冗余的方法，包含以下步骤：

S1、建立物理上的初始环形冗余串联网络：

如图2所示，将主设备的端口A和B分别与由八个从设备依次串联成的链状网络结构两端连接，形成一条物理上的环形冗余串联网络结构；

S2、通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路，即链路LA和链路LB；

S3、通过主设备分别对端口A和端口B接收到的链路LA和链路LB返回的数据信息进行监测分析，并判断出两条初始单端链路LA和LB是否运行正常；

S4、若主设备监测到端口A和端口B接收到的相应链路返回信息均正常，则确认端口A和端口B所在的两条初始单端链路均运行正常，则继续保持步骤S1中建立的环形冗余串联网络结构；

S5、若主设备监测到端口A和端口B中任何一个端口所接收到的链路返回信息有异常，则认定该端口所在的初始单端链路中处于失效状态；

S6、找出失效单端链路中发生故障的部位，并从该故障部位处将步骤S1中建立的环形冗余串联网络结构断开成两条“手拉手”式的串联网络结构，与之同时启动链路内部的自我修复过程，并按照步骤S2的方式，建立两条新的单端链路LA'和LB'；

S7、将位于步骤S6中所建立两条新单端链路LA'和LB'末端的两个设备重新连接在一起，形成一条新的环形冗余串联网络结构；

S8、重复步骤S3至步骤S7，保持环形冗余串联网络结构持续有效，从而实现环形冗余串联网络结构环形冗余。

如图6、图11和图12所示，步骤S2中，通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路LA和LB，具体过程为：

(1)通电启动主设备，由端口A及端口B同时发出“check”帧，其中，在步骤S1中所有建立的环形冗余串联网络结构首端的从设备#1与端口A连接，而位于环形冗余串联网络结构尾端的从设备#8与端口B连接，其余位于从设备#1与从设备#8之间的各从设备顺次连接；

(2)当从设备#1的端口a先收到端口A发出的“check”帧时，则确定此端口a为从设备#1的上游端口，从设备#1的另一端口a为下游端口，与之同时由从设备#1的端口a向上游主设备的端口A发送“QA#1”帧；

(3)当上游主设备的端口A接收到从设备#1的端口a发出的“QA#1”帧时，则确定主设备的端口A与下游从设备#1的双向连接正常，此时再由主设备的端口A向从设备#1的端口a发送“QA#2”帧，作为对“QA#1”帧的回应；

(4)当从设备#1的端口a接收到从设备#1的端口a发出的“QA#2”帧时，则确定从设备#1的端口a与上游主设备的双向连接正常，此时便完了主设备端口A与从设备#1的相互发现；

(5)以同样的过程(1)～(4)，由从设备#1发出“check”帧，从设备#2根据接收到的“check”帧的端口情况，确定出其上/下游端口，再由从设备#2确定出的上游端口向从设备#1发出“check”帧的端口发送“QA#1”帧，确定从设备#1发出“check”帧的端口与从设备#2的双向连接正常，然后再由从设备#1发出“check”帧的端口向从设备#2的上游端口发送“QA#2”帧，确定从设备#2的上游端口与从设备#1的双向连接正常，此时便完成了从设备#1与从设备#2的相互发现；

(6)顺着从设备#1至从设备#8的方向，按照过程(5)的方式，依次进行发现下去，直达顺着此方向发现的过程中的从设备#4发出的“check”帧没有得到其下游从设备#5的回应时止，此时从设备#4则认定自己处于链路的末端，自此便自动形成了一条由端口A出发到从设备#4止的单端链路LA；

(7)在启动端口A“逐级发现”的过程，建立单端链路LA的同时，启动端口B“逐级发现”的过程，并以同样的过程(2)～(6)，顺着从设备#8至从设备#1的方向依次发现下游从设备，建立一条由端口B出发至从设备#5止的单端链路LB，从设备#4在步骤(6)中被认定在单端链路LA的末端，则从设备#5则为单端链路LB的末端，位于单端链路LA的末端从设备#4与位于单端链路LB的末端从设备#5不在互相发现。

如图5、图11和图12所示，步骤S3中，通过主设备分别对端口A和端口B接收到的链路LA和链路LB返回的数据信息进行监测分析，并判断出两条初始单端链路LA和LB是否运行正常，具体过程如下：

(1)由位于链路LA末端的从设备#4向上游的从设备#3发出包含自身地址信息D4的“report”帧；

(2)当上游的从设备#3收到从设备#4发出的“report”帧后，将自己的地址信息D3自动添加到从设备#4发出的“report”帧的帧尾，然后并继续向上游从设备#2转发；

(3)按照过程(3)的方式，由下游从设备#2在将自己的地址信息D2添加到其接收的“report”帧的帧尾后并继续向其上游从设备#1转发，从设备#1又将自己的地址信息D1自动添加到其由从设备#2转发上来的“report”帧的帧尾，然后再将其接到的“report”转发到位于链路LA首端的端口A中，此时主设备就获取到了位于链路LA上的所有从设备即从设备#1至从设备#4的地址信息及连接顺序，如图5所示；

(4)按照过程(1)～(3)的方式，由位于链路LB末端的从设备#5将包含自身地址信息D5的“report”帧向上转发至从设备#6，从设备#6再接收从设备#5转发的“report”帧后，将自己的地址信息D6自动添加到由从设备#5转发上来的“report”帧的帧尾并继续向其上游从设备#7转发，从设备#7再接收到从设备#6转发上来的“report”帧后，又将自己的地址信息D7自动添加到由从设备#6转发上来的“report”帧的帧尾，然后继续向其上游从设备#8转发，从设备#8再接收到从设备#7转发上来的“report”帧后，又将自己的地址信息D8自动添加到由从设备#7转发上来的“report”帧的帧尾，然后在转发至位于链路LB首端的端口B中，此时主设备就获取到位于链路LB上的所有从设备即从设备#8至从设备#5的地址信息及连接顺序；

(5)若链路LA和LB在返回链路信息即“report”帧时均在约定的时间到达相应的端口A和端口B时，则确认此时的链路LA和LB均处于正常运行状态；

(6)若链路LA在返回链路信息即“report”帧时未在约定的时间到达端口A时，即认定数据帧超时，此时端口A处于待定状态，同理若链路LB在返回链路信息即“report”帧时未在约定的时间到达端口B时,此时端口B处于待定状态；

(7)当主设备监测到其任一端口A或端口B处于待定状态是，则认定相应的端口A或端口B所在的链路LA或链路LB处于失效状态，相应的链路LA或链路LB存在连接故障；

在本实例中，假定在步骤S2中所建立的两条初始单端链路LA和链路LB中，即在位于链路LB中的从设备#5与从设备#6之间发出连接故障导致链路LB处于失效时，如图3所示，此时按照步骤S6启动链路内部的自我修复过程具体如下：

(1)由主设备同时端A和B发出暂定终止数据传输命令；

(2)对位于初始单端链路LA所有从设备#1至从设备#4以及位于初始单端链路LB上的所有从设备#8至从设备#5均进行设备初始化；

(3)当所有从设备即从设备#1至从设备#8均初始化完成后，重新启动主设备的端口A和端口B“逐级发现”的过程，如图6所示，建立两条新单端链路LA'和LB'，如图4所示。

通过“逐级发现”的过程，进行上、下游设备相互发现的过程中，当任一从设备的某端口被认定为下游端口后，则该从设备不再对从其下游端口接收到的check帧作回应，如图12所示。

实施例3：本发明提供一种实现环形冗余串联网络热插拔的方法，包含以下步骤：

SS1、建立物理上的初始环形冗余串联网络：将主设备的端口A和B分别与由6个从设备依次串联成的链状网络结构两端连接，形成一条物理上的环形冗余串联网络结构；

SS2、通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路，即链路LA和链路LB；

SS3、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中添加上一个新从设备时，先断开该需要添加新从设备的初始单端链路，然后将需要新从设备放置需要添加的链路连接部位处并与原有的链路建立物理上的连接关系，形成由“6+1”个从设备构成的新环形冗余串联网络结构形式，最后按步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

SS4、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中更换上一个新从设备时，先断开原单端链路中需要更换从设备的链路，然后将原从设备移除，将新从设备接入链路中，恢复原始由“6”个从设备构成的环形冗余串联网络结构形式，最后按步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

SS5、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中移除一个从设备时，直接将该需要移除的从设备从其所在的初始单端链路中移除，然后将位于被移除从设备两端的设备恢复物理连接，形成由“6-1”个从设备构成的新环形冗余串联网络结构形式，最后按照步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

其中，步骤SS2中建立初始单端链路LA和链路LB的具体过程按照实施例2中提供的一种实现环形冗余串联网络环形冗余的方法中的步骤S2实施。

其中，步骤SS3～步骤SS5中通过逐级发现”过程，建立两条新的单端链路的具体过程按照实施例2中的步骤S6实施。

最后说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种环形冗余串联网络结构，其特征在于：包含一个主设备及N个从设备，所述主设备设有一个端口A和一个端口B，每个所述从设备均设有一个端口a和一个端口b，N个所述的从设备依次串联成一条链状网络结构，所述链状网络结构的两端分别与所述主设备的端口A及端口B连接，形成一个环形的串联网络结构。

2.一种实现环形冗余串联网络环形冗余的方法，是基于权利要1所述的环形冗余串联网络结构所建立的环形冗余方法，其特征在于：包含以下步骤：

S1、建立物理上的初始环形冗余串联网络：将主设备的端口A和B分别与由N个从设备依次串联成的链状网络结构的两端连接，形成一条物理上的环形冗余串联网络；

S2、通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路，即链路LA和链路LB；

S3、通过主设备分别对端口A和端口B接收到的链路LA和链路LB返回的数据信息进行监测分析，并判断出两条初始单端链路LA和LB是否运行正常；

S4、若主设备监测到端口A和端口B接收到的相应链路返回信息均正常，则确认端口A和端口B所在的两条初始单端链路均运行正常，则继续保持步骤S1中建立的环形冗余串联网络结构的连接状态；

S5、若主设备监测到端口A和端口B中任何一个端口所接收到的链路返回信息有异常，则认定该端口所在的初始单端链路中处于失效状态；

S6、找出失效单端链路中发生故障的部位，并从该故障部位处将步骤S1中建立的环形冗余串联网络结构断开成两条“手拉手”式的串联网络结构，与之同时启动链路内部的自我修复过程，并按照步骤S2的方式，建立两条新的单端链路LA'和LB'；

S7、将位于步骤S6中所建立两条新单端链路LA'和LB'末端的两个设备重新连接在一起，形成一条新的环形冗余串联网络结构；

S8、重复步骤S3至步骤S7，保持环形冗余串联网络结构持续有效，从而实现环形冗余串联网络结构的环形冗余。

3.根据权利要求2所述的实现环形冗余串联网络环形冗余的方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路，具体过程为：

(1)通电启动主设备，由端口A及端口B同时发出“check”帧，假定位于步骤S1中所有建立的环形冗余串联网络结构首端的从设备#1与端口A连接，而位于环形冗余串联网络结构尾端的从设备#N与端口B连接，其余位于从设备#1与从设备#N之间的各从设备顺次连接；

(2)当从设备#1的端口a先收到端口A发出的“check”帧时，则确定此端口a为从设备#1的上游端口，从设备#1的另一端口a为下游端口，与之同时由从设备#1的端口a向上游主设备的端口A发送“QA#1”帧；

(3)当上游主设备的端口A接收到从设备#1的端口a发出的“QA#1”帧时，则确定主设备的端口A与下游从设备#1的双向连接正常，此时再由主设备的端口A向从设备#1的端口a发送“QA#2”帧，作为对“QA#1”帧的回应；

(4)当从设备#1的端口a接收到从设备#1的端口a发出的“QA#2”帧时，则确定从设备#1的端口a与上游主设备的双向连接正常，此时便完了主设备端口A与从设备#1的相互发现；

(5)以同样的过程(1)～(4)，由从设备#1发出“check”帧，从设备#2根据接收到的“check”帧的端口情况，确定出其上/下游端口，再由从设备#2确定出的上游端口向从设备#1发出“check”帧的端口发送“QA#1”帧，确定从设备#1发出“check”帧的端口与从设备#2的双向连接正常，然后再由从设备#1发出“check”帧的端口向从设备#2的上游端口发送“QA#2”帧，确定从设备#2的上游端口与从设备#1的双向连接正常，此时便完成了从设备#1与从设备#2的相互发现；

(6)顺着从设备#1至从设备#N的方向，按照过程(5)的方式，依次进行发现下去，直达顺着此方向发现的过程中的某一从设备#K发出的“check”帧没有得到其下游从设备#K+1的回应时止，若从设备#K发出的“check”帧没有被回应时，从设备#K则认定自己处于链路的末端，自此便自动形成了一条由端口A出发到从设备#K止的单端链路LA；

(7)在启动端口A“逐级发现”的过程，建立单端链路LA的同时，启动端口B“逐级发现”的过程，并以同样的过程(2)～(6)，顺着从设备#N至从设备#1的方向依次发现下游从设备，建立一条由端口B出发至从设备#K+1止的单端链路LB，当步骤(6)中的从设备#K被认定在单端链路LA的末端时，则从设备#K+1则为单端链路LB的末端，从设备#K与从设备#K+1不在互相发现；

其中，N为大于2的自然偶数或为大于2的自然奇数；

当N为大于2的自然偶数时，则

当N为大于2的自然奇数时，则

4.根据权利要求3所述的实现环形冗余串联网络环形冗余的方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过主设备分别对端口A和端口B接收到的链路LA和链路LB返回的数据信息进行监测分析，并判断出两条初始单端链路LA和LB是否运行正常，具体过程如下：

(1)由位于链路LA末端的从设备#T向上游的从设备#T-1发出包含自身地址信息DT的“report”帧；

(2)当上游的从设备#T-1收到从设备#T发出的“report”帧后，将自己的地址信息D T-1添加到从设备#T发出的“report”帧的帧尾，然后并继续向上游从设备#T-2转发；

(3)按照过程(3)的方式，由下游从设备将自己的地址信息添加到其接收的“report”帧的帧尾后并继续向其上游从设备转发，依次逐级向上传下去，直至由末端从设备#T经逐级转发上来的“report”帧被位于链路LA首端的端口A接收到为止，此时主设备就获取到了位于链路LA上的所有从设备的地址信息及连接顺序；

(4)按照过程(1)～(3)的方式，由位于链路LB末端的从设备#T+1向上游逐级转发“report”帧至位于链路LB首端的端口B止，由主设备就获取到位于链路LB上的所有从设备的地址信息及连接顺序；

(5)若链路LA和LB在返回链路信息时均在约定的时间到达相应的端口A和端口B时，则确认此时的链路LA和LB均处于正常运行状态；

(6)若链路LA在返回链路信息时未在约定的时间到达端口A时，即认定数据帧超时，此时端口A处于待定状态，同理若链路LB在返回链路信息时未在约定的时间到达端口B时,此时端口B处于待定状态；

(7)当主设备监测到其任一端口A或端口B处于待定状态是，则认定相应的端口A或端口B所在的链路LA或链路LB处于失效状态，相应的链路LA或链路LB存在连接故障；

其中，其中，N为大于2的自然偶数或为大于2的自然奇数；

当N为大于2的自然偶数时，则

当N为大于2的自然奇数时，则

5.根据权利要求2所述的实现环形冗余串联网络环形冗余的方法，其特征在于：所述步骤S6中，启动链路内部的自我修复过程具体如下：

(1)由主设备同时端A和B发出暂定终止数据传输命令；

(2)对初始单端链路LA以及初始单端链路LB上的所有从设备均进行设备初始化；

(3)当所有从设备初始化完成后，重新启动主设备的端口A和端口B“逐级发现”的过程，建立两条新单端链路LA'和LB'。

6.根据权利要求3所述的实现环形冗余串联网络环形冗余的方法，其特征在于：当任一所述从设备的某端口被认定为下游端口后，该所述从设备不再对从其下游端口接收到的check帧作回应。

7.一种实现环形冗余串联网络热插拔的方法，是基于权利要1所述的环形冗余串联网络结构所建立的热插拔方法，其特征在于：包含以下步骤：

SS1、建立物理上的初始环形冗余串联网络：将主设备的端口A和B分别与由M个从设备依次串联成的链状网络结构两端连接，形成一条物理上的环形冗余串联网络；

SS2、通过“逐级发现”的过程，建立逻辑上的两条分别主设备的端口A和端口B连接的初始单端链路，即链路LA和链路LB；

SS3、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中添加上一个新从设备时，先断开该需要添加新从设备的初始单端链路，然后将需要新从设备放置需要添加的链路连接部位处并与原有的链路建立物理上的连接关系，形成由“M+1”个从设备构成的新环形冗余串联网络结构形式，最后按步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

SS4、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中更换上一个新从设备时，先断开原单端链路中需要更换从设备的链路，然后将原从设备移除，将新从设备接入链路中，恢复原始由“M”个从设备构成的环形冗余串联网络结构形式，最后按步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

SS5、当需要在步骤SS2中所建立的任一条初始单端链路中移除一个从设备时，直接将该需要移除的从设备从其所在的初始单端链路中移除，然后将位于被移除从设备两端的设备恢复物理连接，形成由“M-1”个从设备构成的新环形冗余串联网络结构形式，最后按照步骤SS2中的“逐级发现”过程，建立两条新的单端链路；

其中，M为大于2的自然数。