CN110519145B - 一种基于双向环网的多主485路由通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双向环网的多主485路由通信方法和系统。现有485通信系统中，单主机通信轮询时间过长。本发明方法：每个装置建立以自己为中心的环形路由表，当有数据需要主动发送时，计算自己与目的装置之间的路由跳数，选择具有最小跳数的路径发送数据，路径中的其他装置收到此类数据时直接透明转发，直到数据发送到目的装置为止。本发明系统包括N个具有4个485通信端口的装置，N≤254，每个装置包括路由算法模块、主动数据发送模块、被动数据转发模块、判断模块、接收端口RX1、接收端口RX2、发送端口TX1和发送端口TX2。本发明实现多主同时通信，有效解决485总线通信效率低下的问题。

Description

一种基于双向环网的多主485路由通信方法和系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于双向环网的多主485路由通信方法和系统。

背景技术

传统的RS485通信普遍采用主从方式进行，主设备通过轮询不同的从设备获取从设备内部的数据，此种通信方式效率低，当网络中的设备数量较大时，主设备要获取所有设备的信息就会有非常大的延时。有人对传统的485通信进行了改进，提出了多主485通信方法。该方法通过对硬件电路的设计，设备可以在发送数据的同时监测总线状态，并且对总线状态进行仲裁，获得仲裁的设备成为主设备，可以主动发送数据。这种改进的多主485通信虽然可以有效提高485通信的效率，但是也有其本身缺陷：这种监控总线状态并能够进行总线仲裁的硬件电路设计比较麻烦，且对总线的传输距离有所影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于双向环形网络的多主485路由通信方法和系统，用以解决现有485通信系统中，单主机通信轮询时间过长，通信效率低的问题。

本发明一种基于双向环网的多主485路由通信方法，具体如下：将第一个至第N个具有4个485端口的装置顺序连接，第N个装置又连回第一个装置，从而构成一个环形拓扑网络，N≤254；环形拓扑网络中，每个装置的发送端口TX1与后一个装置的接收端口RX1连接，该装置的发送端口TX2与前一个装置的接收端口RX2连接，该装置的接收端口RX2与后一个装置的发送端口TX2连接，该装置的接收端口RX1与前一个装置的发送端口TX1连接，从而形成正向数据流环网和反向数据流环网。开始时，每个装置内部首先判断是否建立了环形路由表，若是则进行周期性维护，否则建立环形路由表；装置接收数据时，判断数据的目的地址与该装置的本地地址是否一致，是则存储或根据数据发送算法进行主动数据发送，否则根据数据发送算法进行被动数据转发；没有接收数据时，装置主动数据发送也按照数据发送算法进行。

所述环形路由表的建立过程如下：

需要建立环形路由表的装置沿正向数据流环网发送一帧路由帧，该路由帧中包括源地址、目的地址、长度域和数据域；源地址、目的地址和数据域均为同一个字节，该字节为建立环形路由表的装置的本地地址；长度域表示数据域的长度，正向数据流环网中的其余所有装置在收到该路由帧时，在该路由帧的数据域后增加一个字节，该字节为收到该路由帧的装置的本地地址，并更新长度域，然后将增加字节后的路由帧沿正向数据流环网方向转发出去；发起路由帧的那个装置在收到目的地址为本地地址的路由帧时，直接将路由帧中数据域的内容添加到环形路由表中，更新环形路由表建立时间，至此环形路由表建立完成。

所述基于环形路由表的路由算法，具体如下：

根据建立的环形路由表，计算数据的源地址与目的地址之间正向数据流传输所需的跳数TP1，然后计算数据的源地址与目的地址之间反向数据流传输所需的跳数TP2，比较TP1与TP2的大小，选择跳数小的数据流传输方向发送数据。

所述的数据发送算法，具体如下：

进行主动数据发送时，装置首先根据路由算法计算跳数较小的优先路径，然后根据优先路径的数据流方向选择发送端口进行发送，正向发送选择发送端口TX1进行发送，反向发送选择发送端口TX2进行发送。进行被动数据转发时，目的地址不是本地地址，不进行路由算法计算，而是装置从接收端口RX1接收到数据，直接将数据从发送端口TX1发送出去，或装置从接收端口RX2接收到数据，直接将数据从发送端口TX2发送出去。

优选地，所述环形路由表的维护过程如下：设定环形路由表的生命周期为T1,当前时间为T，环形路由表建立时间是T2，当T-T2≥T1时，装置重新发起路由帧，重新建立环形路由表。

本发明一种基于双向环网的多主485路由通信系统，包括N个具有4个485通信端口的装置，N≤254，每个装置包括路由算法模块、主动数据发送模块、被动数据转发模块、判断模块、接收端口RX1、接收端口RX2、发送端口TX1和发送端口TX2；第一个至第N个装置顺序连接，第N个装置又连回第一个装置，从而构成一个环形拓扑网络；环形拓扑网络中，每个装置的发送端口TX1与后一个装置的接收端口RX1连接，该装置的发送端口TX2与前一个装置的接收端口RX2连接，该装置的接收端口RX2与后一个装置的发送端口TX2连接，该装置的接收端口RX1与前一个装置的发送端口TX1连接。所述的路由算法模块建立环形路由表，并根据环形路由表的生命周期周期性维护和更新环形路由表，还根据数据的源地址与目的地址计算正向和反向数据传输的跳数，选择跳数小的数据传输方向发送数据。

所述的主动数据发送模块主动发起路由帧，或主动向其它装置请求数据，或对其它装置的请求进行响应；主动发起路由帧不需要根据路由算法进行计算，而是直接从TX1端口发送出去；主动向其它装置请求数据时根据路由算法模块选择的数据传输方向发送数据，即选择具有最小跳数的端口发送，如果正向跳数少，则从TX1端口发送数据，如果反向跳数少，则从TX2端口发送数据；对其它装置的请求响应过程与主动向其它装置请求数据的过程一致，只是发送数据的目的地址为响应装置接收到的请求报文的源地址。

所述的判断模块对装置接收的路由帧进行判断，若路由帧的目的地址与该装置的本地地址一致，则将路由帧传给路由算法模块，否则将路由帧传给被动数据转发模块；判断模块还对装置接收的数据进行判断，若数据的目的地址与该装置的本地地址一致，则存储数据或将数据传给主动数据发送模块对其它装置的请求进行响应，否则将数据传给被动数据转发模块。

所述的被动数据转发模块接收到路由帧时，将本装置的本地地址添加到该路由帧数据域的最后字节之后，然后从TX1端口转发出去；被动数据转发模块接收到数据帧时，直接根据数据流的方向进行透明数据转发，不修改数据帧中的任何数据，此时，如果装置从RX1端口接收到数据帧，则直接将数据从TX1端口发送出去，如果装置从RX2端口接收到数据帧，则直接将数据从TX2端口发送出去。

本发明具有的有益效果：

本发明的每个装置(节点)建立以自己为中心的环形路由表，当有数据需要主动发送时，计算自己与目的装置之间的路由跳数，选择具有最小跳数的路径发送数据，路径中的其他装置收到此类数据时直接透明转发，直到数据发送到目的装置为止，可以真正实现多主同时通信，有效解决了485总线通信效率低下的问题。

附图说明

图1为本发明的网络拓扑结构图；

图2为本发明中环形路由表的建立及维护流程图；

图3为本发明中基于环形路由表的路由算法流程图；

图4为本发明的主动数据发送流程图；

图5为本发明的被动数据转发流程图；

图6为本发明中装置的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于双向环网的多主485路由通信方法，具体如下：将第一个至第N个具有4个485端口的装置顺序连接，第N个装置又连回第一个装置，从而构成一个环形拓扑网络，N≤254；环形拓扑网络中，每个装置的发送端口TX1与后一个装置的接收端口RX1连接，该装置的发送端口TX2与前一个装置的接收端口RX2连接，该装置的接收端口RX2与后一个装置的发送端口TX2连接，该装置的接收端口RX1与前一个装置的发送端口TX1连接，每个装置有两个发送端口发送数据，也有两个接收端口接收数据，从而环形拓扑网络内形成正向数据流环网和反向数据流环网。开始时，每个装置内部首先判断是否建立了环形路由表，若是则进行周期性维护，否则建立环形路由表；装置接收数据时，判断数据的目的地址与该装置的本地地址是否一致，是则存储或根据数据发送算法进行主动数据发送，否则根据数据发送算法进行被动数据转发；没有接收数据时，装置主动数据发送也按照数据发送算法进行。

如图2所示，环形路由表的建立过程如下：

需要建立环形路由表的装置(比如装置A)沿正向数据流环网发送一帧路由帧，该路由帧中包括源地址、目的地址、长度域和数据域；源地址、目的地址和数据域均为同一个字节，该字节为建立环形路由表的装置的本地地址；长度域表示数据域的长度(比如装置A的源地址和目的地址均为a；数据域包含一个字节数据，即本地地址a)，正向数据流环网中的其余所有装置在收到该路由帧时，在该路由帧的数据域后增加一个字节，该字节为收到该路由帧的装置的本地地址，并更新长度域，然后将增加字节后的路由帧沿正向数据流环网方向转发出去；发起路由帧的那个装置在收到目的地址为本地地址的路由帧时，直接将路由帧中数据域的内容添加到环形路由表中，更新环形路由表建立时间，至此环形路由表建立完成。

如图2所示，环形路由表的维护过程如下：设定环形路由表的生命周期为T1,当前时间为T，环形路由表建立时间是T2，当T-T2≥T1时，装置重新发起路由帧，重新建立环形路由表。

如图3所示，基于环形路由表的路由算法，具体如下：

根据建立的环形路由表，计算数据的源地址与目的地址之间正向数据流传输所需的跳数TP1，然后计算数据的源地址与目的地址之间反向数据流传输所需的跳数TP2，比较TP1与TP2的大小，选择跳数小的数据流传输方向发送数据。例如：假设环形拓扑网络中总共有10个装置，分别为A、B、C、D、E、F、G、H、I和J，装置A的环形路由表为abcdefghija，现在装置A有数据需要发送到装置H，则TP1＝7，TP2＝3，因此装置A会选择反向数据流网络发送数据，最终数据传输结果为a-->j-->i-->h。

数据发送算法，具体如下：

如图4所示，进行主动数据发送时，装置首先根据路由算法计算跳数较小的优先路径，然后根据优先路径的数据流方向选择发送端口进行发送，正向发送选择发送端口TX1进行发送，反向发送选择发送端口TX2进行发送。如图5所示，进行被动数据转发时，目的地址不是本地地址，不进行路由算法计算，而是装置从接收端口RX1接收到数据，直接将数据从发送端口TX1发送出去，或装置从接收端口RX2接收到数据，直接将数据从发送端口TX2发送出去。

如图6所示，一种基于双向环网的多主485路由通信系统，包括N个具有4个485通信端口的装置，N≤254，每个装置包括路由算法模块、主动数据发送模块、被动数据转发模块、判断模块、接收端口RX1、接收端口RX2、发送端口TX1和发送端口TX2；第一个至第N个装置顺序连接，第N个装置又连回第一个装置，从而构成一个环形拓扑网络；环形拓扑网络中，每个装置的发送端口TX1与后一个装置的接收端口RX1连接，该装置的发送端口TX2与前一个装置的接收端口RX2连接，该装置的接收端口RX2与后一个装置的发送端口TX2连接，该装置的接收端口RX1与前一个装置的发送端口TX1连接。路由算法模块建立环形路由表，并根据环形路由表的生命周期周期性维护和更新环形路由表，还根据数据的源地址与目的地址计算正向和反向数据传输的跳数，选择跳数小的数据传输方向发送数据。

主动数据发送模块主动发起路由帧，或主动向其它装置请求数据，或对其它装置的请求进行响应；主动发起路由帧不需要根据路由算法进行计算，而是直接从TX1端口发送出去；主动向其它装置请求数据时根据路由算法模块选择的数据传输方向发送数据，即选择具有最小跳数的端口发送，如果正向跳数少，则从TX1端口发送数据，如果反向跳数少，则从TX2端口发送数据；对其它装置的请求响应过程与主动向其它装置请求数据的过程一致，只是发送数据的目的地址为响应装置接收到的请求报文的源地址。

判断模块对装置接收的路由帧进行判断，若路由帧的目的地址与该装置的本地地址一致，则将路由帧传给路由算法模块，否则将路由帧传给被动数据转发模块；判断模块还对装置接收的数据进行判断，若数据的目的地址与该装置的本地地址一致，则存储数据或将数据传给主动数据发送模块对其它装置的请求进行响应，否则将数据传给被动数据转发模块。

被动数据转发模块接收到路由帧时，将本装置的本地地址添加到该路由帧数据域的最后字节之后，然后从TX1端口转发出去；被动数据转发模块接收到数据帧时，直接根据数据流的方向进行透明数据转发，不修改数据帧中的任何数据，此时，如果装置从RX1端口接收到数据帧，则直接将数据从TX1端口发送出去，如果装置从RX2端口接收到数据帧，则直接将数据从TX2端口发送出去。

Claims (3)

1.一种基于双向环网的多主485路由通信方法，其特征在于：该方法具体如下：将第一个至第N个具有4个485端口的装置顺序连接，第N个装置又连回第一个装置，从而构成一个环形拓扑网络，N≤254；环形拓扑网络中，每个装置的发送端口TX1与后一个装置的接收端口RX1连接，该装置的发送端口TX2与前一个装置的接收端口RX2连接，该装置的接收端口RX2与后一个装置的发送端口TX2连接，该装置的接收端口RX1与前一个装置的发送端口TX1连接，从而形成正向数据流环网和反向数据流环网；开始时，每个装置内部首先判断是否建立了环形路由表，若是则进行周期性维护，否则建立环形路由表；装置接收数据时，判断数据的目的地址与该装置的本地地址是否一致，是则存储或根据数据发送算法进行主动数据发送，否则根据数据发送算法进行被动数据转发；没有接收数据时，装置主动数据发送也按照数据发送算法进行；

所述环形路由表的建立过程如下：

需要建立环形路由表的装置沿正向数据流环网发送一帧路由帧，该路由帧中包括源地址、目的地址、长度域和数据域；源地址、目的地址和数据域均为同一个字节，该字节为建立环形路由表的装置的本地地址；长度域表示数据域的长度，正向数据流环网中的其余所有装置在收到该路由帧时，在该路由帧的数据域后增加一个字节，该字节为收到该路由帧的装置的本地地址，并更新长度域，然后将增加字节后的路由帧沿正向数据流环网方向转发出去；发起路由帧的那个装置在收到目的地址为本地地址的路由帧时，直接将路由帧中数据域的内容添加到环形路由表中，更新环形路由表建立时间，至此环形路由表建立完成；

所述基于环形路由表的路由算法，具体如下：

根据建立的环形路由表，计算数据的源地址与目的地址之间正向数据流传输所需的跳数TP1，然后计算数据的源地址与目的地址之间反向数据流传输所需的跳数TP2，比较TP1与TP2的大小，选择跳数小的数据流传输方向发送数据；

所述的数据发送算法，具体如下：

进行主动数据发送时，装置首先根据路由算法计算跳数较小的优先路径，然后根据优先路径的数据流方向选择发送端口进行发送，正向发送选择发送端口TX1进行发送，反向发送选择发送端口TX2进行发送；进行被动数据转发时，目的地址不是本地地址，不进行路由算法计算，而是装置从接收端口RX1接收到数据，直接将数据从发送端口TX1发送出去，或装置从接收端口RX2接收到数据，直接将数据从发送端口TX2发送出去。

2.根据权利要求1所述的一种基于双向环网的多主485路由通信方法，其特征在于：所述环形路由表的维护过程如下：设定环形路由表的生命周期为T1,当前时间为T，环形路由表建立时间是T2，当T-T2≥T1时，装置重新发起路由帧，重新建立环形路由表。

3.一种基于双向环网的多主485路由通信系统，包括N个具有4个485通信端口的装置，N≤254，其特征在于：每个装置包括路由算法模块、主动数据发送模块、被动数据转发模块、判断模块、接收端口RX1、接收端口RX2、发送端口TX1和发送端口TX2；第一个至第N个装置顺序连接，第N个装置又连回第一个装置，从而构成一个环形拓扑网络；环形拓扑网络中，每个装置的发送端口TX1与后一个装置的接收端口RX1连接，该装置的发送端口TX2与前一个装置的接收端口RX2连接，该装置的接收端口RX2与后一个装置的发送端口TX2连接，该装置的接收端口RX1与前一个装置的发送端口TX1连接；所述的路由算法模块建立环形路由表，并根据环形路由表的生命周期周期性维护和更新环形路由表，还根据数据的源地址与目的地址计算正向和反向数据传输的跳数，选择跳数小的数据传输方向发送数据；

所述的主动数据发送模块主动发起路由帧，或主动向其它装置请求数据，或对其它装置的请求进行响应；主动发起路由帧不需要根据路由算法进行计算，而是直接从TX1端口发送出去；主动向其它装置请求数据时根据路由算法模块选择的数据传输方向发送数据，即选择具有最小跳数的端口发送，如果正向跳数少，则从TX1端口发送数据，如果反向跳数少，则从TX2端口发送数据；对其它装置的请求响应过程与主动向其它装置请求数据的过程一致，只是发送数据的目的地址为响应装置接收到的请求报文的源地址；

所述的判断模块对装置接收的路由帧进行判断，若路由帧的目的地址与该装置的本地地址一致，则将路由帧传给路由算法模块，否则将路由帧传给被动数据转发模块；判断模块还对装置接收的数据进行判断，若数据的目的地址与该装置的本地地址一致，则存储数据或将数据传给主动数据发送模块对其它装置的请求进行响应，否则将数据传给被动数据转发模块；

所述的被动数据转发模块接收到路由帧时，将本装置的本地地址添加到该路由帧数据域的最后字节之后，然后从TX1端口转发出去；被动数据转发模块接收到数据帧时，直接根据数据流的方向进行透明数据转发，不修改数据帧中的任何数据，此时，如果装置从RX1端口接收到数据帧，则直接将数据从TX1端口发送出去，如果装置从RX2端口接收到数据帧，则直接将数据从TX2端口发送出去。

Images