CN114157993B - 一种分组接力式系统网络组网方法 - Google Patents

一种分组接力式系统网络组网方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于系统网络组网应用领域，公开了一种分组接力式系统网络组网方法，包括构建分组接力式系统网络，所述分组接力式系统网络包括主设备和子设备，根据响应时间、系统资源和子设备的数量，将所有子设备分为N(N＝1，2，...i...n)级，所述主设备下辖至多M个第1级子设备，第i级子设备下辖至多M个第i+1级子设备，将任意一个第i级子设备及其下辖的所有第i+1级子设备定义为一个组，并设定该第i级子设备为组长。本发明的有益效果：采用分组接力式管理算法，对接入主设备的子设备进行多级分组，报文以多级汇总接力的方式转发到主设备，实现数据交互，有效的解决了数据延时长、丢包严重和系统容量小的问题。

Description

一种分组接力式系统网络组网方法
【技术领域】
本发明涉及系统网络组网应用领域，尤其涉及一种分组接力式系统网络组网方法。
【背景技术】
目前防盗报警及工业控制行业，子设备端到主控设备的连接方式有以下三种方式：方式一：干结点方式，通过线缆将子设备输出的开关量信号连接到主控上，主控设备通过检测电压变化判断子设备状态，这种方式存在施工成本高，承载子设备数量少，通讯距离短等问题；方式二：总线方式，通过外扩总线模块采集子设备信息，通过总线将消息发送给主控设备，这种方式基本解决了方式一各种缺点，但是存在系统布线复杂，稳定性差的缺点；方式三：网络接入方式，是近几年逐渐发展起来的一种新接入方式，由网络模块采集子设备信息，通过网络上报给主控设备，由于弱电施工时通常已经铺设有网络电缆和电源，不需要额外铺设专用电缆，因此可以进一步降低施工成本，同时网络稳定性也比总线要好，采用网络接入的方式将越来越普及。
所有的网络模块通过交换机直接与主控设备通讯实现数据交互，网络模块在收到主控的搜索广播包后，记录主控设备的IP地址并注册到主控设备，然后定期向主控设备发送心跳包和状态消息，主控设备在检测周期内未收到网络模块的消息时则判定设备离线或故障。由于成本和硬件资源需求原因，一般主控设备和网络模块均采用低端微处理器作为主控芯片，运行小型实时系统，其网络吞吐量、运算能力和存储单元资源有限。故其存在以下问题：1、数据延时长：受带宽瓶颈，为了防止数据堵塞丢失，通常采用较长的心跳周期，导致子设备离线不能被及时检测到,或数据丢包严重；2、系统容量小：由于芯片处理能力及资源限制，系统接入网络设备数量受到限制，无法满足更大系统的需求。
因此，有必要提供一种分组接力式系统网络组网方法，可以有效的解决数据延时长、丢包严重和系统容量小的问题。
【发明内容】
本发明公开了一种分组接力式系统网络组网方法，其可以有效解决背景技术中涉及的技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种分组接力式系统网络组网方法，包括如下步骤：
S1、构建分组接力式系统网络，所述分组接力式系统网络包括主设备和子设备，根据响应时间、系统资源和子设备的数量，将所有子设备分为N(N＝1，2，...i...n)级，所述主设备下辖至多M个第1级子设备，第i级子设备下辖至多M个第i+1级子设备，将任意一个第i级子设备及其下辖的所有第i+1级子设备定义为一个组，并设定该第i级子设备为组长，M为正整数；
S2、所述主设备在网路中定期组播包含其标签和IP地址的报文；
S3、任意子设备收到所述主设备的组播报文后，判断该子设备的分组状态，若未处于任何分组内，则向所述主设备发送包含其标签和IP地址的请求分组报文；
S4、所述主设备在收到请求分组报文后，检测第1级子设备的数量是否为M个，若否，则建立一个新的一级分组，任命该子设备为一级组长，并向该子设备发送分组信息；若是，则将该子设备分配到已建立的一级分组，并向该子设备回复分组未成功信息，分组未成功信息包含该一级分组的组长的标签和IP地址；
S5、若该子设备收到所述主设备发送的分组未成功信息，则向其所属的一级组长发送请求分组报文；
S6、一级组长收到请求分组报文后，检测其下辖的第2级子设备的数量是否为M个，若否，则建立一个新的二级分组，任命该子设备为该组组长，并向该子设备发送分组信息；若是，则将该子设备分配到已建立的二级分组，并向该子设备回复分组未成功信息，分组未成功信息包含该二级分组的组长的标签和IP地址；
S7、若该子设备收到其所属的一级组长发送的分组未成功信息，则向其所属的二级组长发送请求分组报文；二级组长收到请求分组报文后，检测其下辖的第3级子设备的数量是否为M个，并向该子设备回复分组信息或分组未成功信息；
S8、以此类推，直到该子设备收到分组信息后，该子设备自身标记为已分组状态，并存储分组信息；
S9、该子设备向其组长发送分组信息，组长向上一级组长发送分组信息，逐级反馈至主设备，主设备存储分组信息，该子设备的分组完成；
S10、各级的子设备定期向组长发送心跳报文和状态更新报文，由组长汇总后发送给上一级组长，并汇总至所述主设备。
作为本发明的一种优选改进：若组长在检测周期内未收到其下辖的任意子设备的报文，则向上一级组长汇报该子设备离线；若子设备在发送报文后无法收到组长应答，则越级向上一级组长发送心跳报文或状态更新报文，并重新向所述主设备发送包含其标签和IP地址的请求分组报文，再次进行新的分组。
本发明的有益效果如下：
本发明采用分组接力式管理算法，对接入主设备的子设备进行多级分组，报文以多级汇总接力的方式转发到主设备，实现数据交互；由于与主设备直连的子设备数量少，因此可以用更短的时间间隔向主设备发送报文，可以有效的解决数据延时长、丢包严重和系统容量小的问题。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明一种分组接力式系统网络的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1所示，本发明提供一种分组接力式系统网络组网方法，包括如下步骤：
S1、构建分组接力式系统网络，所述分组接力式系统网络包括主设备和子设备，根据响应时间、系统资源和子设备的数量，将所有子设备分为N(N＝1，2，...i...n)级，所述主设备下辖至多M个第1级子设备，第i级子设备下辖至多M个第i+1级子设备，将任意一个第i级子设备及其下辖的所有第i+1级子设备定义为一个组，并设定该第i级子设备为组长，M为正整数；
S2、所述主设备在网路中定期组播包含其标签和IP地址的报文；
S3、任意子设备收到所述主设备的组播报文后，判断该子设备的分组状态，若未处于任何分组内，则向所述主设备发送包含其标签和IP地址的请求分组报文；
S4、所述主设备在收到请求分组报文后，检测第1级子设备的数量是否为M个，若否，则建立一个新的一级分组，任命该子设备为一级组长，并向该子设备发送分组信息；若是，则将该子设备分配到已建立的一级分组，并向该子设备回复分组未成功信息，分组未成功信息包含该一级分组的组长的标签和IP地址；
S5、若该子设备收到所述主设备发送的分组未成功信息，则向其所属的一级组长发送请求分组报文；
S6、一级组长收到请求分组报文后，检测其下辖的第2级子设备的数量是否为M个，若否，则建立一个新的二级分组，任命该子设备为该组组长，并向该子设备发送分组信息；若是，则将该子设备分配到已建立的二级分组，并向该子设备回复分组未成功信息，所述分组未成功信息包含该二级分组的组长的标签和IP地址；
S7、若该子设备收到其所属的一级组长发送的分组未成功信息，则向其所属的二级组长发送请求分组报文；二级组长收到请求分组报文后，检测其下辖的第3级子设备的数量是否为M个，并向该子设备回复分组信息或分组未成功信息；
S8、以此类推，直到该子设备收到分组信息后，该子设备自身标记为已分组状态，并存储分组信息；
S9、该子设备向其组长发送分组信息，组长向其所属的上一级组长发送分组信息，逐级反馈至所述主设备，该子设备的分组完成；
S10、各级的子设备定期向组长发送心跳报文和状态更新报文，由组长汇总后发送给上一级组长，并汇总至所述主设备。
若组长在检测周期内未收到其下辖的子设备的报文，则向上一级组长汇报该子设备离线；若子设备在发送报文后无法收到组长应答，则越级向上一级组长发送心跳报文或状态更新报文，并重新向所述主设备发送包含其标签和IP地址的请求分组报文，再次进行新的分组。
具体的，本发明采用分组接力式管理算法，对接入主设备的子设备进行多级分组，报文以多级汇总接力的方式转发到主设备，实现数据交互。如图1所示，在满足设备响应周期的情况下，对子设备进行N级分组，将任意一个第i级子设备及其下辖的所有第i+1级子设备定义为一个组，并设定该第i级子设备为组长，第i级子设备最多下辖M个子设备。即主设备最多接入M个一级子设备，每个一级子设备最多接入M个二级子设备，每个二级子设备最多接入M个三级子设备，依次类推，每个N-1级子设备最多接入M个N级子设备，进行N级分组，形成金字塔式组网架构。N以及M的数值，由响应时间、系统资源和子设备的数量来确定。首先构建出上述架构，人工测算或通过软件计算出N和M的数值，然后依据构建的架构完成子设备和主设备的连接。
子设备采取多级级联的金字塔式架构与主设备连接，在N级结构全部接满子设备的情况下，第1级包括M个子设备，第2级包括M2个子设备，以此类推，第n级包括Mn个子设备，则接入主设备的子设备的数量一共为M(1-Mn)/1-M个。假定在满足响应周期时间段内，每个子设备发送I条报文，则报文总数为IM(1-Mn)/1-M条。通过上述N级架构，由于主设备直连的子设备为M个，则主设备处理的数据量实际为M*I条。由上可见，本发明在满足系统设计的响应时间和系统资源的前提条件下，主设备接入的子设备数量呈指数级数增长，而需要处理的报文量则呈指数级数降低。
子设备和主设备的连接过程可以理解为一个逐级分配的过程，包括下述过程：
1、子设备a收到主设备的组播报文后，检测自身是否分组，如果处于已分组状态，则不需作出反馈；如果未分组，则向主设备发送请求分组报文。2、主设备收到子设备a的请求分组报文，检测第1级子设备的数量是否为M，小于M的话，就将子设备a设定为第1级子设备，按照接入的先后顺序进行排序，并反馈给子设备a；等于M的话，就选择一个第1级子设备b，将子设备b的标签和IP地址反馈给子设备a。3、子设备a接到子设备b的标签和IP地址后，向子设备b发送请求分组报文。4、子设备b收到请求分组报文后，检测其下辖的第2级子设备的数量是否为M，小于M的话，就将子设备a设定为第2级子设备，按照接入的先后顺序进行排序，并反馈给子设备a；等于M的话，就选择一个第2级子设备c，将子设备c的标签和IP地址反馈给子设备a。5、重复步骤3和4，即子设备a接到子设备c的标签和IP地址后，向子设备c发送请求分组报文，子设备c收到请求分组报文后，检测其下辖的第3级子设备的数量是否为M，并反馈给子设备a。6、直到子设备a收到分组信息，其和主设备的连接完成，自身存储分组信息，并逐级向上汇报。
子设备a只要收到新的标签和IP地址，就向该标签和IP地址对应的子设备h发送请求分组报文，收到请求分组报文的子设备h检测自身所下辖的下一级子设备的数量是否为M，小于M的话，就将子设备a进行分组，子设备a与主设备的连接完成；等于M的话，就选择其下辖的一个子设备j，由子设备j对子设备a进行分组。逐级向下分配，由组员未满M个的那个组长，对子设备a进行分组排序。
在本实施例中，子设备和主设备的连接方式为均匀分配原则，若子设备总数为Q，子设备共分为N级，每个上级子设备最多可连接M个下级子设备，且Q＝M(1-Mn)/1-M。则第一个接入主设备的子设备被设定为第1级的第1个子设备X1，第二个接入主设备的子设备被设定为X2，依次类推，第M个接入主设备的子设备被设定为XM。因为主设备最多连接M个一级子设备，则第M+1个接入主设备的子设备被设定为X11。依次类推，第M+M2+1个接入主设备的子设备被设定为X111，而第Q个接入主设备的子设备被设定为XMM···M。
主设备在收到一级组长汇总的成员报文后即可解析出所有成员的状态，组长定期向上一级组长发送其汇总的组员和其自身的状态报文，如果自己的组长不能应答时，可以越级向更上一级组长发送报文，同时，重新请求分组。此机制采用数据接力式传输，在某个设备意外故障时，仍能快速的将消息传送到主设备。
分组式组网方式：将所有联网子设备进行多级分组，主设备只与一级子设备连接，其它子设备与其所属的上一级子设备连接，采取多级级联的金字塔式架构，使主设备可接入的子设备数量呈指数级数增长；接力式报文传递方法：子设备报文发送给分组组长，由分组组长汇总后发送给上一级组长汇总转发，直至消息发送到主设备，当任意一级组长故障时，子设备可越级上报到更上一级组长，此方法使主设备处理报文的数量呈指数级数减少，保证数据的实时性和可靠性。
作为一种实施方式，N＝2，M＝16，主设备下辖16个一级子设备，每个一级子设备下辖16个二级子设备，共272个子设备接入主设备中。
作为一种实施方式，N＝3，M＝10，主设备下辖10个一级子设备，每个一级子设备下辖10个二级子设备，每个二级子设备下辖10个三级子设备，共1110个子设备接入主设备中。
工作原理：根据响应时间、系统资源和子设备的数量，确定N和M的值，子设备通过上述方法接入主设备中。各级的子设备定期向组长发送心跳报文和状态更新报文，由组长汇总后发送给上一级组长，并汇总至所述主设备。若组长在检测周期内未收到其下辖的子设备的报文，则向上一级组长汇报该子设备离线；若子设备在发送报文后无法收到组长应答，则越级向上一级组长发送心跳报文或状态更新报文，并重新向所述主设备发送包含其标签和IP地址的请求分组报文，再次进行新的分组。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种分组接力式系统网络组网方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、构建分组接力式系统网络，所述分组接力式系统网络包括主设备和子设备，根据响应时间、系统资源和子设备的数量，将所有子设备分为N(N＝1，2，...i...n)级，所述主设备下辖至多M个第1级子设备，第i级子设备下辖至多M个第i+1级子设备，将任意一个第i级子设备及其下辖的所有第i+1级子设备定义为一个组，并设定该第i级子设备为组长，M为正整数；
S2、所述主设备在网路中定期组播包含其标签和IP地址的报文；
S3、任意子设备收到所述主设备的组播报文后，判断该子设备的分组状态，若未处于任何分组内，则向所述主设备发送包含其标签和IP地址的请求分组报文；
S4、所述主设备在收到请求分组报文后，检测第1级子设备的数量是否为M个，若否，则建立一个新的一级分组，任命该子设备为一级组长，并向该子设备发送分组信息；若是，则将该子设备分配到已建立的一级分组，并向该子设备回复分组未成功信息，分组未成功信息包含该一级分组的组长的标签和IP地址；
S5、若该子设备收到所述主设备发送的分组未成功信息，则向其所属的一级组长发送请求分组报文；
S6、一级组长收到请求分组报文后，检测其下辖的第2级子设备的数量是否为M个，若否，则建立一个新的二级分组，任命该子设备为该组组长，并向该子设备发送分组信息；若是，则将该子设备分配到已建立的二级分组，并向该子设备回复分组未成功信息，所述分组未成功信息包含该二级分组的组长的标签和IP地址；
S7、若该子设备收到其所属的一级组长发送的分组未成功信息，则向其所属的二级组长发送请求分组报文；二级组长收到请求分组报文后，检测其下辖的第3级子设备的数量是否为M个，并向该子设备回复分组信息或分组未成功信息；
S8、以此类推，直到该子设备收到分组信息后，该子设备自身标记为已分组状态，并存储分组信息；
S9、该子设备向其组长发送分组信息，组长向其所属的上一级组长发送分组信息，逐级反馈至所述主设备，该子设备的分组完成；
S10、各级的子设备定期向组长发送心跳报文和状态更新报文，由组长汇总后发送给上一级组长，并汇总至所述主设备。
2.根据权利要求1所述的一种分组接力式系统网络组网方法，其特征在于，还包括如下步骤：若组长在检测周期内未收到其下辖的子设备的报文，则向上一级组长汇报该子设备离线；若子设备在发送报文后无法收到组长应答，则越级向上一级组长发送心跳报文或状态更新报文，并重新向所述主设备发送包含其标签和IP地址的请求分组报文，再次进行新的分组。
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