CN109039780B - 自动搜索以及自动配置交换机路由的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动搜索以及自动配置交换机路由的方法，运行在Rapidio网络的主终端上，包含以下程序步骤：步骤1、自动搜索Rapidio网络，采集Rapidio网络中的各交换机的互连信息和交换机上连接的终端信息；步骤2、根据步骤1的结果识别Rapidio网络中任意二个终端之间的最佳路径；步骤3、为每条最佳路径分配交换机端口，使交换机的负载均衡；步骤4、根据得到的最佳路径以及分配的交换机端口信息，向各个交换机添加路由信息。本发明在很大程度上，把系统维护人员解放出来了，减少人工维护系统所带来的错误以及成本，提升代码的技术成熟度和可用性，提高了软件产品的质量。

Description

自动搜索以及自动配置交换机路由的方法

技术领域

本发明属于现代电子系统中的通信领域，特别涉及到嵌入式航电设备的机载通信。

背景技术

Rapidio技术主要面向高性能嵌入式系统的互连通信，可以在4对差分线上实现10Gps的有效传输效率。由于它在路由，交换，容错纠错，使用方便性上有较完善的考虑，所以在嵌入式系统，3G/4G移动通信基站，以及高性能数字信号处理系统中得到了广泛的应用。

当一个系统中，存在着各种单板内的DSP/FPGA/PowerPC，各个子模块以及背板上的各种单板时，这就迫切需要一种简单，高效，可靠而且便于扩展的通信技术和手段，它能够统一实现从芯片子板到单板到全系统的连接。Rapidio技术就是这种应运而生的技术。

鉴于Rapidio自身的技术特点，建立起来的Rapidio网络，往往都是比较复杂，多闭环回路，多改动的系统，各个终端两两互通的通信链路，往往都是多条甚至可以达到上百条。

一个容易扩展的系统，它的结构必定会多有变化。传统的Rapidio网络驱动，多是软件人员设计一张静态的Rapidio网络配置信息表格，去配置和维护整个Rapidio网络的通信。当Rapidio网络的结构起变化时，就会出现终端增加或减少的情况，就需要人工去重新定义和修改网络配置信息表格。当这种变化频繁出现时，就容易出错，维护成本也会变得更高。而现有的自动搜索Rapidio网络拓扑结构的代码实现，多是不支持闭环回路的，因而有着很大的应用局限性。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种自动搜索以及自动配置交换机路由的方法，支持Rapidio网络闭环回路的信息搜索方法，并在此步的基础上，实现了两两终端最佳路径的匹配识别，并能够自动完成交换机路由信息的配置。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种自动搜索以及自动配置交换机路由的方法，运行在Rapidio网络的主终端上，包含以下程序步骤：

步骤1、自动搜索Rapidio网络，采集Rapidio网络中的各交换机的互连信息和交换机上连接的终端信息；

步骤2、根据步骤1的结果识别Rapidio网络中任意二个终端之间的最佳路径；

步骤3、为每条最佳路径分配交换机端口，使交换机的负载均衡；

步骤4、根据得到的最佳路径以及分配的交换机端口信息，向各个交换机添加路由信息。

依据上述特征，所述步骤1包含以下程序步骤：

步骤1.1、在建好的交换机数据结构模型中，设置每一个交换机的访问标志为‘0’，代表此交换机并没有被搜索到过；

步骤1.2，在自动搜索的过程中，对于第一个访问到的交换机，给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值，并把该锁值写入到交换机数据结构模型中，并把该交换机的访问标志设为‘1’，代表该交换机已经被搜索到过；

步骤1.3，此后，每搜到一个交换机，就先读取它的锁值寄存器里的锁值，和那些访问标志设为‘1’的交换机的锁值进行比较，如果都不相等，则说明该交换机是一个以前没有被搜索到过的交换机，则给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值，并把该锁值写入到交换机数据结构模型中，并把该交换机的访问标志设为‘1’；如果出现相等的情况，则说明该网络中有闭环回路，且此交换机已经被搜索过了，直接访问下一个交换机；

步骤1.4、重复步骤1.3，直至整个网络中的交换机都被搜索过了，搜索过程自动结束，将每一个交换机上面连接的终端、终端连接的端口号、交换机的互连情况、互连的端口号记录到交换机数据结构模型中，整个网络信息采集过程也自动结束。

依据上述特征，步骤2包含以下程序步骤：

步骤2.1、遍历两个终端之间所有的有效路径；

步骤2.2、从有效路径中筛选出经过交换机个数最少的最短路径，作为最佳路径；如果存在多条经过交换机个数相同的最短路径，则把找到的第一条最短路径作为最佳路径；

步骤2.3、重复步骤2.1、2.2，直至识别出整个网络中任意两个终端之间的最佳路径，并记录到交换机数据结构模型。

依据上述特征，所述步骤3包含以下程序步骤：

步骤3.1、在交换机数据结构模型中的端口结构模型中，设置交换机的各个端口的变量ratio为‘0’；

步骤3.2、若最佳路径所经过的相邻的二个交换机之间有多条通道，则选择ratio最小的端口作为最佳路径所要用到的端口，把端口需要的路由信息添加到交换机数据结构模型中，并把该端口的ratio值加‘1’；

步骤3.3、重复步骤3.2，直到把所有最佳路径的路由信息都添加到交换机数据结构模型中。

依据上述特征，所述步骤4包含以下程序步骤：

步骤4.1、在建好的交换机数据结构模型中，将各交换机的路由配置标志设为‘0’，代表此交换机并没有被配置路由信息过；

步骤4.2、找到与主终端连接的交换机，根据交换机数据结构模型中的信息，把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息，一条一条写入交换机的路由寄存器中，完成该交换机的路由配置，并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’；

步骤4.3、之后，根据交换机的互连情况，找到下一个交换机，查询该交换机的路由配置标志，如果是‘0’，表示从未被配置过路由，根据交换机数据结构模型中的信息，把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息，一条一条写入交换机的路由寄存器中，完成该交换机的路由配置，并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’；如果是‘1’，表示该交换机已经被配置过路由了，并且该交换机是闭环回路中的一个交换机，则自动跳过本交换机；

步骤4.4、重复步骤4.3，直至整个网络中所有的交换机都被配置过了，配置过程结束。

进一步，自动搜索以及自动配置交换机路由的方法还包含：

步骤5、将交换机数据结构模型保存至NVRAM，当Rapidio网络上电时，若Rapidio网络的拓扑结构未发生变化，则直接进行步骤4，否则进行步骤1。

本发明的有益效果在于：

鉴于以往的Rapidio网络配置方法，不支持识别交换机组成的闭环回路结构。所以，在多闭环回路的应用场景下，往往首先运用人脑来识别和熟悉整个Rapidio网络结构，再人为规划Rapidio网络中的各个终端之间的通讯路径，最后再根据人为规划的路径设置各个交换机的路由信息。

若应用场景是，只有3个到5个交换机且端口到端口间只有一条链路组成的网络结构，这种情况还不是很复杂。但是，如果网络中的交换机比较多，且组成的闭环回路出现大回路套着小回路的情况下，再由人脑来识别和规划路由，复杂程度急剧增加，容易出错。

而且，网络随时会有改动的情况，例如扩网或者减网，那么，每次又需要一次人脑识别和规划路由的过程，这对整个项目的维护来说，是不便利的。

本发明大幅度提升了自动搜索的智能化和适应性，开拓了软件应用场景，提升了软件质量和应用成熟度，减少了系统维护人员的难度。该设计方法丰富了Rapidio网络的开发和应用方法，可以被其他从事Rapidio驱动的软件设计人员作为借鉴。

附图说明

图1为Rapidio网络中的闭环回路结构示意图。

图2为Rapidio网络中最佳路径识别示意图。

图3为Rapidio网络中交换机互连示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例所示的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的方法，运行在Rapidio网络的主终端上，包含以下程序步骤：

步骤1、自动搜索Rapidio网络，采集Rapidio网络中的各交换机的互连信息和交换机上连接的终端信息。

参见图1所示，图中圆形代表Rapidio交换机，圆角方形代表Rapidio终端。

从图中可以看出，交换机s0,s1,s2组成一个小的闭环回路，交换机s0,s1,s3,s6,s5组成了一个大的闭环回路，当然图中还有其他的闭环回路。

因为自动搜索事先并不知道要被搜索网络的结构是什么样子的？有没有闭环？如果有的话，那么是哪几个交换机组成了闭环回路？

如果算法不支持闭环回路，在这种情况下，闭环回路中的交换机，会被搜索多次直至无数次，程序会进入一个无限循环中跳不出来。

在现有的Rapidio规范中，网络中每一个Rapidio终端都有一个唯一的id值来标识，但是Rapidio交换机却没有。这就会给我们识别交换机，带来很大的障碍。如果没有一个方法或者一个标志来识别不同的交换机，闭环回路的自动搜索就很难实现。

虽然Rapidio交换机中没有专门的寄存器来标识它的id，但是它有一个锁值寄存器。这个寄存器的作用，是主终端访问它时写入锁值的，防止交换机被其他终端非法篡改。

本实施例的具体做法为：

步骤1.1、在建好的交换机数据结构模型中，设置每一个交换机的访问标志为‘0’，代表此交换机并没有被搜索到过；

步骤1.2，在自动搜索的过程中，对于第一个访问到的交换机，给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值，并把该锁值写入到交换机数据结构模型中，并把该交换机的访问标志设为‘1’，代表该交换机已经被搜索到过；

步骤1.3，此后，每搜到一个交换机，就先读取它的锁值寄存器里的锁值，和那些访问标志设为‘1’的交换机的锁值进行比较，如果都不相等，则说明该交换机是一个以前没有被搜索到过的交换机，则给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值，并把该锁值写入到交换机数据结构模型中，并把该交换机的访问标志设为‘1’；如果出现相等的情况，则说明该网络中有闭环回路，且此交换机已经被搜索过了，所以此次搜索跳过它，直接访问下一个交换机；

步骤1.4、重复步骤1.3，直至整个网络中的交换机都被搜索过了，搜索过程自动结束，将每一个交换机上面连接的终端、终端连接的端口号、交换机的互连情况、互连的端口号记录到交换机数据结构模型中，整个网络信息采集过程也自动结束。

步骤2、根据步骤1的结果识别Rapidio网络中任意二个终端之间的最佳路径。

参见图2所示，整个交换网络由8个交换机组成，且交换机s1、s2、s3直到s7之间是两两互连的。从图中可以看出，终端e0和终端e5之间的可选路径，不止一条，其中最短的路径就是：e0,s0,s7,e5。那么其他路径，可以简单列出一部分：

e0,s0,s2,s7,e5；

e0,s0,s3,s4,s1,s7,e5；

e0,s0,s2,s6,,s7,e5；

………

e0,s0,s2,s3,s4,s5,s6,s1,s7,e5；

通过简单的分析，可以看出，终端e0和终端e5之间的最短路径，经过两个交换机；最长的路径，8个交换机全部都经过了；可选有效路径，这里是指没有重复经过同一个交换机的路径，则多达上百个。

同时，还可以看出，某些情况下，最短路径并不只有一条，例如终端e2和终端e5，其最短路径要经过三个交换机，但是可选数目却有好几条：

e2,s4,s5,s7,e5；

e2,s4,s2,s7,e5；

e2,s4,s6,s7,e5；

e2,s4,s3,s7,e5；

e2,s4,s1,s7,e5；

如果要求端与端之间能够达到最高的数据吞吐量和带宽，就必然要求端与端之间所经过交换机的个数达到最少。同时因为占用的交换机资源最少时，就必然能够减轻对其他端与端之间数据通信的影响。

本实施例的具体做法如下：

步骤2.1、根据之前自动搜索得到的Rapidio网络拓扑结构的信息，遍历两个终端之间所有的有效路径。所谓的最佳路径，就是指经过交换机数量最少的最短路径。但是，对于一个没有视觉以及大脑分析，以及每次都是未知情况的网络结构，我们的做法，就是遍历两个终端之间所有的有效路径。

步骤2.2、从有效路径中筛选出经过交换机个数最少的最短路径，作为最佳路径；如果存在多条经过交换机个数相同的最短路径，则把找到的第一条最短路径作为最佳路径；

步骤2.3、重复步骤2.1、2.2，直至识别出整个网络中任意两个终端之间的最佳路径，并记录到交换机数据结构模型。

步骤3、为每条最佳路径分配交换机端口，使交换机的负载均衡。

参见图3所示，交换机s0和交换机s1之间，有5条通道进行互连。同时，交换机s0上连有终端：e2,e4,e6,交换机s1上连有终端：e1,e3,e5。

鉴于上图硬件物理连接的情况，假设各个终端之间要两两互连，交换机s0和s1之间数据通信的情况，可能会有以下几种：

一，所有的数据通信只走一个通道，例如e2和e5的通信，经过s0端口1和s1端口2；e6和e3的通信，也经过s0端口1和s1端口2；e4和e1的通信，也经过s0端口1和s1端口2。这是一种很极端的情况，也很浪费硬件资源，原本硬件工程师在两个交换机之间设置多条通道的目的，就是为了有数条数据通道并行，提高两个交换机之间的数据带宽；

二，数据通信占用多个通道，进行部分的数据分流，除了运用s0端口1和s1端口2，还运用了s0端口2和s1端口3；

三，充分有效的利用硬件资源，把需要通信的终端，都映射到端口上了。如上图所示的情况，s0交换机，e2映射到端口7，e4映射到端口8，e6映射到端口6，e5映射到端口1，e3映射到端口2，e1映射到端口3；s1交换机，e5映射到端口4，e3映射到端口6，e1映射到端口8，e4映射到端口2，e2映射到端口3，e6映射到端口5。

所谓多端口互连的负载均衡，就是尽量把数据通道都利用起来，使每一条通道都能起到数据分流的作用，从而提高数据带宽和提升利用硬件资源的目的。

本实施例的具体做法为：

步骤3.1、在交换机数据结构模型中的端口结构模型中，设置交换机的各个端口的变量ratio为‘0’；

步骤3.2、在规划终端两两之间的路由信息时，通过之前终端最佳路径的匹配识别，得知数据通信需要经过哪几个交换机，若最佳路径所经过的相邻的二个交换机之间有多条通道，则选择ratio最小的端口作为最佳路径所要用到的端口，把端口需要的路由信息添加到交换机数据结构模型中，并把该端口的ratio值加‘1’；

步骤3.3、重复步骤3.2，直到把所有最佳路径的路由信息都添加到交换机数据结构模型中。因为每次路由数据所用到的端口，都是ratio值最小的端口，自然而然就达到了端口互连负载均衡的目的。

步骤4、根据得到的最佳路径以及分配的交换机端口信息，向各个交换机添加路由信息。

经过前面闭环回路信息的收集，各个终端最佳路径的匹配识别，以及交换机多端口互连的负载均衡优化这几个步骤，已经有充足的信息，可以进行交换机路由信息的配置了。本实施例的具体做法为：

步骤4.1、在建好的交换机数据结构模型中，将各交换机的路由配置标志设为‘0’，代表此交换机并没有被配置路由信息过；

步骤4.2、找到与主终端连接的交换机，根据交换机数据结构模型中的信息，把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息，一条一条写入交换机的路由寄存器中，完成该交换机的路由配置，并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’；

步骤4.3、之后，根据交换机的互连情况，找到下一个交换机，查询该交换机的路由配置标志，如果是‘0’，表示从未被配置过路由，根据交换机数据结构模型中的信息，把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息，一条一条写入交换机的路由寄存器中，完成该交换机的路由配置，并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’；如果是‘1’，表示该交换机已经被配置过路由了，并且该交换机是闭环回路中的一个交换机，则自动跳过本交换机；

步骤4.4、重复步骤4.3，直至整个网络中所有的交换机都被配置过了，配置过程结束。

步骤5、将交换机数据结构模型保存至NVRAM，当Rapidio网络上电时，若Rapidio网络的拓扑结构未发生变化，则直接进行步骤4，否则进行步骤1。

Rapidio网络信息和交换机路由信息，是可以由主终端进行保存的。当一个Rapidio网络结构比较稳定时，不会做经常的改动。这个时候，就不需要每次系统上电开启时，都要做一遍搜索拓扑结构，收集信息，以及终端之间最优路径的优化和交换机端口的负载均衡，这些信息因为网络结构的稳定，是没有变化的。所以，可以直接引用上次匹配的结果信息。

本实施例的做法，是把每一次搜索拓扑结构，终端之间最优路径的优化，以及交换机端口的负载均衡的信息，都保存在主终端的NVRAM里，时刻保持网络结构信息最新化的保存。

当进行交换机路由信息添加的动作时，提供两个选择。一，是按照此次搜索拓扑结构，终端之间最佳路径的优化和交换机端口负载均衡的信息，进行交换机路由的配置；二，提取NVRAM里面保存的信息，并根据它进行配置。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种自动搜索以及自动配置交换机路由的方法，运行在Rapidio网络的主终端上，包含以下程序步骤：

步骤1、自动搜索Rapidio网络，采集Rapidio网络中的各交换机的互连信息和交换机上连接的终端信息；

步骤2、根据步骤1的结果识别Rapidio网络中任意二个终端之间的最佳路径；

步骤3、为每条最佳路径分配交换机端口，使交换机的负载均衡；包含以下程序步骤：

步骤3.1、在交换机数据结构模型中的端口结构模型中，设置交换机的各个端口的变量ratio为‘0’；

步骤3.2、若最佳路径所经过的相邻的二个交换机之间有多条通道，则选择ratio最小的端口作为最佳路径所要用到的端口，把端口需要的路由信息添加到交换机数据结构模型中，并把该端口的ratio值加‘1’；

步骤3.3、重复步骤3.2，直到把所有最佳路径的路由信息都添加到交换机数据结构模型中；

步骤4、根据得到的最佳路径以及分配的交换机端口信息，向各个交换机添加路由信息；包含以下程序步骤：

步骤4.1、在建好的交换机数据结构模型中，将各交换机的路由配置标志设为‘0’，代表此交换机并没有被配置路由信息过；

步骤4.2、找到与主终端连接的交换机，根据交换机数据结构模型中的信息，把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息，一条一条写入交换机的路由寄存器中，完成该交换机的路由配置，并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’；

步骤4.3、之后，根据交换机的互连情况，找到下一个交换机，查询该交换机的路由配置标志，如果是‘0’，表示从未被配置过路由，根据交换机数据结构模型中的信息，把对应的端口号和对应路由id值的配套路由信息，一条一条写入交换机的路由寄存器中，完成该交换机的路由配置，并把该交换机的路由配置标志设置为‘1’；如果是‘1’，表示该交换机已经被配置过路由了，并且该交换机是闭环回路中的一个交换机，则自动跳过本交换机；

步骤4.4、重复步骤4.3，直至整个网络中所有的交换机都被配置过了，配置过程结束。

2.根据权利要求1所述的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的方法，其特征在于所述步骤1包含以下程序步骤：

步骤1.1、在建好的交换机数据结构模型中，设置每一个交换机的访问标志为‘0’，代表此交换机并没有被搜索到过；

步骤1.2，在自动搜索的过程中，对于第一个访问到的交换机，给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值，并把该锁值写入到交换机数据结构模型中，并把该交换机的访问标志设为‘1’，代表该交换机已经被搜索到过；

步骤1.3，此后，每搜到一个交换机，就先读取它的锁值寄存器里的锁值，和那些访问标志设为‘1’的交换机的锁值进行比较，如果都不相等，则说明该交换机是一个以前没有被搜索到过的交换机，则给它的锁值寄存器分配一个唯一特定的锁值，并把该锁值写入到交换机数据结构模型中，并把该交换机的访问标志设为‘1’；如果出现相等的情况，则说明该网络中有闭环回路，且此交换机已经被搜索过了，直接访问下一个交换机；

步骤1.4、重复步骤1.3，直至整个网络中的交换机都被搜索过了，搜索过程自动结束，将每一个交换机上面连接的终端、终端连接的端口号、交换机的互连情况、互连的端口号记录到交换机数据结构模型中，整个网络信息采集过程也自动结束。

3.根据权利要求1所述的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的方法，其特征在于所述步骤2包含以下程序步骤：

步骤2.1、遍历两个终端之间所有的有效路径；

步骤2.2、从有效路径中筛选出经过交换机个数最少的最短路径，作为最佳路径；如果存在多条经过交换机个数相同的最短路径，则把找到的第一条最短路径作为最佳路径；

步骤2.3、重复步骤2.1、2.2，直至识别出整个网络中任意两个终端之间的最佳路径，并记录到交换机数据结构模型。

4.根据权利要求1所述的一种自动搜索以及自动配置交换机路由的方法，其特征在于还包含：

步骤5、将交换机数据结构模型保存至NVRAM，当Rapidio网络上电时，若Rapidio网络的拓扑结构未发生变化，则直接进行步骤4，否则进行步骤1。

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