CN101378334B - 基于双网冗余通用网络模型的通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于双网冗余通用网络模型的通讯方法，该方法包括：架设冗余的网络；冗余设备的架设；数据的广播；数据的转发；节点模块管理。与现有技术相比，本发明提供一个高度抽象的通用网络模型，从而隔离了逻辑应用层和网络通讯层，通过序列号重复包过滤技术，保证数据通过冗余网络可靠传输；根据网络各个节点之间的网络连接关系，动态计算数据转发最小路径，实现各个模块之间任意的点到点通讯；根据节点在系统中的主备状态，实时切换节点的主备角色，实现数据收发的自动转换；根据系统节点配置，主动拒绝非法连接，保证整个系统的安全访问。
Description
技术领域
本发明涉及为智能列车自动监控系统提供一个高可靠的网络模型来支撑，将这些分散的设备通过网络联系在一起，尤其涉及基于双网冗余通用网络模型的通讯方法。
背景技术
智能列车自动监控系统系统是整个地铁调度指挥的核心所在，调度员通过智能列车自动监控系统系统实时的查看列车运行信息，保证整个行车组织的顺序，通畅和合理。同时根据现场的客流情况，合理的调配车辆。在某些紧急突发事件情况下，借助于智能列车自动监控系统系统实时的干预列车的运行，保证运营秩序。因此，系统需要保证在运行期内，网络通讯不能中断。目前基本上所有的类似系统都采用双网架构，保证在任何一个网络的故障下，不会对列车自动监控系统产生影响。这就要求通讯模块提供一个支持冗余的通讯方式，在发生单网故障的情况下，无缝的切换到另一个网络。
智能列车自动监控系统系统为了实现站场的实时信号状态采集和对联锁设备的直接控制，注定是一个庞大的分布式系统，需要很多设备来支持：调度指挥中心包括应用服务器、数据库服务器、调度员工作站、通讯前置机等，集中站包括车站服务器，车站接口计算机等，这些设备分布在全线不同的区域。为保障系统稳定工作，整个系统的核心应用设备都采用双套硬件，使用双机热备的工作模式，一台设备故障时，自动会切换到另一台设备。这就要求通讯层能够支持这些设备之间的联接和稳定通讯，同时在设备发生主备状态改变时，能够有效地支持这种切换，保证设备之间通讯的自动转换。
智能列车自动监控系统系统众多的设备使得整个系统对通讯方式有多种要求，包括最基本的直连设备之间的点对点通讯；设备对其他同种设备之间的广播通讯。除此之外，还需要对没有直接联接的设备，支持设备借助于已有设备的连接关系，实现数据包的自动接力转发，将数据传送到目的节点设备。
以往的列车自动监控系统实现采用基于Socket底层API维护的通讯方式，不同的设备模型都要自己来维护的通讯，这就增加了故障点。另外，同样的双网通讯采用冷备的方式，在一个网络故障的情况下，才会切换到换到另一个网络，导致调度系统出现瞬间的闪断和设备的重新初始化。另外对整个系统的转发和广播需要上层逻辑层自己处理相关的封装，一旦系统需要添加新的要求，势必要求修改相关的实现。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种使用方便，安全可靠的基于双网冗余通用网络模型的通讯方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：基于双网冗余通用网络模型的通讯方法，其特征在于，该方法包括：
(1)架设冗余的网络；
(2)冗余设备的架设；
(3)数据的广播；
(4)数据的转发；
(5)节点模块管理。
所述的架设冗余的网络采取双网同时传送数据的方式，其实现方式如下：
a.发送端：发送端在发送数据时，在用户数据上加上本节点标识、本节点状态、发送时间、接收者标识、接收者状态、接收者的缓冲区信息，然后根据迪杰卡斯特(dijkstra)最短路径算法，自动计算出该数据需要到达的下一个节点，接着借助唯一序列号算法，生成本地唯一的序列号，将该序列号编码到数据包中，使得接收端能够借助于该唯一编号，识别重复数据包，发送端在完成发送端的数据包编码后，将数据发送到两个网络中，将数据发送出去；
b.传输过程中：数据传输采用标准的TCP/IP通讯方式，实现数据的可靠传输；采取在通讯过程中，加入心跳包的方式，一旦超时，即认为通讯中断，保证通讯的时效性；
c.接收端：接收端在接收到网络数据的时候，首先进入数据冗余层，查看数据的序列号，看该数据的序列号是否已经在本地的缓冲队列中，是否是已经处理过的重复数据，若为是，则直接丢弃；若为否，则表示是一个来自发送端的新的数据包，提交给上一层数据处理层；数据处理层查看数据的目的地点，若与本地的一致，则提交给对应的处理任务；若不一致，则表示该数据包是一个转发数据，根据当前节点的编号和目的地节点的编号，启动最小路径算法，将当前数据投递到下一节点。
所述的冗余设备的架设是为完成同一功能的设备提供主备机热备，当系统中某一设备故障后，该设备的主机会自动退出系统，备机开始由备机升为主机，开始接管所有的信息处理，这时，原先发送给故障机器的数据包就需要转发给由备机转换为主机的设备；通用网络模块采用网络模块与设备工作状态绑定的方式，当设备工作状态发生改变后，网络模块的工作状态也会自动改变，并通知给所有的相邻节点，告知当前的工作状态，再发往主机的数据包便会自动导向该节点，实现无缝的切换。
所述的数据的广播采用在设备编码基础之上的静态掩码的方式：
a.枚举出所有的同种类型设备；
b.按照点对点的发送方式，将数据发送出去，通知所有的节点。
所述的节点模块管理为采用统一的配置管理，任何配置以外的连接被设置拒绝连入整个系统，从而从服务器端和客户端两端实现限制，以保证系统的数据安全。
该模型通过类型码和同种类型的唯一识别ID的与结果方式实现设备的编码，该编码在整个系统内部是完成同一功能的唯一的标识。
相互冗余的设备的设备编码的区分方式为识别实时工作状态，所述实时工作状态包括未知状态、主机状态或备机状态，在整个网络通讯模型中，设备功能编码和设备的工作状态一起决定了当前的唯一设备。
与现有技术相比，本发明提供一个高度抽象的通用网络模型，从而隔离了逻辑应用层和网络通讯层，通过序列号重复包过滤技术，保证数据通过冗余网络可靠传输；根据网络各个节点之间的网络连接关系，动态计算数据转发最小路径，实现各个模块之间任意的点到点通讯；根据节点在系统中的主备状态，实时切换节点的主备角色，实现数据收发的自动转换；根据系统节点配置，主动拒绝非法连接，保证整个系统的安全访问。
附图说明
图1是本发明通用网络NetNode节点的系统层次图。
具体实施方式
如图1所示，以北京地铁二号线基于移动闭塞的智能列车自动监控系统(iTS)为例，借助于附图的描述，对本发明具体实施方式作详细描述。
1、系统设备编码
首先按照系统中设备的类型，定义不同的类型编码。北京地铁二号线iTS子系统分为如下几种类型设备：中心应用服务器，类型编码为0x1000；调度员工作站，类型编码为0x2000；运行图工作站，类型编码为0x3000；车站服务器，类型编码为0x4000；车站服务调度服务器，类型编码为0x5000；车站接口计算机，类型编码为0x6000；通讯前置机，类型编码为0x7000；维护接口机类型编码为0x8000。在这些类型中，各个设备从1开始编号，作为该类型内部的唯一设备ID。比如：调度员工作站1，就编号为：0x2001，作为该设备的功能唯一编码。
2、设备连接关系建立
在编码的基础上，根据项目的IP地址规划表，建立起设备的设备编码和设备IP地址之间的联系，并注明每一个设备的名称，便于维护和管理。在此基础之上，借助于配置生成工具，该工具根据iTS系统的设备内在的连接关系，自动生成网络模块的配置文件，经检验无误后，就可以投入使用。也可以手工编写该配置文件。
3、用户层对网络节点模型的调用
用户层在使用网络节点模型时，通过INetNode接口的StartNetNode()来启动网络节点，网络节点模块将会根据配置文件，建立所有的Socket连接和更新所有节点的状态。用户层使用INetNode的SendMessage接口来发送消息，通过BroadcastMessage()来广播一条消息。用户层使用INetNode的RegisterQueue()来注册消息队列，接收属于自己的消息。当用户层不再需要接收来自网络的消息时，通过使用INetNode的RemoveQueue()来去除缓冲队列的注册。对于网络事件感兴趣的用户可以借助于RegisterEventQueue()和RemoveEventQueue()来订阅或取消订阅关于网络的事件。在程序结束的地方，通过调用INetNode接口的ShutdownNode()，来关闭所有的连接，释放所有的资源，完成了一次网络节点模型的使用生命周期。
Claims (3)
1.基于双网冗余通用网络模型的通讯方法，其特征在于，该方法包括：
(1)架设冗余的网络；
(2)冗余设备的架设；
(3)数据的广播；
(4)数据的转发；
(5)节点模块管理；
所述的架设冗余的网络采取双网同时传送数据的方式，其实现方式如下：
a.发送端：发送端在发送数据时，在用户数据上加上本节点标识、本节点状态、发送时间、接收者标识、接收者状态、接收者的缓冲区信息，然后根据迪杰卡斯特dijkstra最短路径算法，自动计算出该数据需要到达的下一个节点，接着借助唯一序列号算法，生成本地唯一的序列号，将该序列号编码到数据包中，使得接收端能够借助于该唯一序列号，识别重复数据包，发送端在完成发送端的数据包编码后，将数据发送到两个网络中，将数据发送出去；
b.传输过程中：数据传输采用标准的TCP/IP通讯方式，实现数据的可靠传输；采取在通讯过程中，加入心跳包的方式，一旦超时，即认为通讯中断，保证通讯的时效性；
c.接收端：接收端在接收到网络数据的时候，首先进入数据冗余层，查看数据的序列号，看该数据的序列号是否已经在本地的缓冲队列中，是否是已经处理过的重复数据，若为是，则直接丢弃；若为否，则表示是一个来自发送端的新的数据包，提交给上一层数据处理层；数据处理层查看数据的目的地点，若与本地的一致，则提交给对应的处理任务；若不一致，则表示该数据包是一个转发数据，根据当前节点的编号和目的地节点的编号，启动迪杰卡斯特dijkstra最短路径算法，将当前数据投递到下一节点；
所述的冗余设备的架设是为完成同一功能的设备提供主备机热备，当系统中某一设备故障后，该设备的主机会自动退出系统，备机开始由备机升为主机，开始接管所有的信息处理，这时，原先发送给故障机器的数据包就需要转发给由备机转换为主机的设备；通用网络模块采用网络模块与设备工作状态绑定的方式，当设备工作状态发生改变后，网络模块的工作状态也会自动改变，并通知给所有的相邻节点，告知当前的工作状态，再发往主机的数据包便会自动导向该节点，实现无缝的切换；
所述的数据的广播采用在设备编码基础之上的静态掩码的方式：
a.枚举出所有的同种类型设备；
b.按照点对点的发送方式，将数据发送出去，通知所有的节点；
所述的节点模块管理为采用统一的配置管理，任何配置以外的连接被设置拒绝连入整个系统，从而从服务器端和客户端两端实现限制，以保证系统的数据安全。
2.根据权利要求1所述的基于双网冗余通用网络模型的通讯方法，其特征在于，该模型通过类型码和同种类型的唯一识别ID的与结果方式实现设备的编码，该编码在整个系统内部是完成同一功能的唯一的标识。
3.根据权利要求2所述的基于双网冗余通用网络模型的通讯方法，其特征在于，相互冗余的设备的设备编码的区分方式为识别实时工作状态，所述实时工作状态包括未知状态、主机状态或备机状态，在整个网络通讯模型中，设备编码和设备的工作状态一起决定了当前的唯一设备。
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