CN101030959A - 一种实时确定传输的以太网通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时确定传输的以太网通讯方法，包括：为网络中的各节点定制需要与该节点通讯的节点；为所有需要通讯的两个节点之间建立虚拟通讯关系；为两个节点之间的每对虚拟通讯关系建立一条虚拟通讯链路，每条虚拟通讯链路维护物理上的一对节点间的会话；根据不同通讯服务的质量要求，为不同通讯服务赋予不同的优先级；由高优先级的通讯服务抢占低优先级的通讯服务来传输数据；当移动通讯设备负荷突发激增时，牺牲低优先级的通信负荷来保证高优先级通讯服务的数据传输。本发明扩展了UDP的通讯功能，依靠滑动窗口机制及拥塞控制策略来进行流量控制，支持断点续传，能提供实时确定的数据传输的业务质量，以及整个系统的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种以太网通讯方法，特别涉及一种实时确定传输的以太网通讯方法。
背景技术
基于CSMA/CD(载波侦察听多路访问/冲突检测)机制的以太网技术是目前商业应用最广泛的网络技术。随着以太网交换技术和全双工通信技术的发展，冲突域的分离和带宽的不断增大使得以太网通讯的不确定性得到了改善。基于以太网的工业应用呈现出强韧的生命力，目前广泛应用于各种通讯设备中。
通信设备中应用的嵌入式系统多捆绑了标准的TCP/IP协议栈，一个以太网节点需要与多个以太网节点同时通讯。如果选择使用TCP则需要为每个对端节点逐个创建TCP链路，这意味着消耗大量的系统资源和网络资源，同时也降低了通讯的实时性。这是嵌入式系统应用中所不愿看到的，因此它们之间的数据传输多采用UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)。但是由于UDP自身面向无连接的特点，带来上层数据传输的不可靠性，直接影响通讯的质量，导致整个系统性能的降低。针对这一难题，业界提出了通过增加对UDP报文的确认和重传机制等方法，解决了一些简单系统低负荷情况下的通讯确定性问题。然而对于移动通讯系统，尤其是第三代之后的移动通讯系统单板之间的媒体传播关系复杂、通讯负荷高且存在较多突发高峰，甚至瞬时通讯需求大大超过带宽，容易因单板来不及处理消息而导致其接收缓冲区溢出。因此，通过这些简单的方法来保证通讯的可靠是不可行的。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供了一种实时确定传输的以太网通讯方法，以达到在移动通讯设备中单板间的数据传输大多使用UDP通讯的情况下，在移动通讯系统通信复杂，高负荷、多突发形式的情况中，能够满足通讯的可靠性和实时性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种实时确定传输的以太网通讯方法，包括如下步骤：
为网络中的各节点定制需要与该节点通讯的节点；
为所有需要通讯的两个节点之间建立虚拟通讯关系；
为两个节点之间的每对虚拟通讯关系建立一条虚拟通讯链路，每条虚拟通讯链路维护物理上的一对节点间的会话；
根据不同通讯服务的质量要求，为不同通讯服务赋予不同的优先级；
由高优先级的通讯服务抢占低优先级的通讯服务来传输数据；当移动通讯设备负荷突发激增时，牺牲低优先级的通信负荷来保证高优先级通讯服务的数据传输。
所述不同的通讯服务可以分为：实时可靠的服务、不可靠的服务。
所述实时可靠的服务提供可靠的确定性数据传输，它总是拥有更高的优先级，可以随时抢占不可靠的服务，并且依靠扩展后的滑动窗口机制以及拥塞控制策略来进行流量控制，并且支持断点续传，保证上层数据的完整性。
本发明基于流量控制，能够为上层应用提供实时确定数据传输的以太网通讯方法。尤其是移动通信设备嵌入式系统单板之间基于UDP协议的以太网通讯。扩展了UDP的通讯功能，兼有TCP可靠传输的优点和UDP实时性好的长处，能够在资源有限的条件下，为多个以太网节点之间的网状通讯提供实时确定的数据传输。大大提高移动通讯设备中嵌入式单板间实时数据传输的业务质量，从而提高整个系统的性能。
附图说明
图1是本发明实施例中所述EUDP/FC的虚拟通讯关系与虚拟通讯链路示意图；
图2是本发明实施例的具体实施过程中发送方工作流程示意图；
图3是本发明实施例的具体实施过程中接收方工作流程示意图。
具体实施方式
下面进一步阐述本发明的具体实施。
由于资源的限制和实时性要求，移动通讯设备中单板间的数据传输大多使用UDP通讯。由于移动通讯系统通信复杂，高负荷且多突发形式，现有的通讯方法已经不能够满足通讯的可靠性和实时性。因此本发明提出基于流量控制的扩展UDP通讯解决方法——EUDP/FC(Extended UDP scheme basedon Flow Control)，能够为移动通讯上层业务提供实时确定的数据传输。
EUDP/FC是在面向无连接的标准UDP通讯中引入了流量控制的策略，扩展了UDP的通讯功能。首先，为了解决以太网通讯关系复杂的问题，EUDP/FC引入了虚拟通讯关系(Virtual Communication Relation)和虚拟通讯链路(Virtual Communication Link)的概念，通过虚拟通讯关系的不同类型来区分以太网复杂的通讯关系，通过一条虚拟通讯链路来维护一组会话。其次，为了应对高负荷通讯和突发通讯，对UDP报文全部进行确认和重传是不可行的，因此EUDP/FC通过优先级策略将上层负荷区分开来，为上层业务提供两种不同质量的服务：一种是实时可靠的服务(Reliable Service)，一种是不可靠的服务(Unreliable Service)。实时可靠的服务提供可靠的确定性数据传输，它总是拥有更高的优先级，可以随时抢占不可靠的服务，并且依靠扩展后的滑动窗口机制以及拥塞控制策略来进行流量控制，并且支持断点续传，保证上层数据的完整性。不可靠的服务总是等待可靠的数据都发送完成后才能进行数据传输。
下面对本发明中基于流量控制的扩展UDP通讯解决方法EUDP/FC作进一步阐述：
一、EUDP/FC通过虚拟通讯关系表来维护每条虚拟通讯关系，两个节点上相应一对虚拟通讯关系组成一条虚拟通讯链路。每条虚拟通讯关系都维护了本地节点与其他节点的对应关系。从媒体传播方式上分，它包括单播、组播和多播方式；从通讯角色上分，它包括客户机—服务器、发布者—预定者以及报告分发模式，这一点可以根据不同的网络需求来自由扩展。
图1是EUDP/FC的虚拟通讯关系与虚拟通讯链路示意图，如图1所示，虚拟通讯关系在以太网通讯的双方总是成对存在的，每一对虚拟通讯关系代表了一条虚拟通讯链路。每条虚拟通讯链路维护一条物理上两个以太网节点间的一组会话。嵌入式系统中，EUDP/FC使用一个套接字(Socket)可以对应多个虚拟通讯关系，也就是说多个虚拟通讯关系提供的数据传输服务都通过一个套接字来收发EUDP/FC报文。因此在与多个以太网节点通讯中，应用EUDP/FC方法的以太网节点最少只需要创建一个套接字。这一点与TCP相比，节省了大量系统资源，这对嵌入式应用是很至关重要的。
二、EUDP/FC的虚拟通讯关系是可定制的，用户可以根据自己的需要定制该节点与哪些节点通讯，未定制的节点就不会与之通讯。灵活的定制方式增强了整个系统通讯的可控性和稳定性，同时节省了不必要的网络资源和系统开销。
三、EUDP/FC方法引入了优先级策略。因为并不是所有通过UDP传输的数据都对可靠性和实时性有很高的要求，这就需要在传输时通过不同的优先级区别对待。为此EUDP/FC为上层应用提供两种不同质量的通讯服务：不可靠的服务和实时可靠的服务。不可靠的服务不需要确认和重传，有数据就直接发送，其优先级低，容易被实时可靠的服务所抢占。在移动通讯设备中，一般用于打印等非重要信息的传输。相比之下，实时可靠的服务总是拥有更高的优先级，传输数据时总是能够抢占低优先级的服务：首先检查是否有其他正在传送数据的通讯服务，如果是不可靠的服务在发送数据则进行抢占。因此在移动通讯设备负荷突发增高时，EUDP/FC会牺牲不可靠的服务的负荷来确保实时可靠服务的质量。在这里，优先级策略还有进一步扩展，可以在以上两种服务内部进行细分。
四、对于实时可靠的服务，EUDP/FC采用扩展后的滑动窗口机制以及拥塞控制策略来进行流量控制。扩展后的滑动窗口机制与简单的确认和重传技术相比，更加有效的利用了带宽，提高了数据传输的实时性。此外，通过增加拥塞策略，当单板发现自己的接收缓冲区快满时，发送拥塞消息给上游发送方，通过缩小其发送滑动窗的大小进行流量调整，平缓负荷高峰对接收缓冲区的冲击。相反，当单板发现自己的接收缓冲区接近空时，则发送解拥塞消息给发送方，通过增大上游发送滑动窗大小来解除拥塞。
五、EUDP/FC向上层业务的数据传输提供支持断点续传的能力。在因重发超限和心跳超时导致虚拟通讯链路拆除链后，相应的虚拟通讯关系会保存拆链前的信息，维持这组会话。重新建链的过程中双方将保存的会话信息发送给对方进行校正，新的虚拟通讯链路建立。接下来的传输从断点开始，保证了业务数据的完整性。虽然会话总是被维护，但是会话并非永久的，当由于一些不可预知的异常导致会话失效时，如果不释放该会话将导致虚拟链路死锁，链路反复拆建，无法正常通讯。这时，EUDP/FC会彻底释放该会话。
为更好的阐述如何具体实施本发明，实施例从发送方和接收方的工作流程来给予说明。
图2是本发明具体实施过程中发送方工作流程示意图，如图2所示，发送方实施的流程为：
步骤201、为网络中的各节点定制需要与该节点通讯的节点；
步骤202、为所有需要通讯的两个节点之间建立虚拟通讯关系；
步骤203、为两个节点之间的每对虚拟通讯关系建立一条虚拟通讯链路，每条虚拟通讯链路维护物理上的一对节点间的会话；
步骤204、根据不同通讯服务的质量要求，为不同通讯服务赋予不同的优先级；
步骤205、从上层应用接收数据并判断是否使用实时可靠的服务，如果否，转入步骤206，如果是，转入步骤209；
步骤206、放入不可靠服务发送缓冲区等待发送；
步骤207、判断是否有可靠服务正在发送，如果是则继续判断，如果否，转入步骤208；
步骤208、根据虚拟通讯关系，直接向接收方发送数据帧；
步骤209、放入可靠服务发送缓冲区等待发送；
步骤210、判断是否有不可靠服务正在发送，是则转入步骤211，否则转入步骤212；
步骤211、抢占不可靠服务，不可靠服务将停止发送，转入步骤212；步骤212、通过扩展的滑动窗口机制向接收方发送数据帧；
步骤213、判断是否收到拥塞控制消息，如果是则转入步骤214，否则转入步骤215；
步骤214、根据拥塞消息或解拥塞消息减小或增大发送滑窗的大小，转入步骤215；
步骤215、判断虚拟通讯链路是否异常断链，是则转入步骤216，否则转入步骤220；
步骤216、判断相应会话是否有效，否则转入步骤217，是则转入步骤218；
步骤217、释放该会话，并重新建立虚拟链路，转入步骤220；
步骤218、保存该会话，并重新建立虚拟链路；
步骤219、从断点开始传输数据；
步骤220、完成数据传输。
图3是本发明实施例的具体实施过程中接收方工作流程示意图，如图所示，接收方的工作流程为：
步骤301、为网络中的各节点定制需要与该节点通讯的节点；
步骤302、为所有需要通讯的两个节点之间建立虚拟通讯关系；
步骤303、为两个节点之间的每对虚拟通讯关系建立一条虚拟通讯链路，每条虚拟通讯链路维护物理上的一对节点间的会话；
步骤304、根据不同通讯服务的质量要求，为不同通讯服务赋予不同的优先级；
步骤305、从下层接收数据并判断是否使用实时可靠的服务，否则转入步骤306，是则转入步骤307；
步骤306、直接交给上层应用；
步骤307、通过扩展的滑动窗口机制接收数据帧；
步骤308、判断下层接收缓冲区是否接近满，是则转入步骤309，否则转入步骤310；
步骤309、向上游发送方发送拥塞消息，转入步骤310；
步骤310、判断下层接收缓冲区是否接近空，是则转入步骤311，否则转入步骤312；
步骤311、向上游发送方发送解拥塞消息，转入步骤312；
步骤312、完成数据接收，交给上层应用。
在采用本发明中，由于引入了流量控制策略，有效解决了由于UDP自身特点导致通讯的不可靠问题。是一种综合了TCP通讯的可靠性和UDP通讯实时性的优点的传输方法，合理使用它提供的不同质量的通讯服务，可以大大提高移动通讯设备中嵌入式单板间实时数据传输的业务质量，从而提高整个系统的性能。能够资源有限的条件下，为多个以太网节点之间的网状通讯提供实时确定的数据传输。
Claims (10)
1、一种实时确定传输的以太网通讯方法，其特征在于，包括如下步骤：
为网络中的各节点定制需要与该节点通讯的节点；
为所有需要通讯的两个节点之间建立虚拟通讯关系；
为两个节点之间的每对虚拟通讯关系建立一条虚拟通讯链路，每条虚拟通讯链路维护物理上的一对节点间的会话；
根据不同通讯服务的质量要求，为不同通讯服务赋予不同的优先级；
由高优先级的通讯服务抢占低优先级的通讯服务来传输数据。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：
当移动通讯设备负荷突发激增时，牺牲低优先级的通信负荷来保证高优先级通讯服务的数据传输。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟通讯关系是通过创建套接字来收发报文从而提供数据传输服务的。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据不同通讯服务的质量要求，为不同通讯服务赋予不同的优先级的步骤，是将实时可靠服务确定为高优先级服务，将不可靠服务确定为低优先级服务。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实时可靠服务的数据传输采用滑动窗口来进行流量控制。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述实时可靠服务的数据传输，当接收缓冲区快满时，发送拥塞消息给上游发送方，缩小发送滑动窗口的大小调整流量；当接收缓冲区接近空时，发送解拥塞消息给发送方，扩大上游发送滑动窗口大小调整流量。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由高优先级的通讯服务抢占低优先级的通讯服务来传输数据的步骤，包括：
高优先级服务检查当前是否有其他正在传送数据的通讯服务；
如果确定当前正在传送数据的通讯服务是低优先级服务，则进行抢占。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：
设置数据重发次数限制和心跳时间限制；
当数据重发次数超过设置限制或心跳超时时，将虚拟通讯链路拆除。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：
当所述虚拟通讯链路上的数据传输因重发超限和心跳超时导致链路拆除后，相应的虚拟通讯关系保存拆链前的信息，维持这组会话；
在重新建链的过程中，双方将保存的会话消息发送给对方校正，并建立新的虚拟通讯链路；
利用新建立的虚拟通信链路，从上次中断处重新开始数据传输。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：
当因不可预知的异常导致会话时效时，彻底释放该会话。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20091216 Termination date: 20150227 |
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