專利名稱：一種堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于以太網(wǎng)堆疊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)交換機端口數(shù)量不足以滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的時候，在不改變原有網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃拓?fù)涞那闆r 下增加交換機的端口數(shù)，同時又不增加網(wǎng)管的負(fù)擔(dān)。此時孕育交換機堆疊技術(shù)。堆疊技術(shù)不 同于交換機的簡單級聯(lián)，級聯(lián)的設(shè)備在邏輯上是相互獨立的，而交換機堆疊，從邏輯上來說， 它們相當(dāng)于同一設(shè)備。為了實現(xiàn)交換機間的高效互聯(lián)和統(tǒng)一管理，要求有一種高效、可靠消 息通信機制完成主機和備機、主機和從機的進程之間傳遞信息。
消息通信遵循一定層次結(jié)構(gòu)，最常見層次劃分見圖1。其中，消息應(yīng)用層為需要通信服
務(wù)的上層各功能模塊;消息通信層充分發(fā)揮TCP協(xié)議功能，具體作法TCP報文數(shù)據(jù)部分嵌入
自己定義的報文，實現(xiàn)應(yīng)用層轉(zhuǎn)發(fā)；TCP/IP協(xié)議族及Socket接口利用IP協(xié)議進行路由選擇，
利用TCP協(xié)議進行端-端控制，提供不定界流式服務(wù)，TCP/IP協(xié)議族及接口由操作系統(tǒng)協(xié)議
棧提供；Ethernet由BSP、驅(qū)動提供收包、發(fā)包完成鏈路層次上通訊。
這種層次劃分在實際應(yīng)用中，存在過多依賴操作系統(tǒng)的協(xié)議棧，通訊協(xié)議復(fù)雜，效率低， 需要建TCP連接，設(shè)立服務(wù)端和客戶端，鏈路層收到報文上交協(xié)議棧，通訊層調(diào)用操作系統(tǒng) 提供Socket接口函數(shù)獲取報文，進行應(yīng)用層轉(zhuǎn)發(fā)，報文層層解析消耗大量的CPU和內(nèi)存資源。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種效率高，節(jié)省CPU和內(nèi)存資源的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通
訊方法。
為此本發(fā)明堆疊系統(tǒng)設(shè)備通方法采用的通訊機制包括
將以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)部分劃分為若干個字節(jié)，確定報文格式，這些字節(jié)包括報文開始標(biāo)志
Begin—Flag、報文結(jié)束標(biāo)志End_Flag、消息參數(shù)頭MSG-PUD Head和可變長消息體MSG-PdU payload。
該方法包括信道建立和消息傳輸步驟，其中在消息傳輸步驟中向非本地設(shè)備傳送消息時 采用了在鏈路層對消息分片的方式，由消息通訊層根據(jù)消息長度進行分片處理。
計算分片數(shù)的公式為分片數(shù)=(消息長度+ MSG—MTU - 1)/MSG—MTU，其中MSG—MTU是 消息傳送單元包含的以太網(wǎng)楨數(shù)據(jù)部分的字節(jié)數(shù)；并按照以下分片規(guī)則填充MSG-PDU payload 結(jié)構(gòu)
1) 、分片數(shù)為1，第一片組成如下
Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload、 End-flag
2) 、分片數(shù)為2，各片的組成如下
第一片Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 第二片MSG-PDU payload、 End-flag
3) 、分片數(shù)為3或者多于3片，各片的組成如下
第一片Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 中間片MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 最后片MSG-PDU payload、 End-flag 本發(fā)明方法采用的通訊機制還包括
用設(shè)備號與進程號的二元組來唯一標(biāo)識設(shè)備，向系統(tǒng)中的成員分配唯一的設(shè)備號 DeviceID，同時向設(shè)備內(nèi)的進程分配唯一的進程號PID;
以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)部分的字節(jié)還包括消息發(fā)送頭MsgHead—Snd和協(xié)議數(shù)據(jù)單元頭PduHead;
將報文類型分為五種，即連接請求N0DE_C0NNECT、結(jié)點接收N0DE_ACCEPT、關(guān)閉請求 NODE—CL0SE、發(fā)送消息NODE—MSG和確認(rèn)消息N0DE_C0NFIRM;
將消息通道的狀態(tài)描述為四種狀態(tài)即從等待主態(tài)、主工作態(tài)、從工作態(tài)、等待主接收態(tài)。
本發(fā)明方法消息傳輸步驟還可以包括在鏈路層對消息進行重傳和確認(rèn)的環(huán)節(jié)。其中報文 重傳的實現(xiàn)方法為發(fā)送鏈表引入頭指針、尾指針、當(dāng)前指針，從頭指針到當(dāng)前指針這段區(qū) 間表示已發(fā)送，從當(dāng)前指針到尾指針這段區(qū)間結(jié)點表示未發(fā)送，當(dāng)前指針指向第一個待發(fā)送 報文，發(fā)送時，首先將發(fā)送標(biāo)志置為1，如果發(fā)送成功指向下一個報文，如果發(fā)送不成功， 將發(fā)送標(biāo)志置為0，等待下一次發(fā)送；報文確認(rèn)的實現(xiàn)方法為接收端收到報文后，解析
PduHead中"發(fā)送的序列號"作為"接收序列號"，用于對發(fā)送端的確認(rèn)；如果在回復(fù)對端之
前，收到發(fā)送端的多個報文，則以最新收到發(fā)送端報文中"發(fā)送序列號"為"接收序列號"。
本發(fā)明方法的步驟還可以包括信道釋放重建，信道釋放的方法為主機在規(guī)定時間段沒
有收到從機報文，主機發(fā)探測報文，要求對方必須回應(yīng)，發(fā)一定次數(shù)的該報文如果對方?jīng)]有
回應(yīng)則拆除鏈接；信道釋放的方法還可以為從機在工作狀態(tài)向主機發(fā)起關(guān)閉請求，從機進 入從等待主態(tài)，主機接收到關(guān)閉請求后拆除鏈接
本發(fā)明方法不利用操作系統(tǒng)"TCP/IP協(xié)議族和Socket接口"，"消息通訊層"能實現(xiàn) "TCP/IP協(xié)議族"部分功能，在鏈路層實現(xiàn)分片、重傳、確認(rèn)、端到端可靠的通訊，避免了 依賴操作系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議族及Socket接口，本發(fā)明方法將消息通迅層作為獨立單元，可以 隨時加入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中剝離，由于不采用TCP/IP協(xié)議，不需要服務(wù)端的監(jiān)聽客戶端，節(jié)省 大量的CPU和內(nèi)存資源，同時與具體鏈路介質(zhì)無關(guān)，減少了對硬件的依賴。


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圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊方法的消息層次結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊方法的報文格式說明圖； 圖3為本發(fā)明堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊方法的信道建立流程圖； 圖4為本發(fā)明堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊方法的分片、重傳、確認(rèn)流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊方法的通訊機制包括
a、 在現(xiàn)有技術(shù)的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊方法中，"TCP/IP協(xié)議族"是用"IP地址"和"端 口號"的二元組來唯一標(biāo)識一端，實現(xiàn)端到端的通訊。本發(fā)明用設(shè)備號和進程號的二元組來 唯一標(biāo)識設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備內(nèi)、設(shè)備間的進程通訊。設(shè)備號和進程號的分配要求為
al、系統(tǒng)中的成員分配唯一的設(shè)備號DeviceID，約定某個數(shù)字代表主設(shè)備、約定某個數(shù) 字代表備設(shè)備、約定某些數(shù)字代表從設(shè)備，約定數(shù)字決定設(shè)備在系統(tǒng)內(nèi)的角色。
a2、設(shè)備內(nèi)的進程分配唯一的進程號PID，進程一定在進程注冊表中登記過，每個設(shè)備 有一張進程注冊表，并且在各個設(shè)備上進程注冊表進程號一致。
b、 對以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)部分進行劃分，引入自定義的報文格式，消息通訊層的簡單協(xié)議報 文格式描述見圖2，其中
bl、 Begir^Flag是報文開始標(biāo)志，End_Flag是報文結(jié)束標(biāo)志，用于實現(xiàn)分片和組包； b2、 MSG-PDU Head是消息參數(shù)頭，含有事件號、接收設(shè)備號、接收進程號、發(fā)送設(shè)備
號、發(fā)送進程號，用于對消息體簡要概括，方便轉(zhuǎn)發(fā)；MSG-PDU payload是可變長消息體含
有MSG-PDU Head中各個字段，同時含有消息應(yīng)用層傳入數(shù)據(jù)部分。
b3、 MsgHead—Snd是消息發(fā)送頭，必須含有發(fā)送標(biāo)志、空閑標(biāo)志、前一消息塊、后一消
息塊，這些信息用于重傳、確認(rèn)的實現(xiàn)。 B4、 PduHead是協(xié)議數(shù)據(jù)單元頭，必須含有源設(shè)備號、目的設(shè)備號，報文類型、發(fā)送的 序列號和接收確認(rèn)序列號，這些信息用于消息通道的報文轉(zhuǎn)發(fā)。
c、 將報文類型分為五種即連接請求N0DE一C0NNECT、結(jié)點接收NODE—ACCEPT、關(guān)閉請求 NODE—CL0SE、發(fā)送消息NODE—MSG、確認(rèn)消息N0DE_C0NFIRM,以表示報文作用。
d、 消息通道的狀態(tài)描述為四種狀態(tài)即從等待主態(tài)、主工作態(tài)、從工作態(tài)和等待主接收態(tài)， 以實現(xiàn)信道建立、消息傳輸、信道釋放。
下面結(jié)合圖3對本發(fā)明方法的信道建立步驟進行詳細(xì)說明，這里約定主機作為服務(wù)器，
從機都作為客戶端。
步驟301，從機消息通道進入"等待主機狀態(tài)"，準(zhǔn)備信道建立；
步驟302，從機向主機發(fā)送連接請求NODE一CONNECT，報文中攜帶從機一些重要信息，如 設(shè)備號和MAC地址；
步驟303，從機發(fā)送"NODE—CONNECT"報文成功之后，從機消息通道置為"等待主接收 狀態(tài)"；
步驟304，主機一直工作在"主工作態(tài)"，主機接收從機連接請求向從機回一個接收確 認(rèn)消息"NODE—ACCEPT";
步驟305，判斷從機是否接收到主機發(fā)回的接收確認(rèn)消息"NODE—ACCEPT"，如果沒有接 收到或者超時，重復(fù)上述步驟重新建立信道；
步驟306，若接收到主機發(fā)回的接收確認(rèn)消息"N0DE_ACCEPT"，則從機進入"從工作狀 態(tài)"，與主機進行通信，至此消息通道建立。
下面結(jié)合圖4對本發(fā)明方法的消息傳輸步驟作迸一步的詳細(xì)描述
步驟401，消息應(yīng)用層提供要發(fā)送消息事件號、消息內(nèi)容、消息長度、目的設(shè)備號和目 的進程號，消息發(fā)送處理函數(shù)對這些信息進行組裝同時對目的設(shè)備號和目的進程號進行合法 性檢査；
步驟402，消息通訊層判斷應(yīng)用層傳入的目的設(shè)備號，如果設(shè)備號是自己，則在本設(shè)備 內(nèi)進行消息處理，否則將消息發(fā)送到相應(yīng)設(shè)備；
步驟403，消息通訊層根據(jù)消息長度進行分片處理，計算分片數(shù)公式為分片數(shù)=(消息 長度+ MSGJ1TU - 1)/MSG一MTU，其中MSG—MTU是消息傳送單元包含的以太網(wǎng)楨數(shù)據(jù)部分的字 節(jié)的數(shù)目；并按照以下分片規(guī)則填充MSG-PDU payload結(jié)構(gòu)
1、分片數(shù)為1，第一片組成如下
Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload、 End-flag
2、 分片數(shù)為2，各片的組成如下
第一片Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 第二片MSG-PDU payload、 End-flag
3、 分片數(shù)為3或者多于3片，各片的組成如下
第一片Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 中間片MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 最后片MSG-PDU payload、 End-flag
同時提取MSG-PDU payload中的事件號、接收設(shè)備號、接收進程號、發(fā)送設(shè)備號、發(fā)送 進程號填充MSG-PDU Head;
步驟404，用發(fā)送標(biāo)志、空閑標(biāo)志、前一消息塊、后一消息塊填充MsgHeacLSnd;用源設(shè) 備號、目的設(shè)備號、發(fā)送的序列號、接收確認(rèn)序列號、報文類型填充PduHead，其中發(fā)送序 列號表示源設(shè)備向目的設(shè)備發(fā)送多少個報文，接收序列號，表示接收到目的設(shè)備多少個報文。；
報文重傳實現(xiàn)發(fā)送鏈表引入頭指針、尾指針、當(dāng)前指針，從頭指針到當(dāng)前指針這段區(qū) 間表示已發(fā)送，從當(dāng)前指針到尾指針這段區(qū)間結(jié)點表示未發(fā)送。當(dāng)前指針指向第一個待發(fā)送 報文；發(fā)送時，首先將發(fā)送標(biāo)志置為1，如果發(fā)送成功指向下一個報文，如果發(fā)送不成功， 將發(fā)送標(biāo)志置為0，等待下一次發(fā)送。
報文確認(rèn)的實現(xiàn)接收端收到報文后，解析PduHead中"發(fā)送的序列號"作為"接收序 列號"，用于對發(fā)送端的確認(rèn)。如果在回復(fù)對端之前，收到發(fā)送端的多個報文，則以最新收到 發(fā)送端報文中"發(fā)送序列號"為"接收序列號"。
信道釋放分正常釋放和異常釋放兩種情形。正常釋放是從機在工作狀態(tài)向主機發(fā)起關(guān)閉 請求，從機進入從等待主態(tài)，主機接收到關(guān)閉請求后拆除鏈接；異常釋放是主機在規(guī)定時間 段沒有收到從機報文，主機發(fā)探測報文，要求對方必須回應(yīng)，發(fā)一定次數(shù)的該報文如果對方 沒有回應(yīng)則拆除鏈接。主機所發(fā)該探測報文次數(shù)可以是三次。
本發(fā)明以上所述技術(shù)方案中凡是涉及從機的地方都可以用備機作為選擇方案。
本發(fā)明提出的在鏈路層實現(xiàn)分片、重傳、確認(rèn)的可靠的端到端通訊方法，在鏈路層完成 現(xiàn)有技術(shù)中的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊方法的操作系統(tǒng)"TCP/IP協(xié)議族及Socket接口"協(xié)議棧的 功能，在鏈路層對報文進行解析，向消息應(yīng)用層分發(fā)，節(jié)省CPU、內(nèi)存等寶貴資源。
權(quán)利要求
1、一種堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于該方法采用的通訊機制包括將以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)部分劃分為若干個字節(jié)，這些字節(jié)包括報文開始標(biāo)志Begin_Flag、報文結(jié)束標(biāo)志End_Flag、消息參數(shù)頭MSG-PUD Head和可變長消息體MSG-PdU payload；該方法包括信道建立和消息傳輸步驟，其中在消息傳輸步驟中向非本地設(shè)備傳送消息時采用了在鏈路層對消息分片的方式，由消息通訊層根據(jù)消息長度進行分片處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于對消息進行分片處理時 計算分片數(shù)的公式為分片數(shù)=(消息長度+ MSG—MTU - 1)/MSG一MTU，其中MSG一MTU是消息 傳送單元包含的所述以太網(wǎng)楨數(shù)據(jù)部分的字節(jié)的數(shù)目；并按照以下分片規(guī)則填充MSG-PDU payload結(jié)構(gòu)1) 、分片數(shù)為1,第一片組成如下Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload、 End-flag2) 、分片數(shù)為2，各片的組成如下第一片Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 第二片MSG-PDU payload、 End-flag3) 、分片數(shù)為3或者多于3片，各片的組成如下第一片Begin-Flag、 MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 中間片MSG-PDU Head、 MSG-PDU payload 最后片MSG-PDU payload、 End-flag
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于該方法采用的通訊機制 還包括用設(shè)備號與進程號的二元組來唯一標(biāo)識設(shè)備，向系統(tǒng)中的成員分配唯一的設(shè)備號 DeviceID，同時向設(shè)備內(nèi)的進程分配唯一的進程號PID;所述以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)部分的字節(jié)還包括消息發(fā)送頭MsgHead一Snd和協(xié)議數(shù)據(jù)單元頭 PduHead;將報文類型分為五種，即連接請求N0DE一C0NNECT、結(jié)點接收NODE一ACCEPT、關(guān)閉請求 NODE—CL0SE、發(fā)送消息NODE—MSG和確認(rèn)消息NODE—CONFIRM;將消息通道的狀態(tài)描述為四種狀態(tài)即從等待主態(tài)、主工作態(tài)、從工作態(tài)、等待主接收態(tài)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于所述消息傳輸?shù)牟?驟還包括報文重傳、報文確認(rèn)。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于所述消息傳輸?shù)牟襟E還 包括信道釋放。
6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于所述消息傳輸?shù)牟襟E還包括報文重傳，其實現(xiàn)方法為發(fā)送鏈表引入頭指針、尾指針、當(dāng)前指針，從頭指針到當(dāng)前指針這段區(qū)間表示已發(fā)送，從當(dāng)前指針到尾指針這段區(qū)間結(jié)點表示未發(fā)送，當(dāng)前指針指向第 一個待發(fā)送報文，發(fā)送時，首先將發(fā)送標(biāo)志置為1，如果發(fā)送成功指向下一個報文，如果發(fā)送不成功，將發(fā)送標(biāo)志置為o，等待下一次發(fā)送。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于所述消息傳輸?shù)牟?驟還包括報文確認(rèn)，其實現(xiàn)方法為接收端收到報文后，解析PduHead中"發(fā)送的序列號" 作為"接收序列號"，用于對發(fā)送端的確認(rèn)；如果在回復(fù)對端之前，收到發(fā)送端的多個報文， 則以最新收到發(fā)送端報文中"發(fā)送序列號"為"接收序列號"。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于所述消息傳輸?shù)牟襟E還 包括信道釋放，信道釋放的方法為主機在規(guī)定時間段沒有收到從機報文，主機發(fā)探測報文， 要求對方必須回應(yīng)，發(fā)一定次數(shù)的該報文如果對方?jīng)]有回應(yīng)則拆除鏈接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于主機所發(fā)該探測報文次 數(shù)是三次。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊的方法，其特征在于所述消息傳輸?shù)牟襟E 還包括信道釋放，信道釋放的方法為從機在工作狀態(tài)向主機發(fā)起關(guān)閉請求，從機進入從等 待主態(tài)，主機接收到關(guān)閉請求后拆除鏈接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種效率高，節(jié)省CPU和內(nèi)存資源的堆疊系統(tǒng)設(shè)備通訊方法。該方法用設(shè)備號與進程號的二元組來唯一標(biāo)識一端，向系統(tǒng)中的成員分配唯一的設(shè)備號DeviceID，同時向設(shè)備內(nèi)的進程分配唯一的進程號PID；對以太網(wǎng)幀的DATA部分進行劃分，引入自定義的報文格式，同時將報文類型分為五種。本發(fā)明方法采用在鏈路層對消息進行分片、重傳和確認(rèn)的方式進行消息傳輸，避免了依賴操作系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議族及Socket接口，可節(jié)省大量的CPU和內(nèi)存資源，同時與具體鏈路介質(zhì)無關(guān)，減少了對硬件的依賴。本發(fā)明方法還包括信道釋放重建步驟，釋放分正常釋放和異常釋放兩種情形。
文檔編號H04L12/56GK101184032SQ20071016601
公開日2008年5月21日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者羅友松, 賈有春 申請人:中興通訊股份有限公司