CN100454861C - 级联组网系统中的节点寻址方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种级联组网系统中的节点寻址方法，应用于由主节点和至少一个从节点级联组成的网络系统，包括：主节点根据内部的地址分配策略和到达从节点的路径长度，生成从节点的地址分配帧并发送出去，地址分配帧中包括到达从节点的路径长度和分配给该从节点的专用地址；从节点将收到的地址分配帧的路径长度减1，判断该地址分配帧当前的路径长度是否为0，如果不为0，则将当前地址分配帧从接收该地址分配帧以外的其它端口转发出去，如果为0，则取出该地址分配帧中的专用地址，设置为本地的专用地址。本发明方案使寻址过程更加灵活方便，提高节点地址的可维护性，无需工作人员到现场进行处理，降低维护成本。

Description

级联组网系统中的节点寻址方法
技术领域
本发明涉及网络节点的寻址技术，特别是指一种级联组网系统中的节点寻址方法。
背景技术
级联组网是一种非常通用的组网方式，网络是由一个主节点(MasterNode)和多个从节点(Slave Node)构成，不相邻的节点之间的通信通过节点之间的逐级转发实现。
级联组网中较常见的一种网络拓扑结构是链形结构，参见图1所示，主节点MN和多个从节点SN0，SN1，...SNn-1成链形连接，主节点在该链的始端。由于该网络中有多个从节点，因此需要一定的寻址技术为每个节点设置一个特定地址，用以区分和标识不同的从节点。
目前，采用的寻址方案是：每个从节点通过硬件设置地址，如：通过拨码开关，将与主节点相连的第一个从节点的硬件设置地址为0，第二个从节点的硬件设置地址为1，……，一直设置到最后一个从节点，假设有n个从节点，则最后一个从节点的地址为n-1。
现有技术的缺点是由于完全依靠硬件设置地址，因此可维护性差，当需要更改某个从节点的地址时，需要到该从节点的现场进行更改，维护成本高，易造成人力和时间资源的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种级联组网系统中的节点寻址方法，使寻址过程更加灵活方便，提高节点地址的可维护性，无需工作人员到现场进行处理，降低维护成本。
本发明公开的一种级联组网系统中的节点寻址方法，应用于由主节点和至少一个从节点级联组成的网络系统，包括：
a)主节点根据内部的地址分配策略和到达从节点的路径长度，生成从节点的地址分配帧并发送出去，地址分配帧中包括到达从节点的路径长度和分配给该从节点的专用地址；
b)从节点将收到的地址分配帧的路径长度减1，判断该地址分配帧当前的路径长度是否为0，如果不为0，则将当前地址分配帧从接收该地址分配帧以外的其它端口转发出去，如果为0，则取出该地址分配帧中的专用地址，设置为本地的专用地址。
该方法所述步骤a)前进一步包括：
a1)未获得专用地址的每个从节点不断向本地所有端口广播发送初始的路径长度为0的地址请求帧；
a2)如果从节点收到其它节点的地址请求帧，则判断自身是否已获取专用地址，如果是，则将当前收到的地址请求帧的路径长度加1，将当前地址请求帧从接收该地址请求帧以外的其它端口转发出去，否则，将当前地址请求帧丢弃；
a3)主节点接收到从节点的地址请求帧后，将收到的地址请求帧路径长度加1，作为到达请求的从节点的路径长度，进入步骤a)。
该方法所述网络系统为链形网络，所述主节点设置在链的一端，则步骤a)所述地址分配帧通过广播的形式发送出去。
该方法所述网络系统为环形网络，环上的一段链路为备份链路段，则所述主节点沿两个方向到备份链路段的两端从节点的链路分别作为两条链形网络系统；步骤a)中主节点将地址分配帧通过该地址分配帧所属从节点所在链路的对应端口发送出去。
该方法所述网络系统为环形网络，环上的一段链路为备份链路段，则所述主节点沿两个方向到备份链路段的两端从节点的链路分别作为两条链形网络系统；步骤a)中主节点将地址分配帧通过接收当前地址请求帧的端口发送出去。
该方法进一步包括：如果环上一段链路段故障，则将故障链路段设置为备份链路段，将原备份链路段设置为正常工作链路段。
该方法进一步包括：如果环上一个从节点故障，则将从节点两侧的链路段设置为备份链路段，将原备份链路段设置为正常工作链路段。
该方法所述步骤a3)与a)之间进一步包括：主节点判断当前地址请求帧的路径长度是否大于接收该地址请求帧的方向上主节点到达备份链路段前端的从节点的实际路径长度，如果是，则丢弃该地址请求帧，否则，进入步骤a)。
该方法所述地址请求帧是广播帧，该广播帧的类型为地址分配请求帧，目的地址是广播地址，所述路径长度和类型设置在该广播的信息数据段内。
该方法所述地址分配帧是以广播形式发送的广播帧，该广播帧的类型为地址分配确认帧，目的地址是广播地址，所述路径长度、专用地址和类型设置在该广播帧的信息数据段内。
该方法所述地址分配策略为人工或网络系统预先设定生成。
该方法所述地址分配帧中包含的路径长度和专用地址由人工在主节点侧手动生成，或由主节点侧的管理设备生成。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种级联组网系统中的节点寻址方法，通过从节点自动请求和主节点主动生成两种方式，由主节点根据地址分配策略和到达从节点的路径长度生成从节点的地址分配帧，发送至相应的从节点，从而实现了级联组网系统中的地址快速、灵活分配，当需要更改节点地址时，工作人员无需亲自到现场进行处理，大大提高了节点地址的可维护性，节省了人力和时间，降低了维护成本，提高了整个系统的性价比。
附图说明
图1为链形组网的结构示意图；
图2为本发明在链形组网系统中自动寻址过程的示意图；
图3为环形组网的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
级联组网情况下，各节点之间是通过数据链路进行通信，数据链路是采用地址的方法实现各节点之间的通信，数据链路的传送单元是数据帧。
数据帧中包括数据段：目的地址、信息和其它，下面分别进行说明。
目的地址：数据交互时，通过在数据帧中加入目的地址来标识该数据帧发给哪个节点。完成寻址过程以后的每个节点都有一个专用地址标识自己，通过将专用地址作为待发数据的目的地址段，实现数据帧向指定节点的发送。另外，系统中还提供有一个或多个广播地址，每个节点都可以用广播地址作为目的地址进行收发数据。拥有广播地址的数据帧称为广播帧。本发明将利用广播地址完成寻址功能。
信息：当数据帧中目的地址是各节点的专用地址时，该信息部分承载的内部不作规定，可以是发送给目的地址所代表的节点的用户数据等。当目的地址是广播地址时，信息部分包含以下子数据段：
(1)路径长度，该子数据段指示广播帧所经过的节点个数。(2)类型，指示该广播帧是从节点发出的地址分配请求帧，还是主节点发出的地址分配确认帧；本文中，地址分配请求帧简称地址请求帧，地址分配确认帧简称地址分配帧。(3)分配地址，数据帧类型是地址分配帧时，该子数据段表示分配给从节点的地址；类型是地址请求帧时，该子数据段不作规定，可以作为其它的用途。
其它：该部分可以包括信息长度，地址长度等，此处不作约定。
参见图1所示，一个主节点MN和n个从节点SN0，SN1，...，SNn-1相连并组成链形结构，主节点在始端，系统启动时，主节点和各从节点并不知道各从节点的地址。
当系统启动时，主节点未给各从节点分配地址，各节点只能通过广播帧进行通信。主节点拥有n个从节点专用地址用于分配给系统中的n个从节点，该地址集为{A0，A1，...，An-1}，该链形级联组网系统的寻址过程包括：
A、未获得专用地址的每个从节点向它的所有端口广播发送地址请求帧，一直到它获得分配的专用地址时，就停止发送地址请求帧。其中，地址请求帧的初始路径长度为0，类型为地址请求帧。
B、每个从节点收到其它从节点的地址请求帧时，判断自身是否已获取专用地址，并从以下两种情况作出选择：
当从节点未获得主节点分配的专用地址时，该从节点将丢弃其它从节点的地址请求帧；当从节点已获得主节点分配的专用地址时，该从节点将其它从节点的地址请求帧的路径长度加1，从接收该地址请求帧以外的其它端口转发出去。
C、主节点收到从节点的地址请求帧时，首先将收到的地址请求帧的路径长度加1；再根据当前该地址请求帧的路径长度，并结合主节点内部的地址分配策略，为该地址请求的从节点分配地址，假设当前地址请求帧的路径长度为x(0＜x≤n)，结合主节点内部的地址分配策略分配给该从节点的专用地址为Ax-1；最后主节点生成地址分配帧，它的初始路径长度为x，类型为地址分配帧，分配地址子数据段为Ax-1，主节点将该地址分配帧从其地址请求帧的接收端口发送出去。这里由于是链形网络，因此主节点在发送地址分配帧时也可以不指定端口，所述地址分配策略可以由人工或系统预先制定。
D、每个从节点收到主节点的地址分配帧时，首先将收到的地址分配帧的路径长度减1；然后从节点判断地址分配帧的路径长度是不是为0，并从以下两种情况作出选择：
当该地址分配帧的路径长度为0时，该从节点取出地址分配帧的分配地址子数据段，以该分配地址子数据段中的地址信息为该从节点的地址；当该地址分配帧的路径长度大于0时，该从节点将地址分配帧从接收该地址分配帧的其它端口转发出去。
参见图2所示寻址过程的时序图：
当系统刚刚启动时，链路上的每个从节点都通过所有端口向其两侧节点广播发送初始长度为0的地址请求帧，每个节点在没有获得专用地址时，都将其它节点发来的地址请求帧丢掉。
这时，主节点MN会首先且只能收到距离最近的从节点SN0发来的地址请求帧，MN将SN0的地址请求帧路径长度加1，根据该地址请求帧的长度1以及内部地址分配策略，生成地址分配帧。地址分配帧的分配地址子数据段为分配给SN0的专用地址A0，地址分配帧的初始路径长度为1。将该地址分配帧从接收该SN0地址请求帧的端口发送出去。
SN0接收到此地址分配帧后，将该地址分配帧的路径长度减1，然后判断该地址分配帧的当前路径长度是否为0，由于该地址分配帧的初始路径长度为1，在SN0处减1后为0，因此SN0取出该地址分配帧的分配地址子数据段A0，设置A0为本地专用地址。此后SN0再次收到其它从节点发来的地址请求帧时，就不会将其丢弃了。
此时，SN0会首先且只能收到距离最近的从节点SN1发来的地址请求帧，SN0将SN1的地址请求帧的路径长度加1，即此时SN1的地址请求帧的路径长度应为0+1＝1，然后，SN0将该地址请求帧从接收该地址请求帧以外的其它端口转发出去。
当主节点MN收到SN1的地址请求帧后，MN首先将SN1的地址请求帧路径长度加1，即此时SN1的地址请求帧的路径长度应为1+1＝2，根据该地址请求帧的长度2以及内部地址分配策略，生成地址分配帧。地址分配帧的分配地址子数据段为分配给SN1的专用地址A1，地址分配帧的初始路径长度为2。将该地址分配帧从接收该SN1地址请求帧的端口发送出去。
当SN0收到SN1的地址分配帧后，将该地址分配帧的路径长度减1，然后判断该地址分配帧的当前路径长度是否为0，由于该地址分配帧的初始路径长度为2，在SN0处减1后为1，因此SN0会将该地址分配帧从接收该地址请求帧以外的其它端口转发出去。
当SN1接收到此地址分配帧后，将该地址分配帧的路径长度减1，然后判断该地址分配帧的当前路径长度是否为0，由于在此之前该地址分配帧的路径长度为1，在SN1处减1后为0，因此SN1取出该地址分配帧的分配地址子数据段A1，设置A1为本地专用地址。此后SN1再次收到其它从节点发来的地址请求帧时，就不会将其丢弃了。
依此类推，直至链路上的最后一级从节点SNn-1也得到主节点MN分配专用地址。
以上是系统中主节点通过接收从节点的地址请求，为从节点分配地址的自动寻址过程。另外，主节点也可以主动为从节点配置地址。具体过程如下：
1、主节点侧生成路径长度和分配的专用地址，假设为第y个从节点SNy-1分配专用地址，则路径长度为y，分配地址子数据段为Ay-1；然后，主节点主动生成地址分配帧，从任意端口或第y个从节点SNy-1对应的链路端口发送出去。
这里，路径长度和专用地址可以人工手动生成或主节点侧的网管等管理设备计算生成。
2、当从节点收到主节点的地址分配帧时，将收到的地址分配帧的路径长度减1，判断当前该地址分配帧的路径长度是否为0，如果当前该地址分配帧的路径长度不为0，则该从节点将地址分配帧从接收该地址分配帧以外的其它端口转发出去；如果当前该地址分配帧的路径长度为0，则该从节点取出当前地址分配帧的分配地址子数据段Ay-1，设置为本地的专用地址，事实上该从节点即为第y个从节点SNy-1。
本发明级联组网系统中的节点寻址方法还可以适用于环形组网。
参见图3所示，主节点MN和n个从节点SN0，SN1，...，SNn-1级联成环形拓扑网络系统。工作时，从节点SNm-1与SNm之间的链路作为备份链路不互通业务数据，因此，该环状网络在业务上可以当作两个链形网，SN0到SNm-1是第一条链，SNm到SNn-1是第二条链。
每条链的寻址过程与上面描述的链形组网中的过程大部分相同，不同的是：在自动寻址方案中，由于从节点的地址请求帧采取广播的形式发送，因此为了避免地址请求帧在传输路径上发生错误，主节点中根据主节点到达备份链路两端从节点的实际路径长度，为两条链路分别设置了最大路径长度的限制，第一条链的最大路径长度是m，第二条链的最大路径长度是n-m。当主节点从第一条链的端口收到地址请求帧的路径长度超过m时，主节点丢弃该地址请求帧，不分配地址；主节点第二条链的端口收到地址请求帧的路径长度超过n-m时，主节点丢弃该地址请求帧，不分配地址。并且，在主节点发送地址分配帧时，应将地址分配帧从其对应地址请求帧的接收端口发送出去。在主动寻址方案中，主节点也应选择从节点所对应链路的端口，将该从节点的地址分配帧发送出去。
当环网上的某段数据链路故障时，通过环网的自愈倒换功能，环网上的备份链路将发生转移，如：SNk-1与SNk之间数据链路段故障，通过自愈倒换SNm-1与SNm之间的链路作为正常工作链路，SNk-1与SNk之间的链路作为备份链路。此时环上的相应节点将需要重新进行主动或自动寻址过程，寻址过程与上述相同，只不过是第一条链的最大路径长度变成了k，第二条链的最大路径长度变成了n-k。
当环网上的某从节点故障时，通过环网的自愈倒换功能，备份链路发生转移，如：从节点SNk-1故障，SNm-1与SNm之间的链路作为正常工作链路，SNk-2与SNk之间的链路作为备份链路。此时环上的相应节点将需要重新进行寻址过程，寻址过程的与上述相同，只不过是第一条链的最大路径长度变成了k-1，第二条链的最大路径长度变成了n-k。
根据以上思路，本发明的节点寻址方案还可以应用于如：星形等其它拓扑结构的级联网络系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1、一种级联组网系统中的节点寻址方法，应用于由主节点和至少一个从节点级联组成的网络系统，其特征在于，包括：
a)主节点根据内部的地址分配策略和到达从节点的路径长度，生成从节点的地址分配帧并发送出去，地址分配帧中包括到达从节点的路径长度和分配给该从节点的专用地址；
b)从节点将收到的地址分配帧的路径长度减1，判断该地址分配帧当前的路径长度是否为0，如果不为0，则将当前地址分配帧从接收该地址分配帧以外的其它端口转发出去，如果为0，则取出该地址分配帧中的专用地址，设置为本地的专用地址。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)前进一步包括：
a1)未获得专用地址的每个从节点不断向本地所有端口广播发送初始的路径长度为0的地址请求帧；
a2)如果从节点收到其它节点的地址请求帧，则判断自身是否已获取专用地址，如果是，则将当前收到的地址请求帧的路径长度加1，将当前地址请求帧从接收该地址请求帧以外的其它端口转发出去，否则，将当前地址请求帧丢弃；
a3)主节点接收到从节点的地址请求帧后，将收到的地址请求帧路径长度加1，作为到达请求的从节点的路径长度，进入步骤a)。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述网络系统为链形网络，所述主节点设置在链的一端，则步骤a)所述地址分配帧通过广播的形式发送出去。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络系统为环形网络，环上的一段链路为备份链路段，则所述主节点沿两个方向到备份链路段的两端从节点的链路分别作为两条链形网络系统；步骤a)中主节点将地址分配帧通过该地址分配帧所属从节点所在链路的对应端口发送出去。
5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述网络系统为环形网络，环上的一段链路为备份链路段，则所述主节点沿两个方向到备份链路段的两端从节点的链路分别作为两条链形网络系统；步骤a)中主节点将地址分配帧通过接收当前地址请求帧的端口发送出去。
6、根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：如果环上一段链路段故障，则将故障链路段设置为备份链路段，将原备份链路段设置为正常工作链路段。
7、根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：如果环上一个从节点故障，则将从节点两侧的链路段设置为备份链路段，将原备份链路段设置为正常工作链路段。
8、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤a3)与a)之间进一步包括：主节点判断当前地址请求帧的路径长度是否大于接收该地址请求帧的方向上主节点到达备份链路段前端的从节点的实际路径长度，如果是，则丢弃该地址请求帧，否则，进入步骤a)。
9、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述地址请求帧是广播帧，该广播帧的类型为地址分配请求帧，目的地址是广播地址，所述路径长度和类型设置在该广播的信息数据段内。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地址分配帧是以广播形式发送的广播帧，该广播帧的类型为地址分配确认帧，目的地址是广播地址，所述路径长度、专用地址和类型设置在该广播帧的信息数据段内。
11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地址分配策略为人工或网络系统预先设定生成。
12、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地址分配帧中包含的路径长度和专用地址由人工在主节点侧手动生成，或由主节点侧的管理设备生成。
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