CN106899472A - 一种单向环形网络控制器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，还包括：控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。本发明目的在于提供一种单向环形网络控制器解决目前单向环形网络无法多帧同发的问题，同时提供利用该种单向环形网络控制器实现单向环形网络中错误数据帧的清理和故障定位。

Description

一种单向环形网络控制器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种网络控制器，尤其涉及一种单向环形网络控制器及其使用方法。

背景技术

以太网是上世纪70年代研制的一种基带局域网，经过几十年的发展，它已成为当今世界上使用最广泛的局域网。常见的局域网拓扑结构有星型、总线型和环形几种。目前局域网中使用最多的物理拓扑结构是星型结构，星型网络中各节点通过超五类双绞线连接到中心节点，中心节点是整个网络的瓶颈,中心节点的故障会导致整个网络的瘫痪。总线型拓扑结构是将网络中的各个节点用一根总线(如同轴电缆)挂接起来，实现计算机网络的功能，这种结构虽然连接简单，但因维护和故障诊断困难，以及容易发生数据碰撞等问题而较少使用。

相对而言，环形网络结构较之其他两种有其特殊的应用。尤其是在某些特定的情况下（如汽车内部），由于受到空间场地的限制，星型拓扑结构不便于网络布线安装和网络节点的扩充。环形拓扑结构是将网络中各节点采用同轴电缆(或光纤)作为传输介质连成封闭的环路，数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。令牌环传递是环形网络上传送数据帧的一种常用方法，这种方法确保各节点只有取得令牌后才能发送数据帧，因此在任一时间内仅有一个节点在发送数据，不会发生数据碰撞。由于令牌在环网上是按顺序依次传递的，各节点需要不停地收发令牌而影响整个网络的传输速度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种单向环形网络控制器解决目前单向环形网络无法多帧同发的问题，同时提供利用该种单向环形网络控制器实现单向环形网络中错误数据帧的清理和故障定位。

本发明所述的一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，还包括：

控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；

转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；

帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。

本发明所述的一种单向环形网络控制器在现有以太网媒体接入控制器中增加直通转发、快速转发和存储转发三种传送方式解决单向环形网络的快速传送问题。单向环形网络的数据帧为以太网帧格式，采用CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）的方法实现多帧同发，即某一节点发送数据帧时不必等待数据帧绕环一周回到此节点后再发送下一数据帧，任意节点在发送数据帧时均可同时监听和接收新数据帧，在当前发送数据帧后，节点处于发送闲状态时即可发送下一数据帧，不要求同一时间内仅有一个数据帧在单向环形网络内传输，根据节点模式的不同可使得数据帧在未返回其发送节点时便可开始第二数据帧的发送，从而实现了多帧同发，解决了目前单向环形网络传输效率低的问题。同时还实现了单向环形网络中错误数据帧的清理和故障定位，由于该种单向环线网络控制器具有多种转发模式，使得在节点发送特殊帧时，单向环形网络可以主动清理错误数据帧也可以定位故障点的具体位置。

该种单向环形网络控制器的直通转发模式是接收端口通过直通转发模块与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；快速转发线路为接收端口通过FIFO帧暂存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；存储转发线路为接收端口依次连接接收缓存器、发送缓存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接。通过转发切换开关可以选择当前节点的转发模式，节点根据所处的工作模式和工作状态配合对转发切换开关的控制可以选取最优路径转发。而帧计数器和发送看门狗又可以实时记录节点主动发送数据帧的帧数目和出错丢失的帧数目，发送看门狗溢出则表明节点主动发送的数据帧在单向环形网络中传输出现超时错误，而此时的帧计数器值为数据帧错误数目。并且，通过单向环形网络中的节点采用广播方式主动发送停发帧和开启帧，并丢弃两帧之间收到的错误帧的方法能彻底清理单向环形网络中错误的数据帧，可以杜绝错误数据帧在单向环形网络中循环转发。而且，当单向环形网络出现故障导致节点不能收到数据帧时，接收看门狗计时溢出，节点采用广播方式主动发送超时帧用以向其他节点通告接收超时和节点位置，从而解决单向环形网络故障点的精确定位问题。故而，本发明提供了可以多帧同发的一种单向环形网络控制器，同时提供利用该种单向环形网络控制器实现单向环形网络中错误数据帧的清理和故障定位。

附图说明

图1是本发明的单向环形网络控制器的结构示意图。

图2是本发明的单向环形网络的连接示意图。

具体实施方式

根据图1、图2所示，本发明所述的一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，还包括：控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。在本发明中，监听模式，是指该节点的默认基本模式，节点不能主动发送数据帧，但可以从接收端口接收数据帧并同时直通转发数据帧。发送模式，指节点可以主动发送数据帧，也可以快速转发或存储转发数据帧，但不能直通转发数据帧。节点不能长时间处于发送模式，发送模式是指从节点开始主动发送数据帧，到数据帧绕单向环形网络一周再由发送节点回收后延时小于环网最小帧间隙时间的过程。节点退出发送模式条件为接收返回数据帧（帧计数器为零）并延时环网最小帧间隙时间后自动退出或接收超时强制退出。忙状态，是指节点主动发送或转发数据帧到发送后延时小于环网最小帧间隙时间的节点忙时段。闲状态，是指节点忙时段之后到新数据帧开始发送之前的节点空闲时段。直通转发，是指直通转发模块从接收端口接收到数据帧立即转发，不做任何检查，转发速度最快，适用于节点处于监听模式。快速转发，是指接收端口的数据帧先进入20字节FIFO帧暂存器，再通过对目的地址和源地址分析后再转发，转发速度较快，适用于节点处于发送闲状态。存储转发，是指接收到的数据帧先进入接收缓存器，然后通过对数据正确性检查、目的地址和源地址分析后转发。存储转发安全性最高，转发速度最慢，适用于节点处于发送忙状态。

以太网最小帧间隙IFG(Interframe Gap)为12byte，相当于96bit的发送时间，为了实现单向环形网络的多帧同发，规定环网最小帧间隙为32byte(即12byte+20byte)，并为此修改了IFG计时器。故而所述IFG计时器的计时时间为环网最小帧间隙32字节，以避免单向环形网络中的帧间隙过小，发帧速度过快而导致丢帧。

该种单向环形网络控制器，所述直通转发线路为接收端口通过直通转发模块与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；所述快速转发线路为接收端口通过FIFO帧暂存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；所述存储转发线路为接收端口依次连接接收缓存器、发送缓存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接。

由于帧头部前导码（7字节），帧起始定界符（1字节），目的地址（6字节）和源地址（6字节）几部分之和为20字节。此长度的设置正好能获得数据帧的目的地址和源地址，用以与节点MAC地址比较，能快速确定对数据帧的后续操作，从而实现最佳的快速转发功能。而且此时数据帧并未转发，如若丢弃不会产生碎片帧头。故而限定FIFO帧暂存器长度为20字节。

该种单向环形网络控制器还包括发送看门狗，节点处于发送模式时自动开启，处于监听模式时自动关闭，节点每次主动发送数据帧则自动清零，设定的时间内未恢复监听模式则发送看门狗计时溢出。在本实施例中，发送看门狗为一个可设置分频的独立运行的计时器，节点处于发送模式时自动开启，处于监听模式时自动关闭，节点每次主动发送数据帧时发送看门狗自动清零。发送看门狗是某节点主动发送数据帧到该数据帧绕单向环形网络一周的最长允许时间，发送看门狗溢出表明某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中传输回收超时错误。如果数据帧在单向环形网络中丢失或出错不能被节点正确回收，发送看门狗将产生溢出，而帧计数器的值即是节点主动发送数据帧的丢失数目，节点强制退出发送模式，返回监听模式，并择机向其他节点(如交换机)报告出错信息。

该种单向环形网络控制器还包括接收看门狗，节点监听到接收端口有数据帧到来则自动清零，设定的时间内节点未接收到数据帧则接收看门狗计时溢出。在本实施例中，接收看门狗为一个可设置分频的独立运行的计时器，当某节点监听到接收端口有数据帧到来时接收看门狗自动清零，而当某节点在设定的时间内未收到数据帧时接收看门狗计时溢出，用于检测单向环形网络故障，定位单向环形网络故障点。

一种利用前述单向环形网络控制器在单向环形网络中传送数据帧的方法，其步骤如下：

S1：单向环形网络中，某一处于监听闲状态的节点需要主动发送数据帧，则进入步骤S2；

S2：某一节点进入发送模式，启动发送数据帧，帧计数器自动+1，发送看门狗自动开启并清零，此节点边发送边监听是否有其他数据帧到来，如果接收端口有另一数据帧到来，则进入步骤S3；接收端口没有数据帧到来则等待第一数据帧发送完成后进入步骤S4。

S3：第一节点处于发送忙状态，节点边发送边接收存储另一数据帧，并检查另一数据帧的正确性，如果错误则丢弃另一数据帧，如果正确则判断另一数据帧的目的地址是否为第一节点的MAC地址，如果是则系统读取另一数据帧做出相应处理，然后等待第一节点处于发送闲状态时转发另一数据帧；如果不是再判断另一数据帧的源地址是否为第一节点MAC地址，由于第一节点之前处于监听模式而没有发送数据帧，判断结果另一数据帧的源地址不是第一节点MAC地址，然后等待第一节点处于发送闲状态时转发另一数据帧。第一数据帧发送完成后进入步骤S4。

S4：当数据帧抵达下一节点的接收端口时，如果节点处于监听模式则进入步骤S6,如果包括第一节点的当前节点处于发送模式进入步骤S5；

S5:如果节点处于发送闲状态则进入步骤S7，如果节点处于发送忙状态则进入步骤S8，如果节点发送看门狗溢出，进入步骤S10；

S6：节点监听到接收端口有数据帧到来，直通转发数据帧至下一节点，进入步骤S4，同时接收数据帧，判断数据帧的目的地址是否为此节点MAC地址，如果是则节点检查数据帧的正确性，然后由系统读取数据帧做出相应处理；如果不是则丢弃数据帧；

S7:节点监听到接收端口有数据帧到来，数据帧进入FIFO帧暂存器，先接收7字节的前导码，再接收1字节的帧起始定界符，6字节的目的地址和6字节的源地址，判断数据帧的目的地址是否为此节点MAC地址，如果是则快速转发数据帧进入步骤S4，同时接收数据帧，节点检查数据帧正确性后由系统读取数据帧做出相应处理；如果不是，再判断数据帧的源地址是否为此节点MAC地址，如果是则进入步骤S9，如果不是则快速转发数据帧至下一节点后丢弃数据帧，并进入步骤S4；

S8：节点监听到接收端口有数据帧到来，采用存储转发方式先接收数据帧，并检查数据帧的正确性，如果错误则丢弃数据帧，如果正确则判断数据帧的目的地址是否为此节点MAC地址，如果是则转发数据帧并由系统读取数据帧做出相应处理，进入步骤S4；如果不是再判断数据帧的源地址是否为此节点MAC地址，如果是则进入步骤S9，如果不是则转发数据帧至下一节点后丢弃数据帧，进入步骤S4；

S9：由于数据帧的源地址为此节点MAC地址，表明数据帧绕单向环形网络一周返回到主动发送节点，节点停止转发数据帧。同时接收并检查数据帧的正确性，丢弃数据帧。帧计数器自动-1，如帧计数器为零或发送看门狗溢出则进入步骤S10，否则重复前述步骤，等待帧计数器为零或发送看门狗溢出；

S10：帧计数器为零，等待延时环网最小帧间隙时间后节点退出发送模式，返回监听模式，发送看门狗自动关闭，节点发送数据帧结束。发送看门狗溢出则强制退出发送模式，返回监听模式，同时发送看门狗自动关闭。

本实施例中，结合图1和图2说明处于监听模式的节点201向节点203发送数据帧A的过程：

当节点201处于监听闲状态时，节点201进入发送模式，启动发送数据帧A，同时帧计数器自动+1，发送看门狗自动开启并清零，节点201边发送边监听接收端口是否有其他数据到来，由于此时节点201处于发送忙状态，当节点201接收端口有数据帧B到来，节点201先接收存储数据帧B，并检查数据帧B的正确性，如果错误丢弃数据帧B,否则再判断数据帧B的目的地址是否为节点201的MAC地址，如果是则由系统读取数据帧B做相应处理，接着等待节点201进入发送闲状态时再转发数据帧B；否则再判断数据帧B的源地址是否为节点201的MAC地址，由于节点201之前处于监听闲状态，判断结果数据帧B的源地址不是节点201的MAC地址，接着等待节点201进入发送闲状态时再转发数据帧B。

当数据帧A抵达节点202的接收端口时，如果节点202处于监听模式，节点202监听到接收端口有数据帧A到来，直通转发数据帧A，同时接收数据帧A，然后判断数据帧A的目的地址非节点202的MAC地址，丢弃数据帧A；如果节点202处于发送闲状态，节点202监听到接收端口有数据帧A到来，数据帧A进入FIFO帧暂存器，先接收7字节的前导码，再接收1字节的帧起始定界符，6字节的目的地址和6字节的源地址，接着判断数据帧A目的地址非节点202地址，再判断数据帧A的源地址非节点202地址，快速转发数据帧A，同时接收数据帧A，接收后丢弃数据帧A；如果节点202处于发送忙状态，节点202监听到接收端口有数据帧A到来，采用存储转发方式先接收数据帧A，并检查数据帧A的正确性，如果错误丢弃数据帧A,如果正确则判断数据帧A的目的地址非节点202的MAC地址，再判断数据帧A的源地址非节点202地址，等待节点202进入发送闲状态时再转发数据帧A。

数据帧A经节点202抵达节点203的接收端口时，如果节点203处于监听模式，节点203监听到接收端口有数据帧A到来，直通转发数据帧A，同时接收数据帧A，然后判断数据帧A的目的地址与节点203的MAC地址相同，节点203先检查数据帧A的正确性，然后由系统读取数据帧A做相应处理；如果节点203处于发送闲状态，节点203监听到接收端口有数据帧A到来，数据帧A进入FIFO帧暂存器，先接收7字节的前导码，再接收1字节的帧起始定界符，6字节的目的地址和6字节的源地址，接着判断数据帧A目的地址为节点203地址，快速转发数据帧A，同时接收数据帧A，节点203先检查数据帧A的正确性，然后由系统读取数据帧A做相应处理；如果节点203处于发送忙状态，节点203监听到接收端口有数据帧A到来，采用存储转发方式先接收数据帧A，并检查数据帧A的正确性，如果错误丢弃数据帧A, 如果正确再判断数据帧A的目的地址为节点203的MAC地址，接着再转发数据帧A，并由系统读取数据帧A做相应处理。

数据帧A沿着单环继续向下转发，由最后一节点转发到节点201，节点201监听到接收端口有数据帧A到来，由于此时节点201处于发送模式，不能直通转发数据帧A，数据帧A进入FIFO帧暂存器，先接收7字节的前导码，再接收1字节的帧起始定界符，6字节的目的地址和6字节的源地址，接着判断数据帧A的目的地址非节点201地址，再判断数据帧A的源地址为节点201地址，表明数据帧A绕单向环形网络一周返回到节点201，节点201停止转发数据帧A，同时接收数据帧A，先检查数据帧A的正确性，然后丢弃数据帧A，帧计数器自动-1，此时帧计数器为零，等待延时环网最小帧间隙时间后节点201退出发送模式，返回监听模式，发送计时器自动关闭，节点201向节点203发送数据帧A结束。但如果数据帧A在单向环形网络中丢失或出错不能被节点201正确回收，发送计时器将产生溢出，而帧计数器的值即是节点201主动发送数据帧的丢失数目，节点201强制退出发送模式，返回监听模式，并择机向其他节点(如交换机)报告出错信息。

以上优选的实施例是处于监听模式的节点201向节点203发送数据帧A的过程，当节点201处于发送闲状态时，节点201仍然可以继续主动发送数据帧。只是在每次发送时节点201的发送计时器自动清零，帧计数器自动+1，而当数据帧被正确回收时，帧计数器自动-1，以保证最后所发送的数据帧有足够的返回时间和正确的计数。

以上实施例是一种单播传送方法，但此方法不限于单播，通过对数据帧转发和接收过程的适应性修改，可适用于数据帧的广播，多播或组播。

当数据帧出错时，单向环形网络具有自动清理错误数据帧能力。对于长度不大于20字节的碎片帧，当它通过处于发送闲状态的节点时，进入FIFO帧暂存器后被存放在帧暂存器内而不会被发送，这样使得这类碎片帧被自动丢弃；而对于长度大于20字节的数据帧，无论数据帧是否完整，只要源地址正确，都会被相应的源节点回收停发；另外当错误的数据帧通过处于发送忙状态的节点时，由于采用存储转发方式，数据帧转发过程是先接收，再检查其正确性，然后再转发，错误数据帧在进行正确性检查时被节点丢弃。

采用以上方法能自动清理单向环形网络中大部分的错误数据帧，但对于数据帧源地址出错而又能通过正确性检查这种特殊错误的数据帧却不能清理。对此，使用本发明所述的单向环形网络控制器即可实现对错误数据帧的主动清理。

一种利用前述单向环形网络控制器在单向环形网络中清理错误数据帧的方法，其步骤如下：

S1：某节点在闲状态时采用广播方式发出一帧停发帧，该帧通知单向环形网络中各节点停止主动发送数据帧，进入监听模式；

S2：当停发帧绕单向环形网络一周返回此节点时，此节点回收停发帧，接着等待节点进入闲状态则进入步骤S3；

S3：节点进入闲状态时采用广播方式再发送一帧开启帧，该帧通知单向环形网络中各节点允许主动发送数据帧，恢复正常工作状态；

S4：节点将丢弃在回收停发帧之后到回收开启帧之前其接收到的所有帧，最后抵达此节点的开启帧被节点接收后通过对数据正确性检查、目的地址和源地址及数据域分析，确认正确后丢弃，完成清理步骤；否者如果节点回收错误则进入步骤S1。

如图1、图2所示，如单向环形网络中的节点201实现主动清理过程，节点201随时监听并接收各节点主动发送数据帧的丢失出错信息，统计单向环形网络中帧出错率，并根据出错率或定时两种方式清理单向环形网络中的错误帧。节点201在闲状态时采用广播方式发出一帧停发帧，该帧通知单向环形网络中各节点停止主动发送数据帧，进入监听模式。当停发帧绕单向环形网络一周返回节点201时，节点201回收停发帧，接着等待节点201进入闲状态时采用广播方式再发送一帧开启帧，该帧通知单向环形网络中各节点允许主动发送数据帧，恢复正常工作状态。由于此时单向环形网络中其他节点全部处于监听模式，只可以直通转发和接收数据帧，出错数据帧和开启帧可沿单向环形网络逐个节点向前转发，由于开启帧处在所有出错数据帧的最后，在开启帧到达节点201之前所有出错的数据帧将先被节点201接收后丢弃。最后抵达节点201的开启帧被节点201接收后通过对数据正确性检查、目的地址和源地址及数据域分析，确认正确后丢弃，否者如果节点201回收错误则重发。

并且使用本发明所述的单向环形网络控制器还可实现对单向环形网络故障的定位。一种利用前述单向环形网络控制器在单向环形网络中对单向环形网络故障定位的方法，其步骤如下：

S1：当某节点监听到接收端口有数据帧到来时接收看门狗计时单元清零并重新开始计时；

S2：当此节点在设定的时间内未收到其上一节点发送或转发的数据帧时接收看门狗计时溢出，溢出信号将使此节点向单向环形网络发出一帧超时帧，超时帧采用广播方式发出，使得单向环形网络中所有节点都能接收到；

S3：如果此节点能正确接收到其所发送的超时帧说明单向环形网络无故障，否者说明单向环形网络有故障，进入步骤S4；

S4：使得任何接收到超时帧的节点通过查找超时帧的源地址就能准确定位整个单向环形网络中故障位置。

如图1和图2所示，当节点202监听到接收端口有数据帧到来时接收看门狗计时单元清零并重新开始计时，而当节点202在设定的时间内未收到其上一节点201发送或转发的数据帧时接收看门狗计时溢出，溢出信号将使节点202向单向环形网络发出一帧超时帧，超时帧采用广播方式发出，使得单向环形网络中所有节点都能接收到。如果节点202能正确接收到其所发送的超时帧说明单向环形网络无故障，否者说明单向环形网络有故障，由于超时帧包含了节点202的源地址，使得任何接收到超时帧的节点通过查找超时帧的源地址就能准确定位整个单向环形网络中故障位置，即故障点在节点202到其上一节点201之间。另一方面，对于节点202的下一节点203因为收到节点202发来的超时帧并使得节点203的接收看门狗计时单元清零并重新开始计时，从而禁止节点203发出超时帧，同理，由于节点203转发了超时帧，也禁止节点203下一节点发出超时帧，这样单向环形网络中只会有一帧超时帧，不会出现多帧超时帧而导致出现多个故障点，影响对故障点位置准确性判断。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，其特征在于，还包括：

控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；

转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；

帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。

2.根据权利要求1所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，所述IFG计时器的计时时间为环网最小帧间隙32字节。

3.根据权利要求1所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，所述直通转发线路为接收端口通过直通转发模块与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；所述快速转发线路为接收端口通过FIFO帧暂存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；所述存储转发线路为接收端口依次连接接收缓存器、发送缓存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接。

4.根据权利要求3所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，所述FIFO帧暂存器长度为20字节。

5.根据权利要求1所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，发送看门狗，节点处于发送模式时自动开启，处于监听模式时自动关闭，节点每次主动发送数据帧则自动清零，设定的时间内未恢复监听模式则发送看门狗计时溢出。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，还包括接收看门狗，节点监听到端口有数据帧到来则自动清零，设定的时间内节点未接收到数据帧则接收看门狗计时溢出。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种单向环形网络控制器在单向环形网络中的数据帧传送方法，其步骤如下：

S1：单向环形网络中，某一处于监听闲状态的节点需要主动发送数据帧，则进入步骤S2；

S2：某一节点进入发送模式，启动发送数据帧，帧计数器自动+1，发送看门狗自动开启并清零，此节点边发送边监听是否有其他数据帧到来，如果接收端口有另一数据帧到来，则进入步骤S3，接收端口没有数据帧到来则等待第一数据帧发送完成后进入步骤S4；

S3：第一节点处于发送忙状态，节点边发送边接收存储另一数据帧，并检查另一数据帧的正确性，如果错误则丢弃另一数据帧，如果正确则判断另一数据帧的目的地址是否为第一节点的MAC地址，如果是则系统读取另一数据帧做出相应处理，然后等待第一节点处于发送闲状态时转发另一数据帧；如果不是再判断另一数据帧的源地址是否为第一节点MAC地址，由于第一节点之前处于监听模式而没有发送数据帧，判断结果另一数据帧的源地址不是第一节点MAC地址，然后等待第一节点处于发送闲状态时转发另一数据帧，第一数据帧发送完成后进入步骤S4；

S4：当数据帧抵达下一节点的接收端口时，如果节点处于监听模式则进入步骤S6,如果包括第一节点的当前节点处于发送模式进入步骤S5；

S5：如果节点处于发送闲状态则进入步骤S7，如果节点处于发送忙状态则进入步骤S8，如果节点发送看门狗溢出，进入步骤S10；

S6：节点监听到接收端口有数据帧到来，直通转发数据帧至下一节点，进入步骤S4，同时接收数据帧，判断数据帧的目的地址是否为此节点MAC地址，如果是则节点检查数据帧的正确性，然后由系统读取数据帧做出相应处理；如果不是则丢弃数据帧；

S7：节点监听到接收端口有数据帧到来，数据帧进入FIFO帧暂存器，先接收7字节的前导码，再接收1字节的帧起始定界符，6字节的目的地址和6字节的源地址，判断数据帧的目的地址是否为此节点MAC地址，如果是则快速转发数据帧进入步骤S4，同时接收数据帧，节点检查数据帧正确性后由系统读取数据帧做出相应处理；如果不是，再判断数据帧的源地址是否为此节点MAC地址，如果是则进入步骤S9，如果不是则快速转发数据帧至下一节点后丢弃数据帧，并进入步骤S4；

S8：节点监听到接收端口有数据帧到来，采用存储转发方式先接收数据帧，并检查数据帧的正确性，如果错误则丢弃数据帧，如果正确则判断数据帧的目的地址是否为此节点MAC地址，如果是则转发数据帧并由系统读取数据帧做出相应处理，进入步骤S4；如果不是再判断数据帧的源地址是否为此节点MAC地址，如果是则进入步骤S9，如果不是则转发数据帧至下一节点后丢弃数据帧，进入步骤S4；

S9：由于数据帧的源地址为此节点MAC地址，表明数据帧绕单向环形网络一周返回到主动发送节点，节点停止转发数据帧，同时接收并检查数据帧的正确性，丢弃数据帧，帧计数器自动-1，如帧计数器为零或发送看门狗溢出则进入步骤S10，否则重复前述步骤，等待帧计数器为零或发送看门狗溢出；

S10：帧计数器为零，等待延时环网最小帧间隙时间后节点退出发送模式，返回监听模式，发送看门狗自动关闭，节点发送数据帧结束，发送看门狗溢出则强制退出发送模式，返回监听模式，同时发送看门狗自动关闭。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种单向环形网络控制器在单向环形网络中的错误数据帧清理方法，其步骤如下：

S1：某节点在闲状态时采用广播方式发出一帧停发帧，该帧通知单向环形网络中各节点停止主动发送数据帧，进入监听模式；

S2：当停发帧绕单向环形网络一周返回此节点时，此节点回收停发帧，接着等待节点进入闲状态则进入步骤S3；

S3：节点进入闲状态时采用广播方式再发送一帧开启帧，该帧通知单向环形网络中各节点允许主动发送数据帧，恢复正常工作状态；

S4：节点将丢弃在回收停发帧之后到回收开启帧之前其接收到的所有帧，最后抵达此节点的开启帧被节点接收后通过对数据正确性检查、目的地址和源地址及数据域分析，确认正确后丢弃，完成清理步骤；否者如果节点回收错误则进入步骤S1。

9.根据权利要求6所述的一种单向环形网络控制器在单向环形网络中的故障定位方法，其步骤如下：

S1：当某节点监听到接收端口有数据帧到来时接收看门狗计时单元清零并重新开始计时；

S2：当此节点在设定的时间内未收到其上一节点发送或转发的数据帧时接收看门狗计时溢出，溢出信号将使此节点向单向环形网络发出一帧超时帧，超时帧采用广播方式发出，使得单向环形网络中所有节点都能接收到；

S3：如果此节点能正确接收到其所发送的超时帧说明单向环形网络无故障，否者说明单向环形网络有故障，进入步骤S4；

S4：使得任何接收到超时帧的节点通过查找超时帧的源地址就能准确定位整个单向环形网络中故障位置。