基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法
2023-06-15 17:28:51
專利名稱：基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法
技術領域：
本發明涉及為智能列車自動監控系統提供一個高可靠的網絡模型來支撐，將這 些分散的設備通過網絡聯繫在一起，尤其涉及基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方 法。
背景技術：
智能列車自動監控系統系統是整個地鐵調度指揮的核心所在，調度員通過智能 列車自動監控系統系統實時的査看列車運行信息，保證整個行車組織的順序，通暢 和合理。同時根據現場的客流情況，合理的調配車輛。在某些緊急突發事件情況下， 藉助於智能列車自動監控系統系統實時的幹預列車的運行，保證運營秩序。因此， 系統需要保證在運行期內，網絡通訊不能中斷。目前基本上所有的類似系統都採用 雙網架構，保證在任何一個網絡的故障下，不會對列車自動監控系統產生影響。這 就要求通訊模塊提供一個支持冗餘的通訊方式，在發生單網故障的情況下，無縫的 切換到另一個網絡。
智能列車自動監控系統系統為了實現站場的實時信號狀態採集和對聯鎖設備 的直接控制，註定是一個龐大的分布式系統，需要很多設備來支持調度指揮中心 包括應用伺服器、資料庫伺服器、調度員工作站、通訊前置機等，集中站包括車站 伺服器，車站接口計算機等，這些設備分布在全線不同的區域。為保障系統穩定工 作，整個系統的核心應用設備都採用雙套硬體，使用雙機熱備的工作模式， 一臺設 備故障時，自動會切換到另一臺設備。這就要求通訊層能夠支持這些設備之間的聯 接和穩定通訊，同時在設備發生主備狀態改變時，能夠有效地支持這種切換，保證 設備之間通訊的自動轉換。
智能列車自動監控系統系統眾多的設備使得整個系統對通訊方式有多種要求， 包括最基本的直連設備之間的點對點通訊；設備對其他同種設備之間的廣播通訊。
除此之外，還需要對沒有直接聯接的設備，支持設備藉助於已有設備的連接關係，
實現數據包的自動接力轉發，將數據傳送到目的節點設備。
以往的列車自動監控系統實現採用基於Socket底層API維護的通訊方式，不 同的設備模型都要自己來維護的通訊，這就增加了故障點。另外，同樣的雙網通訊 採用冷備的方式，在一個網絡故障的情況下，才會切換到換到另一個網絡，導致調 度系統出現瞬間的閃斷和設備的重新初始化。另外對整個系統的轉發和廣播需要上 層邏輯層自己處理相關的封裝， 一旦系統需要添加新的要求，勢必要求修改相關的 實現。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種使用方便，安 全可靠的基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現基於雙網冗餘通用網絡模型的通
訊方法，其特徵在於，該方法包括
(1) 架設冗餘的網絡；
(2) 冗餘設備的架設；
(3) 數據的廣播；
(4) 數據的轉發；
(5) 節點模塊管理。 所述的架設冗餘的網絡採取雙網同時傳送數據的方式，其實現方式如下
a. 發送端發送端在發送數據時，在用戶數據上加上本節點標識、本節點狀 態、發送時間、接收者標識、接收者狀態、接收者的緩衝區信息，然後根據迪傑卡 斯特(dijkstm)最短路徑算法，自動計算出該數據需要到達的下一個節點，接著借 助唯一序列號算法，生成本地唯一的序列號，將該序列號編碼到數據包中，使得接 收端能夠藉助於該唯一編號，識別重複數據包，發送端在完成發送端的數據包編碼 後，將數據發送到兩個網絡中，將數據發送出去；
b. 傳輸過程中數據傳輸採用標準的TCP/IP通訊方式，實現數據的可靠傳輸; 採取在通訊過程中，加入心跳包的方式， 一旦超時，即認為通訊中斷，保證通訊的 時效性；
C.接收端接收端在接收到網絡數據的時候，首先進入數據冗餘層，查看數 據的序列號，看該數據的序列號是否已經在本地的緩衝隊列中,是否是已經處理過
的重複數據，若為是，則直接丟棄；若為否，則表示是一個來自發送端的新的數據 包，提交給上一層數據處理層；數據處理層査看數據的目的地點，若與本地的一致， 則提交給對應的處理任務；若不一致，則表示該數據包是一個轉發數據，根據當前 節點的編號和目的地節點的編號，啟動最小路徑算法，將當前數據投遞到下一節點。
所述的冗餘設備的架設是為完成同一功能的設備提供主備機熱備，當系統中某 一設備故障後，該設備的主機會自動退出系統，備機開始由備機升為主機，開始接 管所有的信息處理，這時，原先發送給故障機器的數據包就需要轉發給由備機轉換 為主機的設備；通用網絡模塊採用網絡模塊與設備工作狀態綁定的方式，當設備工 作狀態發生改變後，網絡模塊的工作狀態也會自動改變，並通知給所有的相鄰節點， 告知當前的工作狀態，再發往主機的數據包便會自動導向該節點，實現無縫的切換。
所述的數據的廣播採用在設備編碼基礎之上的靜態掩碼的方式
a. 枚舉出所有的同種類型設備；
b. 按照點對點的發送方式，將數據發送出去，通知所有的節點。 所述的節點模塊管理為採用統一的配置管理,任何配置以外的連接被設置拒絕
連入整個系統，從而從伺服器端和客戶端兩端實現限制，以保證系統的數據安全。
該模型通過類型碼和同種類型的唯一識別ID的與結果方式實現設備的編碼， 該編碼在整個系統內部是完成同一功能的唯一的標識。
相互冗餘的設備的設備編碼的區分方式為識別實時工作狀態，所述實時工作狀 態包括未知狀態、主機狀態或備機狀態，在整個網絡通訊模型中，設備功能編碼和 設備的工作狀態一起決定了當前的唯一設備。
與現有技術相比，本發明提供一個高度抽象的通用網絡模型，從而隔離了邏輯 應用層和網絡通訊層，通過序列號重複包過濾技術，保證數據通過冗餘網絡可靠傳 輸；根據網絡各個節點之間的網絡連接關係，動態計算數據轉發最小路徑，實現各 個模塊之間任意的點到點通訊；根據節點在系統中的主備狀態，實時切換節點的主 備角色，實現數據收發的自動轉換；根據系統節點配置，主動拒絕非法連接，保證 整個系統的安全訪問。
圖1是本發明通用網絡NetNode節點的系統層次圖。
具體實施例方式
如圖l所示，以北京地鐵二號線基於移動閉塞的智能列車自動監控系統(iTS) 為例，藉助於附圖的描述，對本發明具體實施方式
作詳細描述。
1、 系統設備編碼
首先按照系統中設備的類型，定義不同的類型編碼。北京地鐵二號線iTS子系 統分為如下幾種類型設備中心應用伺服器，類型編碼為0x1000;調度員工作站， 類型編碼為0x2000;運行圖工作站，類型編碼為0x3000;車站伺服器，類型編碼 為0x4000;車站服務調度伺服器，類型編碼為0x5000;車站接口計算機，類型編 碼為0x6000;通訊前置機，類型編碼為0x7000;維護接口機類型編碼為0x8000。
在這些類型中，各個設備從l開始編號，作為該類型內部的唯一設備ID。比如 調度員工作站l，就編號為0x2001，作為該設備的功能唯一編碼。
2、 設備連接關係建立
在編碼的基礎上，根據項目的IP位址規劃表，建立起設備的設備編碼和設備 IP位址之間的聯繫，並註明每一個設備的名稱，便於維護和管理。在此基礎之上，
藉助於配置生成工具，該工具根據iTS系統的設備內在的連接關係，自動生成網絡 模塊的配置文件，經檢驗無誤後，就可以投入使用。也可以手工編寫該配置文件。
3、 用戶層對網絡節點模型的調用
用戶層在使用網絡節點模型時，通過INetNode接口的StartNetNode來啟動網 絡節點，網絡節點模塊將會根據配置文件，建立所有的Socket連接和更新所有節 點的狀態。用戶層使用INetNode的SendMessage接口來發送消息，通過 BroadcastMessage來廣播一條消息。用戶層使用INetNode的RegisterQueue來注 冊消息隊列，接收屬於自己的消息。當用戶層不再需要接收來自網絡的消息時，通 過使用INetNode的RemoveQueue來去除緩衝隊列的註冊。對於網絡事件感興趣 的用戶可以藉助於RegisterEventQueue和RemoveEventQueue來訂閱或取消訂閱 關於網絡的事件。在程序結束的地方，通過調用INetNode接口的ShutdownNode， 來關閉所有的連接，釋放所有的資源，完成了一次網絡節點模型的使用生命周期。
權利要求
1. 基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法，其特徵在於，該方法包括(1)架設冗餘的網絡；(2)冗餘設備的架設；(3)數據的廣播；(4)數據的轉發；(5)節點模塊管理。
2. 根據權利要求1所述的基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法，其特徵在 於，所述的架設冗餘的網絡採取雙網同時傳送數據的方式，其實現方式如下-a. 發送端發送端在發送數據時，在用戶數據上加上本節點標識、本節點狀 態、發送時間、接收者標識、接收者狀態、接收者的緩衝區信息，然後根據迪傑卡 斯特最短路徑算法，自動計算出該數據需要到達的下一個節點，接著藉助唯一序列 號算法，生成本地唯一的序列號，將該序列號編碼到數據包中，使得接收端能夠借 助於該唯一編號，識別重複數據包，發送端在完成發送端的數據包編碼後，將數據 發送到兩個網絡中，將數據發送出去；b. 傳輸過程中數據傳輸採用標準的TCP/IP通訊方式，實現數據的可靠傳輸; 採取在通訊過程中，加入心跳包的方式， 一旦超時，即認為通訊中斷，保證通訊的 時效性；C.接收端接收端在接收到網絡數據的時候，首先進入數據冗餘層，査看數 據的序列號，看該數據的序列號是否已經在本地的緩衝隊列中，是否是已經處理過 的重複數據，若為是，則直接丟棄；若為否，則表示是一個來自發送端的新的數據 包，提交給上一層數據處理層；數據處理層查看數據的目的地點，若與本地的一致， 則提交給對應的處理任務；若不一致，則表示該數據包是一個轉發數據，根據當前 節點的編號和目的地節點的編號，啟動最小路徑算法，將當前數據投遞到下一節點。
3.根據權利要求1所述的基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法，其特徵在 於，所述的冗餘設備的架設是為完成同一功能的設備提供主備機熱備，當系統中某 一設備故障後，該設備的主機會自動退出系統，備機開始由備機升為主機，開始接 管所有的信息處理，這時，原先發送給故障機器的數據包就需要轉發給由備機轉換 為主機的設備；通用網絡模塊採用網絡模塊與設備工作狀態綁定的方式，當設備工 作狀態發生改變後，網絡模塊的工作狀態也會自動改變，並通知給所有的相鄰節點， 告知當前的工作狀態，再發往主機的數據包便會自動導向該節點，實現無縫的切換。
4. 根據權利要求1所述的基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法，其特徵在 於，所述的數據的廣播採用在設備編碼基礎之上的靜態掩碼的方式a. 枚舉出所有的同種類型設備；b. 按照點對點的發送方式，將數據發送出去，通知所有的節點。
5. 根據權利要求1所述的基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法，其特徵在 於，所述的節點模塊管理為採用統一的配置管理，任何配置以外的連接被設置拒絕 連入整個系統，從而從伺服器端和客戶端兩端實現限制，以保證系統的數據安全。
6. 根據權利要求1所述的基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法，其特徵在 於，該模型通過類型碼和同種類型的唯一識別ID的與結果方式實現設備的編碼， 該編碼在整個系統內部是完成同一功能的唯一的標識。
7. 根據權利要求6所述的基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法，其特徵在 於，相互冗餘的設備的設備編碼的區分方式為識別實時工作狀態，所述實時工作狀 態包括未知狀態、主機狀態或備機狀態，在整個網絡通訊模型中，設備功能編碼和 設備的工作狀態一起決定了當前的唯一設備。
全文摘要
本發明涉及基於雙網冗餘通用網絡模型的通訊方法，該方法包括架設冗餘的網絡；冗餘設備的架設；數據的廣播；數據的轉發；節點模塊管理。與現有技術相比，本發明提供一個高度抽象的通用網絡模型，從而隔離了邏輯應用層和網絡通訊層，通過序列號重複包過濾技術，保證數據通過冗餘網絡可靠傳輸；根據網絡各個節點之間的網絡連接關係，動態計算數據轉發最小路徑，實現各個模塊之間任意的點到點通訊；根據節點在系統中的主備狀態，實時切換節點的主備角色，實現數據收發的自動轉換；根據系統節點配置，主動拒絕非法連接，保證整個系統的安全訪問。
文檔編號B61L27/00GK101378334SQ200810200490
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月25日 優先權日2008年9月25日
發明者周公建 申請人:卡斯柯信號有限公司