一种微型复合网络数据交换系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微型复合网络数据交换系统，属于网络通讯技术领域。本发明专利技术的微型复合网络数据交换系统，包括应用层、网络层、链路层和物理层，网络层包括数据包交换协议模块、数据包交换模块、数据包管理模块、数据包流入接口和链路层接口，链路层接口中封装有物理层和链路层。本发明专利技术通过将节点互联的物理层和链路层封装在网络层的链路层接口中，使网络层只看到链路层接口，看不到下两层的具体细节，网络层提供应用层API，使应用层可以直接基于网络层工作，从而实现多样性的网络接口接入、应用层透明点对点通讯、报文的实时性能和QoS保证、网络可扩展等功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微型复合网络数据交换系统，属于网络通讯

技术介绍
一般的网络应用，例如以太网、现场总线网络等，设备采用标准的总线接口和通讯协议通过总线互联在一起，专用通讯设备例如交换机、总线控制芯片等来完成物理层、链路层以及报文交换等功能。这种场景下联网的设备需要足够多，才有价值去部署一个这样的总线型通讯网络。在工业领域，经常会遇见联网设备不是很多，可能来自不同的供应商，并且联网接口存在多样性的微型网络应用。例如图1所示，设备A和设备B通过专用的通道1直接连接，设备B又和设备C通过另外一条专用的通道2直接连接，其中通道1、2可能是以太网、485网络，CAN总线等等相同或者不同的物理层。对于这样的情况，三个设备上的应用层如果需要进行报文交互，就需要做一些特殊的繁琐的处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微型复合网络数据交换系统，以实现在包含有限的网络节点的网络上，网络节点上的应用程序之间能够进行透明的点对点实时数据通讯。本专利技术的技术方案是：一种微型复合网络数据交换系统，包括应用层、网络层、链路层和物理层，所述的网络层包括数据包交换协议模块、数据包交换模块、数据包管理模块、数据包流入接口、链路层接口和应用层通讯接口，所述的链路层接口中封装有物理层和链路层，所述的应用层通讯接口工作在网络层上，提供了两种应用层API。所述的数据包交换模块设置有一个目标节点ID表，表中的每一个条目顺序对应一个网络节点ID，表里面的每个条目内存储了可以访问到对应网络节点的本地链路层接口的接口编号；检索表时直接以ID为下标对表进行访问，以达到快速的目的，表的条目数等于通讯网络内除了本地节点以外的所有节点数，系统内如果需要增加通讯节点，需要把新增的节点信息添加到所有节点的ID表配置数据。所述的数据包管理模块设置有若干数据包缓冲区，各个缓冲区对应不同的数据报优先级，不同优先级的数据报进入不同的缓冲区，以实现对不同优先级的数据进行分流和隔离。所述的数据包管理模块还设置有与数据包缓冲区相对应的实时任务，每个任务的运行优先级不同，低优先级任务可以被高优先级任务抢占；每个任务分别管理一个数据报缓冲区；任务的运行优先级分别和缓冲区内数据报的优先级对应。所述的数据报缓冲区和实时任务配合工作，当数据报缓冲区内没有数据报时，实时任务处于挂起状态；当数据报进入对应缓冲区后，会唤醒对应的实时任务进行数据处理；如果低优先级的数据报正在被处理时，高优先级的数据报进入缓冲区，则低优先级数据报的处理会被中断，优先处理高优先级的数据报，当高优先级的处理完成以后，低优先级的继续处理；该数据报交换模块根据该特征，实现了数据报的QoS功能。所述的数据包流入接口用于供链路层接口在收到的数据报传递到数据报管理模块对应优先级的缓冲区中时进行调用。所述的链路层接口包括初始化接口和数据报发送接口，所述的初始化接口用来完成接口的初始化工作，数据报发送接口用来把数据报发送到接口连接的网络上。所述的应用层通讯接口所提供两种应用层API分别为基于回调模式的应用层API和基于句柄模式的应用层API。所述的基于回调模式的应用层API在每个网络节点中定义了一个数据报处理函数表，每个表项包含一个端口号，一个数据报处理函数以及一个函数参数；向应用层提供注册接口，使应用层可以向数据报处理函数表中注册处理函数，以实现数据报的直接、快速处理；当收到发送给本地节点的数据报时，数据报管理模块会在函数表中查找对应端口数据报的处理函数；如果找到则直接调用处理函数来完成对数据进行处理，否则丢弃；处理完以后该数据报的生命周期结束。所述的基于句柄模式的应用层API，包括创建句柄、发送数据和接收数据接口函数，其特征在于：可以根据数据报的端口号、数据报缓冲区大小来创建本地的处理句柄；发送接口可以通过创建的句柄，来向目标节点发送指定优先级的数据报，发出的数据报的端口和句柄的端口号一致；接收接口可以收到别的网络节点发到本地的句柄对应端口的数据报。本专利技术的有益效果是：本专利技术的微型复合网络数据交换系统，包括应用层、网络层、链路层和物理层，网络层包括数据包交换协议模块、数据包交换模块、数据包管理模块、数据包流入接口和链路层接口，链路层接口中封装有物理层和链路层。本专利技术通过将节点互联的物理层和链路层封装在网络层的链路层接口中，使网络层只看到链路层接口，看不到下两层的具体细节，网络层提供应用层API，使应用层可以直接基于网络层工作，从而实现多样性的网络接口接入、应用层透明点对点通讯、报文的实时性能和QoS保证、网络可扩展等功能。附图说明图1是本专利技术的一种最小系统示例图；图2是本专利技术中数据报交换模块结构及模块间数据流图；图3是数据报交换系统的协议格式及其在以太网上的映射示意图；图4是网络节点内部数据报交换系统的数据处理过程示意图；图5是微型复合网络实时数据报交换系统的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。为了说明本专利技术的微型复合网络实时数据报交换系统，首先先建立一个网络系统，如图5所示，该网络系统由5个网络节点组成。为了描述方便，5个网络节点以以太网点对点连接的方式串行连接在一起，实时数据报交换系统和TCP/IP等其他的网络协议栈一起，共享以太网的物理层和链路层。该数据报交换系统如图2所示，主要分为四层，应用层、网络层、链路层和物理层，物理层是网络节点之间的物理连接，可以是串口、以太网、CAN总线等各种介质，链路层是工作于不同物理层介质之上链路控制。为实现网络节点上的应用程序之间能够进行透明的点对点实时数据通讯，而不用关心网络节点间不同的物理层、链路层互联方式，本专利技术将节点互联的物理层和链路层封装在网络层的链路层接口中，网络层只看到链路层接口，看不见下两层的具体细节。网络层是实现该数据报交换系统的核心，实现了基于QoS(quality of service)数据传输，为不同优先级的数据提供了不同的实时处理性能，包括数据报交换协议模块、数据报交换模块、数据报管理模块、数据报流入接口和链路层接口。数据报交换协议模块包含了交换协议的报文头，报文头包含了数据报的源节点ID、目的节点ID、数据报的生存周期TTL、数据包的端口号、应用数据长度以及数据优先级。数据从应用层进入数据报交换网络时要添加该报文头，离开交换网络进入应用层时要剥离该报文头。报文交换协议定义了数据报在网络内传播的属性，源节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型复合网络数据交换系统，包括应用层、网络层、链路层和物理层，其特征在于，所述的网络层包括数据包交换协议模块、数据包交换模块、数据包管理模块、数据包流入接口、链路层接口和应用层通讯接口，所述的链路层接口中封装有物理层和链路层，所述的应用层通讯接口工作在网络层上，提供了两种应用层API。

【技术特征摘要】
2014.04.18 CN 201410157468.11.一种微型复合网络数据交换系统，包括应用层、网络层、链路层和物理
层，其特征在于，所述的网络层包括数据包交换协议模块、数据包交换模块、数
据包管理模块、数据包流入接口、链路层接口和应用层通讯接口，所述的链路层
接口中封装有物理层和链路层，所述的应用层通讯接口工作在网络层上，提供了
两种应用层API。
2.根据权利要求1所述的微型复合网络数据交换系统，其特征在于，所述的
数据包交换模块设置有一个目标节点ID表，表中的每一个条目顺序对应一个网络
节点ID，表里面的每个条目内存储了可以访问到对应网络节点的本地链路层接口
的接口编号；检索表时直接以ID为下标对表进行访问，以达到快速的目的，表的
条目数等于通讯网络内除了本地节点以外的所有节点数，系统内如果需要增加通
讯节点，需要把新增的节点信息添加到所有节点的ID表配置数据。
3.根据权利要求2所述的微型复合网络数据交换系统，其特征在于，所述
的数据包管理模块设置有若干数据包缓冲区，各个缓冲区对应不同的数据报优先
级，不同优先级的数据报进入不同的缓冲区，以实现对不同优先级的数据进行分
流和隔离。
4.根据权利要求3所述的微型复合网络数据交换系统，其特征在于，所述
的数据包管理模块还设置有与数据包缓冲区相对应的实时任务，每个任务的运行
优先级不同，低优先级任务可以被高优先级任务抢占；每个任务分别管理一个数
据报缓冲区；任务的运行优先级分别和缓冲区内数据报的优先级对应。
5.根据权利要求4所述的微型复合网络数据交换系统，其特征在于，所述
的数据报缓冲区和实时任务配合工作，当数据报缓冲区内没有数据报时，实时任
务处于挂起状态；当数据报进入对应缓冲区后，会唤醒对应的实时任务进行数据
处理；如果低优先级的数据报正在被处理时，高优先级的数据报进入缓冲区，则
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈沉，宋彦锋，徐云松，任红旭，王西邓，汤洋，李英明，包伟，顾峰，马仪成，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，许昌许继软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41