CN102244686A - 基于主从异构数传模块的虚拟网络接口实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于主从异构数传模块的虚拟网络接口实现方法，其步骤为：(1)形成虚拟网络接口：将主从异构型无线数据传输模块抽象成虚拟网络接口；(2)发送网络层数据单元：所述虚拟网络接口在接收到网络层数据单元后切片进行发送；(3)接收数据传输模块数据帧：所述虚拟网络接口在接收到数据传输模块数据帧后缓冲重装提交给网络层。本发明通过将数据传输模块虚拟化为网络层接口，从而增加卫星间通信的互操作性，便于卫星间数据的传输和分发。

Description

基于主从异构数传模块的虚拟网络接口实现方法

技术领域

本发明主要涉及到小卫星集群领域中的卫星间通信领域，特指一种基于主从异构数传模块的虚拟网络接口实现方法。

背景技术

卫星网络的概念在上个世纪被提出，时至如今，一些基于地面网络的通信技术已经无法满足广大用户多种通信业务的需求，商业和军事的不同需求也推动卫星通信向网络化方向发展。目前，大部分卫星与地面站间及卫星间的通信都采取电路交换的方式进行。虽然，基于分组交换方式的卫星与地面站间通信已有实现，但是基于分组交换方式的卫星间通信至今尚未实现。

主从异构型无线数据传输模块在卫星与地面站间的通信中已有应用，通信是基于电路交换方式实现的。该类数据传输模块具有低功耗、误码率低和鲁棒性强等特性。

传统的主从异构型无线数据传输模块通常具有两种模式：

主模式：处于该模式的数据传输模块称为主模块，一个基于该类数据传输模块的通信系统中，有且只能有一个主模块，主模块负责控制所有数据模块的通信调度。在同一时刻，通信系统中只能存在一个模块发送数据，从模块至主模块间的通信是单播的，主模块至从模块间的通信时广播的。

从模式：处于该模式的数据传输模块称为从模块，从模块间的通信必须通过主模块中转调度，即两个从模块间需要进行通信，一个从模块必须先将数据发送至主模块，再由主模块转发至另一从模块。

该类主从异构型无线数据传输模块的特性限制了其与通信系统上层的交互，导致不能充分发挥自身特有的优势。因此针对该类主从异构型无线数据传输模块的虚拟化网络接口实现方法具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提出一种用于小卫星集群内卫星间通信的主从异构数据传输模块的虚拟化方法，通过将数据传输模块虚拟化为网络层接口，从而增加卫星间通信的互操作性，便于卫星间数据的传输和分发。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于主从异构数传模块的虚拟网络接口实现方法，其特征在于步骤为：

(1)形成虚拟网络接口：将主从异构型无线数据传输模块抽象成虚拟网络接口，并在通信系统中注册该接口；所述虚拟网络接口对网络层表现为一般的物理网络接口，具有数据链路层地址和网络层地址相关参数；对数据传输模块则面向特定的数据传输设备，使用设备驱动与其交互；

(2)发送网络层数据单元：所述虚拟网络接口在接收到网络层数据单元后切片进行发送；首先读取获得网络层数据单元的源地址和目的地址，查询网络层地址与数据传输模块地址的映射关系表，确定数据传输模块数据帧的源地址和目的地址；然后，对原始的网络层数据单元进行转义形成有效数据载荷，将有效数据载荷切片成长度适合数据传输模块传输的有效数据帧载荷载入数据帧载荷格式的有效数据帧载荷部分，并在数据帧载荷格式的帧序字段填充帧序号形成数据帧载荷；最后，将切片形成的数据帧载荷及相关参数据传输给数据传输设备，根据相关参数填充数据帧帧头，调用数据传输设备的驱动程序完成对一个数据帧的发送；

(3)接收数据传输模块数据帧：所述虚拟网络接口在接收到数据传输模块数据帧后缓冲重装提交给网络层；首先读取获得数据帧源地址，查询网络层地址与数据传输模块地址映射关系表，确定该数据帧所对应网络层数据单元的源地址；然后，根据网络层数据单元的源地址，选择多路缓冲中的某一路对该数据帧进行缓冲重装，转义过程中需对有效数据帧载荷进行反转义形成原始的数据信息；最后，直至缓冲完毕一个网络层数据单元，并提交给网络层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明基于主从异构数传模块的虚拟网络接口实现方法，简化了该类主从异构型无线数据传输模块与通信系统网络层的交互问题，将该类数据传输模块虚拟化为网络接口，进而方便实现基于分组交换方式的卫星通信，可增强卫星间通信的互操作性。

附图说明

图1是本发明中接口接收到网络层数据单元后，对其进行切片操作，最后形成数据传输模块数据帧并进行发送的流程示意图；

图2是本发明中接口接收到数据传输模块数据帧后，对其进行多路缓冲重装，最后形成原始网络层数据单元并提交的流程示意图；

图3是本发明中接口缓冲数据传输模块数据帧的状态转移示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的基于主从异构数传模块的虚拟网络接口实现方法，其步骤为：

(1)形成虚拟网络接口：将主从异构型无线数据传输模块抽象成虚拟网络接口，并在通信系统中注册该接口；虚拟网络接口对网络层表现为一般的物理网络接口，具有数据链路层地址和网络层地址相关参数；对数据传输模块则面向特定的数据传输设备，使用设备驱动与其交互；

(2)发送网络层数据单元：虚拟网络接口在接收到网络层数据单元后切片进行发送；首先读取获得网络层数据单元的源地址和目的地址，查询网络层地址与数据传输模块地址的映射关系表，确定数据传输模块数据帧的源地址和目的地址；然后，对原始的网络层数据单元进行转义形成有效数据载荷，将有效数据载荷切片成长度适合数据传输模块传输的有效数据帧载荷载入数据帧载荷格式的有效数据帧载荷部分，并在数据帧载荷格式的帧序字段填充帧序号形成数据帧载荷；最后，将切片形成的数据帧载荷及相关参数据传输给数据传输设备，根据相关参数填充数据帧帧头，调用数据传输设备的驱动程序完成对一个数据帧的发送；

(3)接收数据传输模块数据帧：虚拟网络接口在接收到数据传输模块数据帧后缓冲重装提交给网络层；首先读取获得数据帧源地址，查询网络层地址与数据传输模块地址映射关系表，确定该数据帧所对应网络层数据单元的源地址；然后，根据网络层数据单元的源地址，选择多路缓冲中的某一路对该数据帧进行缓冲重装，转义过程中需对有效数据帧载荷进行反转义形成原始的数据信息；最后，直至缓冲完毕一个网络层数据单元，并提交给网络层。

本发明中的数据单元格式分别为：

1.数据传输模块基础帧格式

Start delimiter：帧起始界定符，界定帧的开始。

Source|Destination：源地址和目的地址，如果处于主模式的数据传输模块收到目的地址为自身地址的数据帧时，则提交给虚拟网络接口；如果收到目的地址不为自身地址的数据帧时，则广播转发该数据帧。如果处于从模式的数据传输模块收到目的地址为自身地址的数据帧时，则提交给虚拟网络接口；如果收到目的地址不为自身地址的数据帧时，则丢弃该数据帧。

Type：帧类型，包括数据帧和相关控制帧。

Length：表示包括帧头在内整个数据帧或控制帧的长度，以字节为单位。当帧长度与为帧起始界定符相同时，则将帧长字段的所有位全部置位为“0”；当帧长度与转义标识符相同时，则将帧长字段的所有位全部置位为“1”。

Payload：数据帧或者控制帧载荷信息。

2.数据传输模块数据帧载荷格式

FrameSeq

Payload

FrameSeq：帧序字段用于标识同一网络层数据单元切片封装形成的各个数据传输模块数据帧间的顺序关系。

Payload：数据帧有效载荷信息。

本发明对网络层屏蔽了该类数据传输模块特有的主从模式，可收发处理网络层的数据单元，对网络层表现为一个虚拟化的网络接口，步骤为：

(1)注册虚拟化的网络接口；按照特定的通信系统，将主从异构型无线数据传输模块虚拟化为具有一般特性的网络接口，并在通信系统中注册接口。

(2)定义与通信系统各层次的数据处理接口；定义与通信系统各层次的数据处理接口，将状态参数设置、数据发送、数据接收等与通信系统交互的功能函数挂接好。

(3)定义数据格式转换模块；包括网络层数据单元切片成数据传输模块数据帧的切片模块和数据传输模块数据帧重装成网络层数据单元的重装模块两个模块。切片模块完成网络层数据单元到数据传输模块数据帧的格式转换。重装模块完成数据传输模块数据帧到网络层数据单元的格式转换。

进一步，在实施例中，虚拟网络接口从网络层接收一个数据单元至将其切片封装形成数据传输模块数据帧并发送，具体分为以下4个步骤：

1、网络层地址与数据传输模块地址间的映射关系

该虚拟网络接口可处理网络层的单播和广播数据单元。因此，数据传输模块也应具备单播和广播数据帧的功能。

根据基于该虚拟网络接口的通信系统的特定参数，例如，通信系统中的节点数，可确定网络层单播地址与数据传输模块单播地址的对应映射关系表，且映射关系是一一对应的，而后将其存储在节点中。在同一时刻，通信系统中各节点中所存储单播地址的对应映射关系表式应是一致的；否则，导致系统无法正常通信。

针对网络层的广播数据单元，数据传输模块也应具备广播数据帧的功能，应存在一个用于在数据传输模块间进行广播通信的广播地址，故将网络层的广播地址直接映射至数据传输模块的广播地址即可。

以上论述确定了网络层地址与数据传输模块地址间的映射关系。

根据图1所示的流程图，虚拟网络接口在接收到网络层数据单元后，首先读取网络层数据单元的源地址和目的地址字段，获得网络层的源地址和目的地址；然后，再根据网络层地址与数据传输模块地址间的映射关系，确定数据传输模块的源地址和目的地址；之后，进行下一步处理。

2、网络层数据单元转义

充分考虑到该主从异构型无线数据传输模块使用特定字符“0x7E”作为帧起始界定符，网络层数据单元中也有可能出现与帧起始界定符相同的数据字符。因此，必须要对网络层数据单元进行转义，以避免混淆数据字符和帧起始界定符。使用特定字符“0x7D”作为转义字符，转义的具体实施方法如下：

1)如果在数据单元中遇到帧起始界定符“0x7E”时，则将其转义成“0x7D”和“0x5E”；

2)如果在数据单元中遇到转义符“0x7D”时，则将其转义成“0x7D”和“0x5D”。

根据图1所示流程图，对原始的网络层数据单元进行转义形成有效数据载荷，还需记录下转义形成有效数据载荷的长度，并将有效数据载荷和有效数据载荷的长度存储至特定的数据区域，进行下一步处理。

3、切片封装成数据传输模块数据帧载荷

在切片经转义后的网络层数据单元时，根据不同的有效数据载荷的长度，有以下3种情况：

1)只需1个数据帧就能装载一个有效数据载荷；

2)需要2个数据帧装载一个有效数据载荷；

3)需要3个或3个以上的数据帧装载有效数据载荷。

为便于接收端对数据帧进行缓冲重装，针对上述3种情况，抽象出4种不同类型的数据帧帧序。针对第1种情况，可使用帧序“0”对该类帧进行标识；针对第2种情况，需要2个帧装载一个有效数据载荷，定义第一帧为首帧，最后一帧为尾帧，可使用帧序“1”对首帧进行标识，在帧序字段使用全“1”对尾帧进行标识，例如，帧序字段有4位长，则使用“F”对尾帧进行标识；针对第3种情况，除第一帧和最后一帧外，还会出现介于中间部分的帧，定义介于中间部分的帧为中间帧，可使用帧序“2”对第一个中间帧进行标识，而后使用按自然数递增的帧序号对后续中间序进行标识，直至标识完最后一个中间帧。

将第1步骤中得到的数据传输模块的源地址和目的地址，该步骤切片时得到的数据帧载荷长度及数据帧载荷存储至特定的数据区域，进入下一步处理。

4、封装并发送数据传输模块数据帧

经过上述3个步骤的处理，已经得到了数据传输模块的源地址，目的地址，数据帧载荷长度及数据帧载荷。根据数据传输模块帧格式，依次填充帧起始界定符、源地址、目的地址、帧类型和帧载荷长度，最后装载帧载荷，完成对一个数据传输模块数据帧的封装。帧头的具体填充方法如下：

帧起始界定符填充特定字符“0x7E”。源地址根据由网络层数据单元的源地址映射得到数据传输模块的源地址进行填充。目的地址根据由网络层数据单元的目的地址映射得到数据传输模块的目的地址进行填充。帧类型填充为数据帧。帧载荷长度的填充分为两种情况，若数据帧载荷长度的值与帧起始界定符的值不相同，则填写为数据帧载荷长度的值；若相同，则填写为“0”。

封装完成一个数据传输模块数据帧后，调用数据传输模块的数据传输设备驱动程序发送该数据帧。

经上述4个步骤，虚拟网络接口完成了对网络层数据单元进行切片封装形成数据传输模块数据帧，并对数据帧进行发送的过程。

进一步，在实施例中，虚拟网络接口从数据模块接收数据帧并缓冲重装形成原始的网络层数据单元并提交给网络层，具体分为以下3个步骤：

(1)数据帧所属的网络层数据单元的源地址与缓冲选路

根据主从异构型数据传输模块的相关特性，在通信系统网络层有多个源节点在一个时间段内同时向同一目的节点发送网络层数据单元时，目的节点的数据传输模块可能会连续地接收到来自不同的源节点的数据帧，但能保证来自同一源数据传输模块的数据帧的帧序号是递增的。这就要求接收端能够在同一时间缓冲重装多个原始网络层数据单元，亦具有多路缓冲功能。

根据图2所示流程图，虚拟网络接口在接收到数据传输模块数据帧之后，读取获得数据帧源地址，查询网络层地址与数据传输模块地址映射关系表，确定该数据帧所对应网络层数据单元的源地址。缓冲过程中，每一网络层数据单元源地址唯一对应一路缓冲。确定该数据帧所对应网络层数据单元的源地址后，有以下处理过程：

查询该时刻是否存在对拥有该源地址的网络层数据单元的缓冲。若存在，则将数据帧数据载荷提交给所对应的一路缓冲；若不存在，则新建一路缓冲，并对数据帧载荷进行提交。

完成以上流程后，进入下一步处理。

(2)对数据帧有效数据载荷发转义形成原始数据信息段

根据图2所示流程图，在进行此步骤处理之前，数据帧载荷已经提交到了某一路缓冲中。对数据帧有效数据载荷段进行反转义，形成原始网络层数据单元的数据信息段，反转义处理如下：

1)如果在数据帧有效数据载荷中遇到转义符“0x7D”时，紧接着又遇到特定字符“0x5E”，则将这两个相邻的字符反转义成字符“0x7E”；

2)如果在数据帧有效数据载荷中遇到转义符“0x7D”时，紧接着又遇到特定字符“0x5D”，则将这两个相邻的字符反转义成字符“0x7D”；

完成反转义后，就形成了原始网络层数据单元的数据信息段，进入下一处理。

(3)原始数据信息段缓冲控制

如图3缓冲状态转义图所示，根据帧序号信息进行对原始数据段的缓冲控制。

初始状态为“Start”，在“Start”态接收到帧序号“0”的帧，则转移至“Recv”态；接收到中间帧或尾帧，则转移至“Error”态。

在“Recv”态接收到帧序号连续的中间帧，则继续停留在“Recv”态；接收到尾帧，则转移至“Submit”态；接收帧序号不连续的中间帧，则转义至“Error”态，进行错误控制，删除该路缓冲；接收到首帧，则意味着未完成对上一网络层数据单元的缓冲，下一网络层数据单元切成形成的数据帧就到来了，删除对上一网络层数据单元的缓冲信息，开始对当前的网络层数据单元切片形成的帧进行缓冲，继续停留在“Recv”；接收到帧序号为“0”的帧，也意味着未完成对上一网络层数据单元的缓冲，下一网络层数据单元切成形成的数据帧就到来了，且该数据帧装载了一个完整的网络层数据单元，转移至“Submit”态。

在“Submit”态，对缓冲完成的网络层数据单元进行提交，再转移至“Start”态。

在“Error”态，进行错误控制，删除该路缓冲，再转移至“Start”态。

经上述3个步骤，虚拟网络接口完成了对数据传输模块数据帧进行缓冲，形成原始的网络层数据单元，并提交给网络层的过程。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于主从异构数传模块的虚拟网络接口实现方法，其特征在于步骤为：

(1)形成虚拟网络接口：将主从异构型无线数据传输模块抽象成虚拟网络接口，并在通信系统中注册该接口；所述虚拟网络接口对网络层表现为一般的物理网络接口，具有数据链路层地址和网络层地址相关参数；对数据传输模块则面向特定的数据传输设备，使用设备驱动与其交互；

(2)发送网络层数据单元：所述虚拟网络接口在接收到网络层数据单元后切片进行发送；首先读取获得网络层数据单元的源地址和目的地址，查询网络层地址与数据传输模块地址的映射关系表，确定数据传输模块数据帧的源地址和目的地址；然后，对原始的网络层数据单元进行转义形成有效数据载荷，将有效数据载荷切片成长度适合数据传输模块传输的有效数据帧载荷载入数据帧载荷格式的有效数据帧载荷部分，并在数据帧载荷格式的帧序字段填充帧序号形成数据帧载荷；最后，将切片形成的数据帧载荷及相关参数据传输给数据传输设备，根据相关参数填充数据帧帧头，调用数据传输设备的驱动程序完成对一个数据帧的发送；

(3)接收数据传输模块数据帧：所述虚拟网络接口在接收到数据传输模块数据帧后缓冲重装提交给网络层；首先读取获得数据帧源地址，查询网络层地址与数据传输模块地址映射关系表，确定该数据帧所对应网络层数据单元的源地址；然后，根据网络层数据单元的源地址，选择多路缓冲中的某一路对该数据帧进行缓冲重装，转义过程中需对有效数据帧载荷进行反转义形成原始的数据信息；最后，直至缓冲完毕一个网络层数据单元，并提交给网络层。

Images