一种单向环形网络控制器及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，还包括：控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。本发明专利技术目的在于提供一种单向环形网络控制器解决目前单向环形网络无法多帧同发的问题，同时提供利用该种单向环形网络控制器实现单向环形网络中错误数据帧的清理和故障定位。

【技术实现步骤摘要】
一种单向环形网络控制器及其使用方法
本专利技术涉及一种网络控制器，尤其涉及一种单向环形网络控制器及其使用方法。
技术介绍
以太网是上世纪70年代研制的一种基带局域网，经过几十年的发展，它已成为当今世界上使用最广泛的局域网。常见的局域网拓扑结构有星型、总线型和环形几种。目前局域网中使用最多的物理拓扑结构是星型结构，星型网络中各节点通过超五类双绞线连接到中心节点，中心节点是整个网络的瓶颈,中心节点的故障会导致整个网络的瘫痪。总线型拓扑结构是将网络中的各个节点用一根总线(如同轴电缆)挂接起来，实现计算机网络的功能，这种结构虽然连接简单，但因维护和故障诊断困难，以及容易发生数据碰撞等问题而较少使用。相对而言，环形网络结构较之其他两种有其特殊的应用。尤其是在某些特定的情况下（如汽车内部），由于受到空间场地的限制，星型拓扑结构不便于网络布线安装和网络节点的扩充。环形拓扑结构是将网络中各节点采用同轴电缆(或光纤)作为传输介质连成封闭的环路，数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。令牌环传递是环形网络上传送数据帧的一种常用方法，这种方法确保各节点只有取得令牌后才能发送数据帧，因此在任一时间内仅有一个节点在发送数据，不会发生数据碰撞。由于令牌在环网上是按顺序依次传递的，各节点需要不停地收发令牌而影响整个网络的传输速度。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术目的在于提供一种单向环形网络控制器解决目前单向环形网络无法多帧同发的问题，同时提供利用该种单向环形网络控制器实现单向环形网络中错误数据帧的清理和故障定位。本专利技术所述的一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，还包括：控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。本专利技术所述的一种单向环形网络控制器在现有以太网媒体接入控制器中增加直通转发、快速转发和存储转发三种传送方式解决单向环形网络的快速传送问题。单向环形网络的数据帧为以太网帧格式，采用CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）的方法实现多帧同发，即某一节点发送数据帧时不必等待数据帧绕环一周回到此节点后再发送下一数据帧，任意节点在发送数据帧时均可同时监听和接收新数据帧，在当前发送数据帧后，节点处于发送闲状态时即可发送下一数据帧，不要求同一时间内仅有一个数据帧在单向环形网络内传输，根据节点模式的不同可使得数据帧在未返回其发送节点时便可开始第二数据帧的发送，从而实现了多帧同发，解决了目前单向环形网络传输效率低的问题。同时还实现了单向环形网络中错误数据帧的清理和故障定位，由于该种单向环线网络控制器具有多种转发模式，使得在节点发送特殊帧时，单向环形网络可以主动清理错误数据帧也可以定位故障点的具体位置。该种单向环形网络控制器的直通转发模式是接收端口通过直通转发模块与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；快速转发线路为接收端口通过FIFO帧暂存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；存储转发线路为接收端口依次连接接收缓存器、发送缓存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接。通过转发切换开关可以选择当前节点的转发模式，节点根据所处的工作模式和工作状态配合对转发切换开关的控制可以选取最优路径转发。而帧计数器和发送看门狗又可以实时记录节点主动发送数据帧的帧数目和出错丢失的帧数目，发送看门狗溢出则表明节点主动发送的数据帧在单向环形网络中传输出现超时错误，而此时的帧计数器值为数据帧错误数目。并且，通过单向环形网络中的节点采用广播方式主动发送停发帧和开启帧，并丢弃两帧之间收到的错误帧的方法能彻底清理单向环形网络中错误的数据帧，可以杜绝错误数据帧在单向环形网络中循环转发。而且，当单向环形网络出现故障导致节点不能收到数据帧时，接收看门狗计时溢出，节点采用广播方式主动发送超时帧用以向其他节点通告接收超时和节点位置，从而解决单向环形网络故障点的精确定位问题。故而，本专利技术提供了可以多帧同发的一种单向环形网络控制器，同时提供利用该种单向环形网络控制器实现单向环形网络中错误数据帧的清理和故障定位。附图说明图1是本专利技术的单向环形网络控制器的结构示意图。图2是本专利技术的单向环形网络的连接示意图。具体实施方式根据图1、图2所示，本专利技术所述的一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，还包括：控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。在本专利技术中，监听模式，是指该节点的默认基本模式，节点不能主动发送数据帧，但可以从接收端口接收数据帧并同时直通转发数据帧。发送模式，指节点可以主动发送数据帧，也可以快速转发或存储转发数据帧，但不能直通转发数据帧。节点不能长时间处于发送模式，发送模式是指从节点开始主动发送数据帧，到数据帧绕单向环形网络一周再由发送节点回收后延时小于环网最小帧间隙时间的过程。节点退出发送模式条件为接收返回数据帧（帧计数器为零）并延时环网最小帧间隙时间后自动退出或接收超时强制退出。忙状态，是指节点主动发送或转发数据帧到发送后延时小于环网最小帧间隙时间的节点忙时段。闲状态，是指节点忙时段之后到新数据帧开始发送之前的节点空闲时段。直通转发，是指直通转发模块从接收端口接收到数据帧立即转发，不做任何检查，转发速度最快，适用于节点处于监听模式。快速转发，是指接收端口的数据帧先进入20字节FIFO帧暂存器，再通过对目的地址和源地址分析后再转发，转发速度较快，适用于节点处于发送闲状态。存储转发，是指接收到的数据帧先进入接收缓存器，然后通过对数据正确性检查、目的地址和源地址分析后转发。存储转发安全性最高，转发速度最慢，适用于节点处于发送忙状态。以太网最小帧间隙IFG(InterframeGap)为12byte，相当于96bit的发送时间，为了实现单向环形网络的多帧同发，规定环网最小帧间隙为32byte(即12byte+20byte)，并为此修改了IFG计时器。故而所述IFG计时器的计时时间为环网最小帧间隙32字节，以避免单向环形网络中的帧间隙过小，发帧速度过快而导致丢帧。该种单向环形网络控制器，所述直通转发线路为接收端口通过直通转发模块与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；所述快速转发线路为接收端口通过FIFO帧暂存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；所述存储转发线路为接收端口依次连接接收缓存器、发送缓存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接。由于帧头部前导码（7字节），帧起始定界符（1字节），目的地址（6字节）和源地址（6字节）几部分之和为20字节。此长度的设置正好能获得数据帧的目的地址和源地址，用以与节点MAC地址比较，能快速确定对数据帧的后续操作，从而实现最佳的快速转发功能。而且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，其特征在于，还包括：控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。

【技术特征摘要】
1.一种单向环形网络控制器，包括接收端口、直通转发模块、发送端口及IFG计时器，其特征在于，还包括：控制状态模块，控制该节点处于监听模式或发送模式，处于忙状态或闲状态；转发切换开关，切换接收端口与发送端口间的转发线路，使接收端口与发送端口间通过直通转发，快速转发或者存储转发中的一种转发线路连接；帧计数器，记录某节点主动发送的数据帧在单向环形网络中存在的数量。2.根据权利要求1所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，所述IFG计时器的计时时间为环网最小帧间隙32字节。3.根据权利要求1所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，所述直通转发线路为接收端口通过直通转发模块与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；所述快速转发线路为接收端口通过FIFO帧暂存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接；所述存储转发线路为接收端口依次连接接收缓存器、发送缓存器与转发切换开关连接，转发切换开关与发送端口连接。4.根据权利要求3所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，所述FIFO帧暂存器长度为20字节。5.根据权利要求1所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，发送看门狗，节点处于发送模式时自动开启，处于监听模式时自动关闭，节点每次主动发送数据帧则自动清零，设定的时间内未恢复监听模式则发送看门狗计时溢出。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种单向环形网络控制器，其特征在于，还包括接收看门狗，节点监听到端口有数据帧到来则自动清零，设定的时间内节点未接收到数据帧则接收看门狗计时溢出。7.根据权利要求1-5任一项所述的一种单向环形网络控制器在单向环形网络中的数据帧传送方法，其步骤如下：S1：单向环形网络中，某一处于监听闲状态的节点需要主动发送数据帧，则进入步骤S2；S2：某一节点进入发送模式，启动发送数据帧，帧计数器自动+1，发送看门狗自动开启并清零，此节点边发送边监听是否有其他数据帧到来，如果接收端口有另一数据帧到来，则进入步骤S3，接收端口没有数据帧到来则等待第一数据帧发送完成后进入步骤S4；S3：第一节点处于发送忙状态，节点边发送边接收存储另一数据帧，并检查另一数据帧的正确性，如果错误则丢弃另一数据帧，如果正确则判断另一数据帧的目的地址是否为第一节点的MAC地址，如果是则系统读取另一数据帧做出相应处理，然后等待第一节点处于发送闲状态时转发另一数据帧；如果不是再判断另一数据帧的源地址是否为第一节点MAC地址，由于第一节点之前处于监听模式而没有发送数据帧，判断结果另一数据帧的源地址不是第一节点MAC地址，然后等待第一节点处于发送闲状态时转发另一数据帧，第一数据帧发送完成后进入步骤S4；S4：当数据帧抵达下一节点的接收端口时，如果节点处于监听模式则进入步骤S6,如果包括第一节点的当前节点处于发送模式进入步骤S5；S5：如果节点处于发送闲状态则进入步骤S7，如果节点处于发送忙状态则进入步骤S8，如果节点发送看门狗溢出，进入步骤S10；S6：节点监听到接收端口有数据帧到来，直通转发数据帧至下一节点，进入步骤S4，同时接收数据帧，判断数据帧的目的地址是否为此...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊厚德，
申请(专利权)人：广州睿嵌电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44