CN1120768A - 在公用电话网中分层次传输数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在公用电话网中，多层次节点组成的分布式数据处理系统内，利用信道空闲时段，按特定的时间顺序和层次顺序传输数据的方法和系统。网络内各层节点都有接收汇总所属下层节点的数据并向上层节点发送以及接收上层节点的数据并向各所属下层节点分发传送的功能。分层次传输方案可在有限的时间和信道容量条件下，最大限度地提高传送数据量。本发明可用于图书、音像制品的发行、订购，报刊杂志的订阅，计算机软硬件的邮购等商用领域及政府部门各种统计数据的收集，各项文件的下发。

Description

在公用电话网中分层次传输数据的方法和装置

本发明涉及利用公用电话网络传输数据的方法和装置，特别涉及由多层次节点(或称收发站)组成的分布式数据处理系统。

利用分组交换网可以组建广域数据通信网络(WAN)，且有国际标准X.25协议的支持，但组建分组交换网需要较高的成本，且传输成本也较高。分组交换网适用于通信时间较随机，要求实时响应的业务，如：订票、银行电子转帐。而有些通信业务不需要实时响应，可以延迟一段时间，如报刊订阅、书籍订购、计算机软硬件邮购等业务，这些业务就可以用电话网这样的电路交换网来完成传输，这样组网成本与传输成本都很低。

另外，在中国这样一个发展中国家，分组交换网的覆盖率仍较低，到1995年7月为止，中国公用分组交换网(CHINAPAC)仅覆盖631个城市，还无法达到大多数中小城镇，而电话网的覆盖率则要高得多，这样基于电话网的数据传输系统可以达到远高于分组交换网的覆盖率，而且利用已有的电话线就基本不增加组网成本。

利用电话网进行数据通信也有其特有的困难，一是接通线路的时间较长，如果每次传输数据量较小，则传输数据的额外开销较高；二是白天电话线的忙时概率较大(忙时概率[或称遇忙概率]是指当一用户拨号时，出现占线忙音的几率。忙音概率＝占线次数/总拨号次数)，难以接通线路。只有到了休息日和夜间这样的信道空闲时段，电话线尤其是长途电话线的忙时概率才会大大下降，接通线路才比较容易。这样，将要发送的数据积累下来等到夜间或休息、日这样的信道空闲时段发送则是比较理想的解决方案，这种方案也同时解决了第一个困难，因为每次传输数据量较大，即使接通线路的时间较长，传输数据的额外开销也不高。

利用信道空闲时段发送数据的最简单方案是“存储——转发传真”业务：将用户的数据存储在交换机的存储器中，等到所需的电路空闲时，再将数据发向目的交换机或终端，如果当地的交换机不能提供“存储——转发”业务，则可以将数据存放在终端或计算机的存储器内，等到所需的电路空闲时，再将数据发向目的交换机或终端。

以上两种方案都可以利用信道空闲时段收发数据，但当考虑电话网中有许多终端(或称节点或收发站)都要利用信道空闲时段收发数据时，尤其是一个全国物资分销订购系统的许多节点都需要传输数据时，如果没有合理的控制规程，则会使话路的忙时概率大大增高，严重影响通信效率。

在GB-A-2203571英国专利申请和CN1081268A中国专利申请已知的技术文献中，分别描述了一种分布式数据库更新系统，该系统包括与一个中心数据库服务器连接的许多远程客户机，全部远程客户机通过调制解调器和电话网络直接与中心数据库服务器通信，更新远程客户机上的数据库。如果远程客户机数量很多，又有双向信息传递的要求，传输线路还包括资源紧张的长途线路，则这个系统的忙时概率很高，甚至整个分布式数据处理系统无法正常工作。

本发明的目的是提供一种提高电话网的利用率，尤其是提高信道空闲时段的利用率的方法和装置；

本发明的另一个目的是提供一种降低进行数据通信时忙时概率的方法和装置；

本发明的又一个目的是提供一种利用电话网建立大型商用网络，将分布在广阔区域内的经营点联接起来，高效地传输库存和订购等商务信息，为用户提供方便而廉价的传输服务的方法和装置；

本发明的再一个目的是提供一种减少用户在零售或订购时访问分布式处理网络中的数据库的等待时间的方法和装置；

本发明还有一个目的是提供一种达到上述四个目的的方法和装置，而且并不要求所需电路上的交换设备必须具备如“存储——转发”的特殊功能，甚至允许沿途的各交换机可以是步进制、纵横制和程控制中的任一种。

如现在描述的，前述目的是可以达到的。本发明提供了一种在公用电话网中由多层次节点组成的分布式数据处理系统内，利用信道空闲时段，按特定的层次顺序和时间顺序传输数据的方法和装置。首先按地理分布或行政所属关系将分布式数据处理网中的众多节点划分为多个层次，以达到不同的上层节点到其各自所属各下层节点的线路没有公共部分，同时传输数据时也就没有相互干扰的可能性，大大降低了遇忙概率，提高了传输效率；其次，网络内各层非根非叶节点都有接收汇总所属下层节点的数据并向上层节点发送以及接收上层节点的数据并向所属下层节点分拣传送的功能；再次，按照通信规程，数据按特定的时间顺序和层次顺序在整个分布式处理网络中有序地被接收、存储，同时达到了提高信道利用率，降低遇忙概率，建立广域商业网络，减少数据库访问时间的目的。

在本发明中，第1层节点为根节点，表示整个分布式系统的服务器；非根非叶节点定义为既有父节点又有子节点的节点，叶节点定义为仅有父节点没有子节点的节点。假定分层结构中第2层至第N-1层各节点都有子节点，则叶节点仅在第N层，而第2层至第N-1层各节点为非根非叶节点。若分层结构中第2层至第N-1层有些节点无子节点，则说明书中的第N层节点特指全部叶节点，而第2层至第N-1层节点特指全部非根非叶节点。

本发明的实质设想是：按层次结构，使第2层至第N-1层收发站(即非根非叶节点)可以接收父节点的下行数据，进行分拣处理，向子节点分发传送，并从子节点接收上行数据，进行汇总处理，并向父节点发送。这样的并行化分布式处理降低了占用线路时间，提高了传输效率。

从下面的描述中可以更加清楚地看到本发明的目的、特性和优点。

在所附的权利要求中提出了本发明的可信的新款特性的特征。

然而，当结合附图阅读时，参照如下说明性实施例的详细描述，将会对本发明本身及其最佳使用方法，发明目的及其优点有更好的理解。

图1描述了可被用于实现本发明的一个典型的分布式数据处理系统；

图2是可被用于实现本发明的一个收发站的图解表示；

图3描述了在图1基础上的一个简化的具体分布式数据处理系统；

图4描述了一个对应于图2分布式数据处理系统的典型实施例的时序图；

图5描述了一个对应于图2分布式数据处理系统的最佳实施例的时序图；

图6描述了根据本发明的最佳实施例的收发站处理上行数据的高级流程图；

图7描述了根据本发明的最佳实施例的收发站处理下行数据的高级流程图；

本发明中的处理指收发站在上行过程中，汇总数据，重新打包，并完成对本地数据库的更新和在下行过程中，分拣数据，重新打包，并完成对本地数据库的更新。具体的说，每个数据包的头部都存有该数据的目的地和始发地，这样在上行过程中，本节点收发站将各子节点的上行数据包加上本节点的上行数据包，形成一个较大的上行数据包，即汇总处理；在下行过程中，本节点收发站将收到的较大的下行数据包，按照其中各小包的地址信息，整理成较小的下行数据包，使该数据包含有到该子节点和子节点下属各层子节点的数据；到叶节点时，下行数据包就仅包含到该叶子节点的数据，即分拣处理。

在收发过程中，可以采用正常模式，即收发两端的计算机都处于工作状态，在特定的时刻，发端计算机向收端计算机拨号、发送数据，收端计算机接收数据，完成收发过程后两端计算机进入关闭状态、休眠状态或仍保持工作状态；也可以采用节能模式，开始时收发两端的计算机处于休眠状态，发端计算机内部的计时器按预先设定的时间“唤醒”系统，使计算机进人工作状态，向收端计算机拨号、发送数据，收端计算机内部通过探测调制解调器输入信号接通系统电源，接收数据，完成收发过程后两端计算机进入关闭状态、休眠状态或仍保持工作状态。

本发明典型的应用是实现一个分布式物资分销订购信息系统，在后部分说明书中，为了便于解释，我们就以全国图书分销订购系统为例，对技术方案展开描述，当然本发明描述的分层传输数据的方法和装置还适用于其它领域的活动。

出版信息包括图书的作者、简介、定价和读者对象等内容；订购信息包括定购图书的书号和册数等内容。通过公共电话网将出版信息从各出版社汇总到全国出版信息中心，再分发传送到各书店中去，各书店接待读者，让读者从出版信息的书目中找到自己需要的图书，订购并付预交款，书店再将这些可购信息汇总传输至全国出版信息中心，分发传送到各出版社中去。各出版社将订购的图书打包发往相应的书店，书店接到书后，通知读者取书，读者交齐书款并取走书。全国出版信息中心将一定的款项从书店结算至出版社，这样就完成了整个的出版信息传送，订购信息传送和图书发行过程。

为避免重复论述，出版信息的汇总传输和订购信息的汇总传输统一称为数据的上行传输过程，而出版信息的分发传输和订购信息的分发传输统一称为数据的下行传输过程。下面用出版信息的分发传输说明数据的下行传输过程，用订购信息的汇总传输说明数据上行传输过程。

正如图1所示，全国图书分销订购系统包括全国出版信息中心(20)，通过公共电话长途干线网(30)发散连接到各省级出版信息中心(21)，通过省内公共电话长途网(31)，再次分别发散连接到各市县级出版信息中心(22)，再次通过市县内公共电话网(32)，分别发散连接到各书店图书订购客户机(23)。

为描述简明，一个收发站称为一个节点，最末端的客户机(23)称为叶节点，而最高端的全国出版信息中心(20)称为根节点。本节点的高一层收发站称为父节点，而低一层的各收发站则称为子节点。

一个典型节点收发站的逻辑结构图如图2，它包括含有监控程序(51)的处理机(50)，它负责整个系统的控制，主存贮器(52)向处理单元(50)传送程序和数据，并将数据库更新内容传送给数据库管理系统(53)，完成对数据库(54)的更新，数据库管理系统(53)从数据库(54)中提取要发送的内容传送回主存贮器(52)，再通过高级应用程序(55)控制设备驱动程序(56)完成向外发送。而外部信号(双音多频信号和数据信号)作为输入信号通过设备驱动程序(56)和高级应用程序(55)传至主存贮器(52)。

为了清楚说明传输是如何按照特定的时间顺序和层次顺序进行的，我们在图1基础上给出一个简化的具体分布式数据处理系统，如图3，节点1为根节点，在第一层；第二层，有节点2与节点3；第三层有4个节点4、5、6和7；第四层有11个节点，节点8至节点18。

先考虑一个典型的实施例，将不同层的传输过程，在时间上预先分开，如图4所示，在时段40内，第一层向第二层传输下行数据，(这些数据，即出版信息是由各出版社汇总发送到全国出版信息中心的)，收发过程前面已做详述，图中节点1向节点2传输数据在节点1的时轴上表示为T2，在节点2的时轴上表示为R1，T2与R1是对应的，是从两个角度看待同一个过程，以下同，不赘述。节点2完成接收后，准备好向节点4与5的下行数据，这一过程称为分拣过程。完成分拣过程后并不马上向子节点发送数据，要等到时段41到来时，再开始第二层到第二层的下行数据传输过程，接收完父节点的下行数据后，各节点先准备其各子节点的下行数据，即分拣过程，分拣过程前面已做详述，；在时段42内，进行第三层到第四层的下行数据传输过程。从时段40，41到42为下行数据传输过程；从时段43，44到45为上行数据传输过程。在时段43内，进行第四层到第三层的上层数据传输。对于节点4，当完成接收节点8，9数据后，会综合各子节点的上层数据和本节点的上行数据，形成一个总的准备发往父节点的上行数据包，此过程称为汇总，汇总过程前面已做详述。在时段44开始时，全部第三层节点都完成了汇总过程，便开始进行第三层向第二层的上行数据传输，并进行汇总。在时段45，第一层节点即根节点接受第二层节点2，3的上行数据，汇总并对订购信息数据库进行更新，为向各出版社分发传送与其相关的订购信息准备了条件。

在以上典型实施例中，要求各收发站都有较准确的时钟；由于上行传输过程与下行传输过程彼此较独立，谁先谁后都没关系，上面是以先下行后上行的顺序为例说明的，完全可以先上行后下行；各时段的时间分配要足够，否则无法顺利完成分拣和汇总过程。

与典型实施例不同的是，最佳实施例不需要为不同层的传输过程预分时段，也不要求各收发站都有准确的时钟，这样必须先进行下行数据传输再进行上行数据传输，因为高层节点需要通过下行数据传输过程触发低层节点的下行数据传输过程和上行数据传输过程。详细过程如图5所示，节点1向节点2和3发送完下行数据，就开始轮流查询节点2和3的完成状态字，以检查是否完成了对其子节点的上行数据汇总过程；节点2接收节点1的下行数据，并完成分拣后，向节点4和5发送下行数据，然后开始轮流查询子节点4和5的完成状态字；节点3与节点2的情况类似，不再重复；节点4接收完节点2的下行数据，并完成分拣后，向子节点8和9发送下行数据，由于节点8和9是叶子节点，无需查询其完成状态字，即开始接收节点8和9的上行数据，汇总后，置完成状态字。其父节点(即节点2)查询到节点4已完成汇总，便接收来自节点4的上行数据，之后仅反复查询节点5的完成状态字。节点5，6与7的处理过程与节点4类似，不再赘述。节点2完成接收节点5的上行数据，并进行汇总后，置其完成状态字。节点1依次查询到节点2和3已完成上行汇总过程便接收来自节点2和3的上行数据，并完成订购信息数据库的更新，为向各出版社分发传送与其相关的订购信息准备了条件。

根据本发明典型实施例的各收发站的上行、下行数据传输过程相对来说比较简单，主要是根据时钟轮流建立向子节点的通信链路，接收上行数据或发送下行数据。根据本发明最佳实施例的各收发站的上行、下行数据传输过程则比较复杂，在图6、图7中给节了详细描述。

如前所述，最佳实施例是先进行下行传输过程，再进行上行传输过程，在下行数据传输过程中一个收发站的处理过程如图6所示，一旦启动(60)之后，该收发站等待父节点拨号(61)，检测是否有父节点拨号(62)：若否，则继续等待(61)；若是，则检测父节点发来的控制字是否为接收(63)；若否，则报告时序错误(64)后，结束(70)；若是，则接收父节点的下行数据包(65)。传输顺利结束与否(66)；若否，则重新等待父节点拨号(61)；若是，则分拣产生各子节点的下行数据包(67)。取第一个子节点号码(68)，向子节点拨号建立通路(69)。(此步骤与子节点下行过程中等待父节点拨号(61)对应。)检测是否拨通(71)；若否，如果该子节点已有三次拨号失败，则将其判为本次不可接通节点，并将其从本次未通信子节点表中去除(79)，保持该子节点下行状态未置(76)，取下一子节点号码(78)；若是，向子节点发送接收控制字(72)。(此步骤与子节点下行过程中检测控制字是否接收(63)对应。)向子节点发送属于它的下行数据包(73)，(此步骤与子节点下行过程中接收父节点如下行数据包(65)对应，)检测传输是否顺序完成(74)；若否，保持该子节点下行状态未置(76)，取下一子节点号码(78)；若是，置该子节点下行状态位(75)。检查是否还有子节点下行状态位未置(77)；若是，取下一子节点号码(78)，向子节点拨号建立通路(69)；若否，则结束(70)。

以上是第2层至第N-1层收发站的下行处理流程，若为根节点(第一层)，则无须从父节点处取得数据，处理步骤61，62，63，64，65，66就不需要了；若为叶节点(第N层)，则仅有61，62，63，64，65，66各处理步骤。

在上行数据传输过程中一个收发站的处理过程如图7所示，一旦启动(80)后，清全部子节点的上行状态，清该节点的完成状态(81)，取第一个子节点号码(82)，向子节点拨号建立通路(83)，检测接通与否(84)；若否，如果该子节点已有三次拨号失败，则将其判为本次不可接通节点，并将其从本次未通信子节点表中去除(99)，保持该子节点上行状态位未置(90)，取下一个子节点号码(92)；若是，向子节点发送传送状态字，接收子节点的完成状态字(85)。检测子节点是否为完成状态(86)；若否，则保持子节点上行状态位未置(90)，取下一个子节点号码(92)；若是，接收子节点的上行数据(87)。传输是否顺利完成(88)；若否，保持该子节点上行状态位未置(90)，取下一子节点号码(92)；若是，置该子节点上行状态位(89)。检测是否还有子节点的上行状态位未置(91)；若是，取下子节点号码(92)，继续拨号建立链路(83)；若否，综合各子节点的上行数据与本节点上行数据，汇总打包形成向父节点发送点的上行数据包，置节点完成状态(93)。等待父节点拨号(94)，(此步骤与父节点上行数据传输过程中向子节点拨号建立通路(83)对应，)检测是否有拨号；若否，等待父节点拨号；若是，检测接收到的控制字是否为传送(96)；若否，则报告时序错误(98)，结束(100)；若是，向父节点发送汇总数据(97)，结束(100)。

结合上述的典型实施例和最佳实施例，我们来分析本发明的优点，在图1所示的分布式数据处理系统中，若每个非叶节点均有30个子节点，即有30个省级收发站(21)，每个省级收发站(11)又发散连接至30个市县级收发站(22)，共有900个市县级收发站，每个市县级收发站(22)又发散连接至30个书店客户机(23)，共有27000个书店客户机(23)。若采取全国出版信息中心(20)直接与书店客户机(23)通信的方案，假设信息汇总时每次接通需要3秒，传输需要1秒，暂不考虑忙时概率，则仅完成一次上行过程(即订购信息的汇总过程)，建立通路就总共需要81000秒，即22.5小时，传输时间需要7.5小时；若采用本发明的技术方案，则建立通路的总时间为3×30×3＝270秒，即4.5分钟，注意到上行过程中由低向高时，数据量逐渐增大，所需时间越来越多，假设从一个书店到市县级收发站(22)的传输时间为1秒，从一个市县级收发站(22)到省级收发站(21)的传输时间为10秒，(这时并不会增加30倍，因为30个小数据包汇总成大数据包时，其中许多重复内容得到了压缩；而且并非每个客户机的上行数据都能用满1秒的传输时间)。同理，由一个省级收发站(21)到全国出版信息中心(20)的传输时间为100秒，则总传输时间为30×1＋30×10＋30×100＝3330秒，即55分钟。以上是净通信时间，若考虑分拣和汇总过程，则完成一次上行过程，最佳实施例的系统仅需60分钟左右，若有遇忙重拨号，1.5小时完全足够；对于典型实施例，因为要设置安全的预留时段，总时间要多些，在2小时左右；对于现有已知的技术方案，则需要至少30小时，无法在一天时间内完成一次处理过程。由于上行过程中每个客户机的订购信息是不同的，而下行过程中的出版信息绝大多数是相同的，可以采用广播方式发送，缩短信息总传送时间。若不采取广播方式，且一个高层收发站仅能同时与一个低层收发站通信，假设接通仍需要3秒，传输需要20秒，则采用现有已知技术方案时，总时间为27000×3＋27000×20＝81000＋540000＝621000秒，即172.5小时；采用本发明的最佳实施例时，总时间为270＋(30×20＋30×20＋30×20)＝2070秒，即34.5分钟，缩短了300倍。

本领域的普通技术人员明白，在收发站计算机中接入多个调制解调器，并采用可处理多进程的操作系统，同时与多个收发站通信可以缩短总通信时间，这时，可以在不违背本发明的精神和范围的情况下，对处理过程作相应的改进。

本领域的普通技术人员明白，对于下行过程中出版信息这样的各收发站的公共数据，可以采用广播式通信，利用电话网同时向全部或部分收发站发送，可以缩短总通信时间，这时，可以在不违背本发明的精神和范围的情况下，对处理过程作相应的改进。

虽然本发明的说明性实施例已被参照附图加以详细说明了，应该明白的是，本发明不是被限制于具体的实施例，各种改变和改良能被本领域普通技术人员作出而不违背权利要求中所规定的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1、一种基于公用电话网的数据传输方法，其特征在于：

按地理分布或行政所属关系将分布式数据处理系统内的多个收发站划分为多个层次；

按层次结构，使非根非叶节点具有可以接收父节点的下行数据，进行分拣处理，向子节点分发传送，并从子节点接收上行数据，进行汇总处理，并向父节点发送的功能。

2、根据权利要求1的数据传输方法，其特征在于：

按特定的层次顺序和特定的时间顺序在上述多层次收发站间传输数据，使一次完整的上行传输过程完成后，最高层收发站将汇总全部层次的全部可接通收发站的全部相关数据；一次完整的下行传输过程完成后，全部层次的全部可接通收发站都会收到来自最高层收发站的全部与其相关的数据。

3、根据权利要求1或2的数据传输方法，其特征在于：上述传输过程是在信道空闲时段进行的。

4、根据权利要求1或2或3的数据传输方法，其特征在于：上述传输过程是自动进行的，无需人工控制。

5、根据权利要求1或2或3或4的数据传输方法，其特征在于：

由上述高层收发站向上述的低层收发站的数据传输是按由高到低的顺序进行的，即先完成从第i-1层到第i层的传输并重新分拣打包，再开始从第i层到第i＋1层的传输，依此类推，这样可保证最高层收发的数据可以在最短的时间内到达与该数据相关的全部层的全部可接通收发站；

由上述低层收发站向上述的高层收发站的数据传输是按由低到高的顺序进行的；即先完成从第i＋1层到第i层的传输并重新汇总打包再开始从第i层到i-1层的传输，依此类推，这样可保证全部层的全部可接通收发站的全部相关数据可以在最短的时间内达到最高层收发站。

6、根据权利要求1或2或3或4或5的数据传输方法，其特征在于：

将不同层的传输过程，在时间上预先分开；

从一个特定层的特定节点收发站的角度看：

对于上行传输过程，在上一时段，接收全部可接通子节点的全部上行数据包，并完成汇总处理，在下一时段，向父节点发送汇总的上行数据包；

对于下行传输过程，在上一时段，从父节点接收下行数据包，并完成分拣处理，在下一时段，向全部可接通子节点发送与其相关的下行数据包。

7、根据权利要求1或2或3或4或5的数据传输方法，其特征在于：

不对不同层的传输过程预分时段；

从一个特定层的特定节点收发站的角度看：

对于上行传输过程，一个节点收发站轮流查询其各子节点的完成状态字，以检查子节点是否完成了对其子节点的上行数据汇总过程，若某一子节点为完成状态，便接收该子节点的上行数据，直到接收完全部可接通子节点的全部上行数据，并进行汇总后，置其完成状态字，等待父节点查询；

对于下行传输过程，一个节点收发站从父节点接收下行数据包，进行分拣处理，向全部可接通子节点发送与其相关的下行数据包。

8、根据权利要求1或2或3或4或5或6或7的数据传输方法，建立分布式物资分销订购信息系统的方法，其特征在于：

通过公共电话网将库存信息从各库存网点汇总到信息中心，再分发传送到各零售网点中去，各零售网点接待用户，让用户从库存信息的目录中找到自己需要的物资，订购并付预交款，零售网点再将这些订购信息汇总传输至信息中心，分发传送到各库存网点中去。各库存网点将订购的物资发往相应的零售网点，零售网点接到物资后，通知用户已到货，用户交齐余款并取走物资，信息中心将一定的款项从零售网点结算至库存网点。

9、一种数据传输的收发站，其特征在于：

按地理分布或行政所属关系将上述分布式数据处理系统内的上述收发站分配为一定层次号及相应的地址或号码；

上述收发站具有接收汇总所属下层收发站的数据并向上层节点发送的装置；

上述收发站具有接收上层节点的数据并向各所属节点分发传送的装置。

10、根据权利要求9的收发站，其特征在于：

上述最高层收发站具有接收汇总来自于全部层的全部可接通收发站的全部相关数据的装置；

上述最高层收发站具有将上述全部相关数据进行分析综合，将经重新处理的上述数据再发送到与数据相关的全部层的全部可接通收发站的装置。

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