首页 / 专利库 / 家用器具 / 定时器 / 一种总线型网络负载自适应通信方法

一种总线型网络负载自适应通信方法

阅读:1064发布:2020-05-26

专利汇可以提供一种总线型网络负载自适应通信方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种总线型网络负载自适应通信方法,实现负载自适应调度。本方法通过网络 节点 产生的MAC 帧 中的模式标识位A与令牌标识位B及相应的计数器和相关寄存器,实现模式切换与总线轮询。本方法可使网络终端在高网络负载下处于CSMA/CD模式、在低负载下处于“虚令牌”模式,使网络可以在高网络负载下保持高吞吐量而在低网络负载下保持高利用率。本方法中的模式信息与令牌信息隐藏于标识位中,不需要在总线中传输专用信息帧。采用本方法的系统在关键MAC帧丢失后不会出现死 锁 ,同时也克服了当前单一总线型调度 算法 在高负载下冲突率高以及低负载下利用率低的问题。“虚令牌”模式下数据调度方法解决了现有令牌环技术中令牌帧丢失出现的网络错误问题。,下面是一种总线型网络负载自适应通信方法专利的具体信息内容。

1.一种总线型网络负载自适应通信方法,包括CSMA/CD模式以及虚令牌模式两种通信模式,其特征在于:所述通信方法具体步骤如下:
第一步,初始化:在MAC头设置模式标志位A和令牌标志位B以及所述模式标志位A和令牌标志位B的初始值,控制所述总线型网络按照CSMA/CD模式工作,并跳转至第二步;
第二步,判断总线型网络负载状况:所述总线型网络中的每一个节点在按照CSMA/CD模式通信时,每个节点分别对本节点发送MAC帧时出现冲突的次数进行统计,若出现冲突的次数到达t次,则跳转至第三步;否则,保持所述总线型网络按照第二步所述方法继续工作;
第三步,进入虚令牌模式:控制所述模式标志位A跳转至与初始值相反的状态,控制所述总线型网络中的每一个节点均按照虚令牌模式通讯,并且,所述每个节点在每次获得虚令牌时均重设本节点的第一负载计数器a与第二负载计数器b,所述负载计数器内数据依据网络负载状况进行跳变,若负载计数器内数据满足低负载条件,则跳转至第一步;否则,保持所述总线型网络按照第三步所述方法继续工作;
其中,第三步中,所述每个节点在每次获得虚令牌时均重设本节点的第一负载计数器a为令牌定时时间Ttoken,同时重设本节点的第二负载计数器b为负载计数器当前值加1;所述第一负载计数器a内数据依据网络负载状况进行跳变的方式为,所述第一负载计数器a内数据由本节点时钟控制由令牌定时时间Ttoken开始每一时钟周期递减1,所述第二负载计数器b内数据依据网络负载状况进行跳变的方式为,所述第二负载计数器b内数据依据本节点获得虚令牌次数进行计数;所述低负载条件为所述第一负载计数器a未递减至0或所述第二负载计数器b递增至临界值m。
2.如权利要求1所述的总线型网络负载自适应通信方法,其特征在于,第一步中,在MAC帧头设置模式标志位A和令牌标志位B的具体步骤如下:
若所述MAC帧头中存在2个以上保留位,则将2个所述保留位分别设置为模式标志位A和令牌标志位B;若所述MAC帧头中存在1个保留位,则将所述保留位设置为模式标志位A或令牌标志位B中的一个,并相应在所述MAC帧头添加一位令牌标志位B或模式标志位A;否则,在所述MAC帧头添加模式标志位A和令牌标志位B。
3.如权利要求1或2所述的总线型网络负载自适应通信方法,其特征在于,第三步中,所述虚令牌模式下,所述总线型网络的工作方式为:获得令牌的网络节点,若缓存中有数据待发,则将待发数据封装形成的MAC帧中的令牌标识位B标识为有数据待发状态并发送数据;
若无数据待发,则发送1个令牌标识位B标识为无数据待发状态的MAC帧,未获得令牌的网络节点不发送数据;各网络节点同时进行载波侦听以及冲突检测,在判断发生数据冲突时执行截断二进制指数退避算法
所述节点获得令牌的方式有两种:当节点由CSMA/CD模式进入虚令牌模式时,该节点获得令牌;当节点收到其前驱节点发送的模式标识位A为初值相反状态、令牌标识位B标识为无数据待发状态的MAC帧时,该节点获得令牌。
4.如权利要求1所述的总线型网络负载自适应通信方法,其特征在于,所述令牌定时时间Ttoken为R比特时间。
5.如权利要求1至4任一所述的总线型网络负载自适应通信方法,其特征在于,所述第三步中,若负载计数器内数据不满足低负载条件,在保持所述总线型网络按照第三步所述方法继续工作的同时还进行如下步骤:
所述每个节点先判断本节点是否在死判定限Tb时间内收到有效MAC帧,若未在在死锁判定门限Tb时间内未收到有效MAC帧且未检测到数据冲突,则判断所述总线型网络出现死锁,跳转至第一步;若判断所述总线型网络未出现死锁,则保持所述总线型网络按照第三步所述方法继续工作。
6.如权利要求1所述的总线型网络负载自适应通信方法,其特征在于,所述第一步中,控制所述总线型网络按照CSMA/CD模式工作的方法如下:当所述总线型网络中的一个节点将所述MAC帧头的模式标志位A设置为初始值时,所有接收到该MAC帧头的节点均将自身的工作模式切换为CSMA/CD模式;
所述第三步中,控制所述总线型网络中的每一个节点均按照虚令牌模式通讯的方法如下:当所述总线型网络中的一个节点将所述MAC帧头的模式标志位A设置为与初始值相反时,所有接收到该MAC帧头的节点均将自身的工作模式切换为虚令牌模式。
7.一种使用权利要求1所述的总线型网络负载自适应通信方法的总线型网络,包括两个以上节点,所述各节点之间通过总线互联,其特征在于,所述每一个节点内均设有冲突次数计数器、负载计数器、死锁判定装置;
所述冲突次数计数器用于在本节点发送MAC帧头出现冲突时统计出现冲突的计数;
所述负载计数器依据网络负载状况进行跳变,用于判断所述总线型网络是否需要通过CSMA/CD模式进行通信;
所述死锁判定装置包括定时时间设定为死锁判定门限Tb的定时器、冲突检测模和判断模块,所述定时器和所述冲突检测模块的输出端均连接至所述判断模块的输入端,所述判断模块在死锁判定门限Tb时间内未收到有效MAC帧头且未检测到数据冲突时判断出现死锁。

说明书全文

一种总线型网络负载自适应通信方法

技术领域

[0001] 本发明涉及数据通信领域,尤其是一种总线型网络负载自适通信方法。

背景技术

[0002] 总线是数据通信中最早采用的网络拓扑结构之一。总线结构中,多个网络节点与同一根总线相连,采用时分复用的形式进行数据传输,送往总线的数据可以被总线上所有的网络节点接收,网络节点接收后根据MAC中目的地址判断是否接收数据。总线结构被广泛应用于芯片级、印制电路板级系统通信,也常应用于工业现场总线与局域网结构中,具有结构简单,稳定性好的特点。
[0003] 总线结构的数据调度常采用CDMA/CD、令牌总线等方式。CSMA/CD方式采用载波侦听、冲突检测方式,实现了总线结构的多址接入,具有低负载下低时延、高吞吐率的特性,然而这种方式,在高负载下网络性能急剧下降。令牌总线方式采用称为“令牌”的特殊MAC帧在总线上依序传递,取得“令牌”的网络节点才可发送数据,具有网络最大时延收敛的特性,在高负载下时延、吞吐率等网络性能较好,但由于“令牌”传输需要占用带宽,在低负载情况下网络利用率较低。
[0004] 本发明针对两种常用总线数据通信方法各自的弊端,将两种常用的总线数据调度方式进行组合,同时解决了CSMA/CD总线在高负载下网络性能不佳,令牌总线在低负载下网络利用率低的问题。本发明中设计的网络负载自适应通信方法可以自适应地在不同负载条件下采用不同的数据调度方法,实现较低时延与较高吞吐率的数据传输且具有良好的稳定性,可以为采用总线型网络节点设备的数据调度提供技术参考。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种总线型网络负载自适应通信方法,包括CSMA/CD模式以及虚令牌模式两种通信模式,其特征在于:所述通信方法具体步骤如下:
[0006] 第一步,初始化:在MAC帧头设置模式标志位A和令牌标志位B以及所述模式标志位A和令牌标志位B的初始值,控制所述总线型网络按照CSMA/CD模式工作,并跳转至第二步;
[0007] 第二步,判断总线型网络负载状况:所述总线型网络中的每一个节点在按照CSMA/CD模式通信时,每个节点分别对本节点发送MAC帧时出现冲突的次数进行统计,若出现冲突的次数到达t次,则跳转至第三步;否则,保持所述总线型网络按照第二步所述方法继续工作;
[0008] 第三步,进入虚令牌模式:控制所述模式标志位A跳转至与初始值相反的状态,控制所述总线型网络中的每一个节点均按照虚令牌模式通讯,并且,所述每个节点在每次获得虚令牌时均重设本节点的第一负载计数器a与第二负载计数器b,所述负载计数器内数据依据网络负载状况进行跳变,若负载计数器内数据满足低负载条件,则跳转至第一步;否则,保持所述总线型网络按照第三步所述方法继续工作。
[0009] 所述模式标志位A和令牌标志位B的初始值均为0。所述控制模式标志位A跳转至与初始值相反的状态是指控制模式标志位A跳转为1。CSMA/CD模式下的模式标志位为0,虚令牌模式下的模式标志位为1
[0010] 所述CSMA/CD模式下,所述总线型网络的工作方式为:网络节点发送的MAC帧中的模式标识位A与令牌标识位B均置0,网络节点对总线进行载波侦听,若总线上有数据正在传输,等待总线上数据传输结束,等待最小帧间间隔IFGm时间后向空闲总线发送数据,若总线上无数据传输,则等待最小帧间间隔IFGm时间后向空闲总线发送待传输数据;某网络节点发送数据时,同时检测发送数据是否发生数据冲突,若发生数据冲突,则发送阻塞信息,强化冲突信号后停止发送数据,其后,根据截断二进制指数退避算法确定退避时间Td,等待时间Td后,重新对总线进行载波侦听动作。
[0011] 所述第三步中,在虚令牌模式下,所述总线型网络的工作方式为:获得令牌的网络节点,若缓存中有数据待发,则将待发数据封装形成的MAC帧中的令牌标识位B标识为有数据待发状态并发送数据;若无数据待发,则发送1个令牌标识位B标识为无数据待发状态的MAC帧,未获得令牌的网络节点不发送数据;各网络节点同时进行载波侦听以及冲突检测,在判断发生数据冲突时执行截断二进制指数退避算法;
[0012] 所述节点获得令牌的方式有两种:当节点由CSMA/CD模式进入虚令牌模式时,该节点获得令牌;当节点收到其前驱节点发送的模式标识位A为初值相反状态、令牌标识位B标识为无数据待发状态的MAC帧时,该节点获得令牌。
[0013] 具体的,所述虚令牌模式下,所述总线型网络的工作方式为:网络节点发送的MAC帧中的模式标识位A均置1,获得令牌的网络节点,若缓存中有数据待发,待发数据封装形成的MAC帧中的令牌标识位B置1并发送数据,若无数据待发,则发送1个令牌标识位B置0的MAC帧,未获得令牌的网络节点不发送数据;网络节点执行载波侦听与冲突检测动作,若发生数据冲突,执行截断二进制指数退避算法;记令牌定时时间Ttoken为R比特时间,网络节点每次获得令牌时,将本节点的第一负载计数器a的值重置为令牌定时时间Ttoken,第二负载计数器b的值加1(在第一步中,第一负载计数器a与第二负载计数器b值初始化为0),第一负载计数器a值在网络节点处于“虚令牌”模式时,不断递减至0停止。
[0014] 进一步的,为节省MAC帧的长度,所述第一步中,在MAC帧头设置模式标志位A和令牌标志位B的具体步骤如下:
[0015] 若所述MAC帧头中存在2个以上保留位,则将2个所述保留位分别设置为模式标志位A和令牌标志位B;若所述MAC帧头中存在1个保留位,则将所述保留位设置为模式标志位A或令牌标志位B中的一个,并相应在所述MAC帧头添加一位令牌标志位B或模式标志位A;否则,在所述MAC帧头添加模式标志位A和令牌标志位B。
[0016] 进一步的,本发明同时提供两种并列的用于判断所述总线型网络是否需要通过CSMA/CD模式进行通信的方法。
[0017] 其中一种为:在所述第三步中,所述每个节点在每次获得虚令牌时均重设本节点的第一负载计数器a为令牌定时时间Ttoken;所述第一负载计数器a内数据依据网络负载状况进行跳变的方式为,所述第一负载计数器a内数据由本节点时钟控制由令牌定时时间Ttoken开始每一时钟周期递减1;所述低负载条件为所述第一负载计数器a未递减至0。即,所述每个节点在每次获得虚令牌时均重设本节点的第一负载计数器a的值为令牌定时时间Ttoken,并由本节点时钟控制所述第一负载计数器a在每次重设后均从令牌定时时间Ttoken开始每经过一个时钟周期递减1,当所述第一负载计数器a递减至0时判断为满足低负载条件,跳转至第一步。这里所述的令牌定时时间Ttoken为R比特时间。其中,R的取值与总线型网络中网络终端的数量、网络终端中数据发送缓冲区大小有关,一般地,R的取值范围为总线型网络中网络终端的数量与络终端中数据发送缓冲区大小乘积的1/10至1/2。
[0018] 另一种为:在所述第三步中,所述每个节点在每次获得虚令牌时均重设本节点的第二负载计数器b为第二负载计数器b当前值加1;所述第二负载计数器b内数据依据网络负载状况进行跳变的方式为,所述第二负载计数器b内数据依据本节点获得虚令牌次数进行计数;所述低负载条件为所述第二负载计数器b递增至临界值m,一般地,根据网络突发流量,m的取值范围为1至10。即,所述每个节点在每次获得虚令牌时均将本节点的第二负载计数器b中的数值加1(即记录本节点获得虚令牌次数)当所述第二负载计数器b递增至m时判断为满足低负载条件,跳转至第一步。
[0019] 进一步的,也可以将上述两种方法组合起来,综合判断所述总线型网络是否需要通过CSMA/CD模式进行通信。具体判断方法为:
[0020] 在所述第三步中,所述每个节点在每次获得虚令牌时均重设本节点的第一负载计数器a为令牌定时时间Ttoken,同时重设本节点的第二负载计数器b为负载计数器当前值加1;所述第一负载计数器a内数据依据网络负载状况进行跳变的方式为,所述第一负载计数器a内数据由本节点时钟控制由令牌定时时间Ttoken开始每一时钟周期递减1,所述第二负载计数器b内数据依据网络负载状况进行跳变的方式为,所述第二负载计数器b内数据依据本节点获得虚令牌次数进行计数;所述低负载条件为所述第一负载计数器a未递减至0或所述第二负载计数器b递增至临界值m。
[0021] 进一步的,为防止所述总线型网络出现死,在所述第三步中,若负载计数器内数据不满足低负载条件,在保持所述总线型网络按照第三步所述方法继续工作的同时还进行如下步骤:
[0022] 所述每个节点先判断本节点是否在死锁判定限Tb时间内收到有效MAC帧头,若未在在死锁判定门限Tb时间内未收到有效MAC帧头且未检测到数据冲突,则判断所述总线型网络出现死锁,跳转至第一步;否则,判断所述总线型网络未出现死锁,则保持所述总线型网络按照第三步所述方法继续工作。
[0023] 进一步的,为保证所述总线型网络中每个节点的工作模式统一,本发明在所述第一步中,控制所述总线型网络按照CSMA/CD模式工作的方法如下:当所述总线型网络中的一个节点将所述MAC帧头的模式标志位A设置为初始值时,所有接收到该MAC帧头的节点均将自身的工作模式切换为CSMA/CD模式。
[0024] 同样的,在所述第三步中,控制所述总线型网络中的每一个节点均按照虚令牌模式通讯的方法如下:当所述总线型网络中的一个节点将所述MAC帧头的模式标志位A设置为与初始值相反时,所有接收到该MAC帧头的节点均将自身的工作模式切换为虚令牌模式。
[0025] 为了解决现有技术存在的不足,本发明还同时提供一种使用上述通信方法的总线型网络,所述总线型网络包括两个以上节点,所述各节点之间通过总线互联,其特征在于,所述每一个节点内均设有冲突次数计数器、负载计数器、死锁判定装置;
[0026] 所述冲突次数计数器用于在本节点发送MAC帧头出现冲突时统计出现冲突的计数;
[0027] 所述负载计数器依据网络负载状况进行跳变,用于判断所述总线型网络是否需要通过CSMA/CD模式进行通信;所述负载计数器包括第一负载计数器a和第二负载计数器b。
[0028] 所述死锁判定装置包括定时时间设定为死锁判定门限Tb的定时器、冲突检测模和判断模块,所述定时器和所述冲突检测模块的输出端均连接至所述判断模块的输入端,所述判断模块在死锁判定门限Tb时间内未收到有效MAC帧头且未检测到数据冲突时判断出现死锁。
[0029] 有益效果
[0030] 1.总线型网络数据调度算法的思想基于时分复用,具体可分为竞争总线方式与轮询总线方式两种,代表算法分别为CSMA/CD与令牌环(令牌总线),但竞争总线方式在高负载下网络竞争概率激增,会导致网络吞吐量急剧下降,轮询总线方式在低负载下仍需通过特殊信息帧轮询总线上的网络节点,导致网络利用率降低。本发明采用网络负载自适应通信方法,具体通过设置模式标志位A以及负载计数器,使网络节点在低负载下工作于竞争总线方式(CSMA/CD模式),在高负载下工作于轮询总线方式(“虚令牌”模式),同时规避了竞争总线方式与轮询总线方式两种调度算法的缺点,使总线型网络在低负载时保持高效且高负载时可维持较高吞吐量。
[0031] 2.本发明的网络负载自适应通信方法中,基于设计的算法,还利用网络节点产生的MAC帧中的模式标识位A、令牌标识位B及相应的计数器和寄存器(负载计数器与令牌定时时间Ttoken等),实现模式切换与总线轮询的功能,模式信息与令牌信息隐藏于标识位中,不需要在总线中传输专用信息帧。而且,本方法通过设置死锁判定门限Tb在“虚令牌”模式下的关键MAC帧(实现“虚令牌”传递时标志位B置“0”的MAC帧)丢失后,经过Tb比特时间的判断检测,实现总线无MAC帧传输时网络终端自动切换至CSMA/CD模式,确保系统不会出现死锁;对比现行的令牌总线算法中需要专门的“令牌”帧,该设计避免了“令牌”帧丢失后导致的网络死锁问题,增强了数据调度过程中的可靠性。
[0032] 3.本发明的网络负载自适应通信方法中,各网络终端不需要全网当前总负载的先验信息即可估计当前的网络负载状况,进而进行CSMA/CD模式与“虚令牌”模式间的切换:对于处于CSMA/CD模式的网络终端,当某待发送MAC帧的累计冲突次数不小于t次时,即表示网络处于重负载情况,需要切换进入“虚令牌”模式以维持网络高吞吐量,此时网络终端切换进入“虚令牌”模式;对于处于“虚令牌”模式的网络终端,当其获得令牌时第一负载计数器a值已递减至0,即表示网络仍处于重负载情况,需要保持“虚令牌”模式以继续维持高吞吐量,此时网络终端保持“虚令牌”模式,当其获得令牌时第一负载计数器a值未递减至0,即表示网络已处于轻负载情况,需要切换进入CSMA/CD模式以提高网络利用效率,此时网络终端切换进入CSMA/CD模式。对于已知网络负载具有突发特性的总线型网络,可以认为第二负载计数器b递增至临界值m时,突发的网络负载已处理完成,故可利用令牌计数器b进行由“虚令牌”模式向CSMA/CD模式的切换。
[0033] 4.同时,由于本申请将总线型网络的初始工作状态默认设置为CSMA/CD模式,该模式下由于不需要考虑令牌传递顺序,更加利于动态添加网络终端。这种方式同时也降低了总线型网络添加网络节点的复杂程度。本方法中,网络可以选择在CSMA/CD模式下添加节点,在需要时再转入虚令牌模式。这种方式算法更为简单,实现更为容易。
[0034] 5.本发明适用范围广,所有总线型结构的数据通信网络均可采用本发明中设计的算法,特别是具有网络流量突发特性总线型网络,而近期发展迅速的数据中心网络正具有该流量特性,且该算法对硬件资源要求较少,仅在MAC帧中添加A、B两个标识位并实现相应的数字逻辑即可实现该算法,不需额外增加网络设备。
[0035] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。附图说明
[0036] 附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,并与本发明的实施例一起,用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0037] 图1为本发明中网络负载自适应通信方法适用的网络结构图;
[0038] 图2为本发明中CSMA/CD模式调度方法流程图
[0039] 图3为本发明中“虚令牌”模式调度方法流程图;
[0040] 图4为本发明中CSMA/CD模式与“虚令牌”模式切换方法流程图之一;
[0041] 图5为本发明中CSMA/CD模式与“虚令牌”模式切换方法流程图之二;
[0042] 图6为总线型网络负载自适应通信方法应用方案实例;
[0043] 图7为综合两种模式切换方法的流程图。

具体实施方式

[0044] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
[0045] 图1为本发明中网络负载自适应通信方法适用的网络结构图。
[0046] 图2为本发明中CSMA/CD模式调度算法流程图,结合图2说明CSMA/CD模式下的调度算法如下。
[0047] 网络节点处于所述的CSMA/CD模式时,网络节点发送的MAC帧中的模式标识位A与令牌标识位B均置0,网络节点对总线进行载波侦听,若总线上有数据正在传输,等待总线上数据传输结束,等待最小帧间间隔IFGm时间后向空闲总线发送数据,若总线上无数据传输,则等待最小帧间间隔IFGm时间后向空闲总线发送待传输数据;某网络节点发送数据时,同时检测发送数据是否发生数据冲突,若发生数据冲突,则发送阻塞信息,强化冲突信号后停止发送数据,其后,根据截断二进制指数退避算法确定退避时间Td,等待时间Td后,重新对总线进行载波侦听动作。
[0048] 截断二进制指数退避算法中退避时间Td的计算方法为:取n等于0至2k-1之间的随机数,其中k为正整数,当k不大于10时,k为所述某网络节点发送某MAC帧时发生冲突的累计次数,当累计冲突次数大于10时,k等于10;退避时间Td等于B0比特时间乘以n,B0取值一般为最短MAC帧长度。
[0049] 图3为本发明中“虚令牌”模式调度算法流程图,结合图3说明“虚令牌”模式下的调度算法如下。
[0050] 网络节点处于所述的“虚令牌”模式时,网络节点发送的MAC帧中的模式标识位A均置1,获得令牌的网络节点,若缓存中有数据待发,待发数据封装形成的MAC帧中的令牌标识位B置1并发送数据,若无数据待发,则发送1个令牌标识位B置0的MAC帧,未获得令牌的网络节点不发送数据;网络节点执行载波侦听与冲突检测动作,若发生数据冲突,执行截断二进制指数退避算法并置k恒等于1;记令牌定时时间Ttoken为R比特时间(R的取值与总线型网络中网络终端的数量、网络终端中数据发送缓冲区大小有关,一般地,R的取值范围为总线型网络中网络终端的数量与络终端中数据发送缓冲区大小乘积的1/10至1/2),网络节点每次获得令牌时,将本节点的第一负载计数器a重置位令牌定时时间Ttoken,第二负载计数器b的值加1。第一负载计数器a与第二负载计数器b在第一步中初始化为0,第一负载计数器a在网络节点处于“虚令牌”模式时,不断递减至0停止。
[0051] 网络节点获得令牌的方式有两种:网络节点由CSMA/CD模式进入虚令牌模式时,该网络节点获得令牌;当某网络节点收到其前驱网络节点发送的模式标识位A置1、令牌标识位B置0的MAC帧时,该网络节点获得令牌。
[0052] 某网络节点的前驱网络节点的确定方式为:网络节点在CSMA/CD模式下与“虚令牌”模式下接收到其余网络节点的MAC帧后,将该MAC帧的源地址录入地址表并设置老化时间Tage,Tage时间后删除该地址,若地址表中已有该地址,重置老化时间为Tage;将本机MAC地址与地址表中所有MAC地址作差,所得差值为正且最小的地址表内MAC地址所对应的网络节点为本节点的前驱网络节点,若所有差值均为负数,则地址表内最大MAC地址所对应的网络节点为本节点的前驱网络节点。
[0053] 图4与图5为本发明中CSMA/CD模式与“虚令牌”模式切换算法流程图,结合图4与图5说明CSMA/CD模式与“虚令牌”模式切换算法流程。
[0054] 网络节点发送的MAC帧中,模式标识位A置0表明该网络节点处于CSMA/CD模式,模式标识位A置1表明该节点处于“虚令牌”模式。网络节点的模式标识位A初始化值为0;当处于CSMA/CD模式的某网络节点发送某MAC帧时发生冲突的累计次数不小于t次时,该网络节点发送的MAC帧模式标识位A置1,进入“虚令牌”模式,该MAC帧成功发送后,接收到该模式标识位A置1的MAC帧的所有网络节点将模式标识位A置1,令牌标识位B置0,进入“虚令牌”模式。存在两种方式使处于“虚令牌”模式的网络切换至CSMA/CD模式:其一,当获得令牌的网络节点的第二负载计数器b计数到达临界值m时,m为正整数,该网络节点发送的MAC帧模式标识位A置0、令牌标识位B置0,进入CSMA/CD模式,接收到该模式标识位A置0的MAC帧的所有网络节点将模式标识位A置0,进入CSMA/CD模式;其二,当获得令牌的网络节点的第一负载计数器a值等于0时,该网络节点发送的MAC帧模式标识位A置0、令牌标识位B置0,进入CSMA/CD模式,接收到该模式标识位A置0的MAC帧的所有网络节点将模式标识位A置0,进入CSMA/CD模式。处于“虚令牌”模式的网络节点在死锁判定门限Tb比特时间内未接受到有效MAC帧且未检测到数据冲突,该网络节点发送的MAC帧模式标识位A置0、令牌标识位B置0,进入CSMA/CD模式。
[0055] 案例说明:
[0056] 图6为总线型网络负载自适应通信方法应用方案实例,16台台式电脑通过集线器连接成为总线型局域网,各台式电脑可以产生并识别具有模式标识位A与令牌标识位B的MAC帧,使台式电脑在CSMA/CD模式与“虚令牌”模式两种模式下切换,实现网络负载调度功能;具有模式标识位A与令牌标识位B的MAC帧可通过以下两种方式,或者将两种方式相结合产生:在MAC帧头中添加模式标识位A与令牌标识位B,该方式会增加MAC帧长度;利用MAC帧头中的保留位(如果有),将MAC帧头中的2位保留位分别定义为模式标识位A与令牌标识位B,该方式不增加MAC帧长度。
[0057] CSMA/CD模式下调度算法如图2所示,台式电脑发送的MAC帧中的模式标识位A与令牌标识位B均置0,台式电脑对总线进行载波侦听,若总线上有数据正在传输,等待总线上数据传输结束,等待最小帧间间隔96比特时间后向空闲总线发送数据,若总线上无数据传输,则等待最小帧间间隔96比特时间后向空闲总线发送待传输数据;某台式电脑发送数据时,同时检测发送数据是否发生数据冲突,若发生数据冲突,则发送阻塞信息,强化冲突信号后停止发送数据,其后,根据截断二进制指数退避算法确定退避时间Td,等待时间Td后,重新对总线进行载波侦听动作。
[0058] 截断二进制指数退避算法中退避时间Td的计算方法为:取n等于0至2k-1之间的随机数,其中k为正整数,当k不大于10时,k为所述某台式电脑发送某MAC帧时发生冲突的累计次数,当累计冲突次数大于10时,k等于10;退避时间Td等于512比特时间乘以n。
[0059] “虚令牌”模式下调度算法如图3所示,台式电脑发送的MAC帧中的模式标识位A均置1,获得令牌的台式电脑,若缓存中有数据待发,待发数据封装形成的MAC帧中的令牌标识位B置1并发送数据,若无数据待发,则发送1个令牌标识位B置0的MAC帧,未获得令牌的台式电脑不发送数据;台式电脑执行载波侦听与冲突检测动作,若发生数据冲突,执行截断二进制指数退避算法并置k恒等于1;台式电脑每次获得令牌时,将本节点的第二负载计数器b加1,第一负载计数器a值重置为1010比特时间,第一负载计数器a与第二负载计数器b值初始化为0,第一负载计数器a在台式电脑处于“虚令牌”模式时,不断递减至0停止。
[0060] 台式电脑获得令牌的方式有两种:当台式电脑发送某MAC帧时发生冲突的累计次数不小于3次时;当某台式电脑收到其前驱台式电脑发送的模式标识位A置1、令牌标识位B置0的MAC帧时,该台式电脑获得令牌。
[0061] 某台式电脑的前驱台式电脑的确定方式为:台式电脑在CSMA/CD模式下与“虚令牌”模式下接收到其余台式电脑的MAC帧后,将该MAC帧的源地址录入地址表并设置老化时间Tage等于10分钟,Tage时间后删除该地址,若地址表中已有该地址,重置老化时间为Tage为10分钟;将本机MAC地址与地址表中所有MAC地址作差,所得差值为正且最小的地址表内MAC地址所对应的台式电脑为本节点的前驱台式电脑,若所有差值均为负数,则地址表内最大MAC地址所对应的台式电脑为本节点的前驱台式电脑。
[0062] CSMA/CD模式与“虚令牌”模式切换算法如图4至图7所示,台式电脑的模式标识位A初始化值为0。当处于CSMA/CD模式的某台式电脑发送某MAC帧时发生冲突的累计次数不小于t次时,该台式电脑发送的MAC帧模式标识位A置1,进入“虚令牌”模式,该MAC帧成功发送后,接收到该模式标识位A置1的MAC帧的所有台式电脑将模式标识位A置1,令牌标识位B置0,进入“虚令牌”模式。存在两种方式使处于“虚令牌”模式的各网络终端切换至CSMA/CD模式:其一,当获得令牌的台式电脑的第二负载计数器b等于m时,m为正整数,该台式电脑发送的MAC帧模式标识位A置0、令牌标识位B置0,进入CSMA/CD模式,接收到该模式标识位A置0的MAC帧的所有台式电脑将模式标识位A置0,进入CSMA/CD模式;其二,当获得令牌的台式电脑的第一负载计数器a值等于0时,该台式电脑发送的MAC帧模式标识位A置0、令牌标识位B置
0,进入CSMA/CD模式,接收到该模式标识位A置0的MAC帧的所有台式电脑将模式标识位A置
0,进入CSMA/CD模式;处于“虚令牌”模式的台式电脑在死锁判定门限Tb比特时间内未接受到有效MAC帧且未检测到数据冲突,该台式电脑发送的MAC帧模式标识位A置0、令牌标识位B置0,进入CSMA/CD模式。
[0063] 通过网络负载自适应通信方法,使通过总线相连的各网络节点在低负载下工作于竞争总线方式(CSMA/CD模式),在高负载下工作于轮询总线方式(“虚令牌”模式),规避了竞争总线方式与轮询总线方式两种调度算法的缺点,使总线型网络在低负载时保持高效且高负载时可维持较高吞吐量。
[0064] 本领域普通技术人员可以理解:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈