一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关及方法技术

本发明专利技术涉及一种数据转发网关及方法，属于网络通信技术领域，具体是涉及一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关及方法。包括：在网关中维护一个用于存储经网络接口装置接收到的计算机发送的查询报文的查询队列；从所述查询队列中提取一条查询报文经串行接口装置发送至串口设备；通过所述串行接口装置接收所述串口设备响应于所述查询报文的回复报文；将所述回复报文与其对应的查询报文封装后经网络接口装置转发至与所述网络接口装置相连的所有计算机。该网关及方法利用原始查询报文以及带有优先级的存储队列转发手段提高了串口的利用率，解决了数据解析对特定计算机的依赖，并且可在多台计算机之间进行数据的相互校验。

【技术实现步骤摘要】
一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关及方法
本专利技术涉及一种数据转发网关及方法，属于网络通信
，具体是涉及一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关及方法。
技术介绍
随着网络技术的发展，特别是云计算和大数据的普及，业界普遍使用以太网、光纤和无线等网络方式传递数据，但轨道交通、工业监控等传统领域，还有大量使用串行接口的设备，因此需要在串口与网络接口之间相互转发数据的网关（下文简称“网关”，特指此类在网络与串行总线之间转发数据的网关）。追求高可靠性的场合往往部署至少两套相同的计算机系统，以实现冗余架构。由于串口存在通信速率极低，不支持共享的固有特点,当有多个计算机系统需要通过同一个串口与外设通信时，传统网关存在通信效率低等的问题。如附图1所示，为该场景下的一个示例。计算机1和计算机2分别与网关进行通信，争抢串口的使用权。由网关对所有的通信内容进行排队，依次通过串口发给外设，并将外设发回的数据返回给对应的计算机。在很多场合，计算机1、计算机2发送相同的查询内容，外设返回相同的回复内容。串口线本身带宽不高，却传输了两份相同的数据，利用率只有50%，效率极低，很容易成为瓶颈。如果存在3个甚至更多的计算机都要使用一个串口，则情况更加恶化。此外，由于计算机1、计算机2访问外设的时间不一致，可能得到的返回结果也不一致，两台计算机之间难以对数据进行比对。该应用场景对网关的安全性也提出了高要求。网关需要记录数据的源头，并将串口线上收到的数据发给源头。如果误转发给其他源头，可能会产生错误，甚至导致严重后果。在高安全性场合，对网关的安全性要求极高，开发难度增大，成本增加。附图2为另一现有技术的应用场景。在该场景下，指定计算机1通过串口对外设进行访问，并解析外设返回的数据，将解析结果同步给计算机2。在该场景下，所有的数据解析工作都由计算机1完成，其他计算机只能被动接受解析结果，几台计算机之间无法相互校验。不满足轨道交通等高安全性场合的要求。本专利技术通过修改传统网关的设计方式，解决了在冗余计算机环境下，传统网关存在的上述问题。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。本专利技术主要的目的是解决现有技术中所存在的串口利用率低、数据解析的正确性依赖一台计算机，多个计算机之间无法进行数据的相互校验等技术问题，提出了一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关及方法，该网关及方法利用原始查询报文以及带有优先级的存储队列转发手段提高了串口的利用率，解决了数据解析对特定计算机的依赖，并且可在多台计算机之间进行数据的相互校验。为解决上述问题，本专利技术的方案是：一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，包括：网络接口装置，被配置为用于连接至少两个以上计算机；串行接口装置，被配置为用于连接至少一个串口设备；存储设备，被配置为用于存储并维护一个至少由所述计算机发送的查询报文构成的查询队列；控制器，被配置为：通过所述串行接口装置转发所述查询队列中的查询报文至串口设备；通过所述串行接口装置接收所述串口设备响应于所述查询报文的回复报文；封装所述回复报文以及与所述回复报文相关联的查询报文以形成网络回复报文；将所述网络回复报文转发至与所述网络接口装置相连的至少两个以上计算机。优选的，上述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，所述查询报文包括优先级指定字段；所述控制器根据优先级指定字段所指定的优先级从所述查询队列中提取查询报文后经所述串行接口装置转发至串口设备。优选的，上述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，所述控制器按照优先级从高到低的顺序依次从所述查询队列中提取查询报文。优选的，上述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，所述回复报文中设置有查询报文指示字段，所述控制器根据所述查询报文指示字段关联所述回复报文对应的查询报文，并封装关联到的查询报文与所述回复报文。优选的，上述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，当所述查询队列中存在多条查询报文时，所述控制器对查询队列中下一条查询报文的转发与是否接收到上一条查询报文的回复是无关的。一种支持冗余架构的网口与串口数据转发方法，包括：在网关中维护一个用于存储经网络接口装置接收到的计算机发送的查询报文的查询队列；从所述查询队列中提取一条查询报文经串行接口装置发送至串口设备；通过所述串行接口装置接收所述串口设备响应于所述查询报文的回复报文；将所述回复报文与其对应的查询报文封装后经网络接口装置转发至与所述网络接口装置相连的所有计算机。优选的，上述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发方法，依据发送查询报文的计算机所指定查询报文的优先级从所述查询队列中依次提取查询报文后经所述串行接口装置转发至串口设备。优选的，上述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发方法，按照优先级从高到低的顺序依次从所述查询队列中提取查询报文。优选的，上述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发方法，根据回复报文中设置的查询报文指示字段关联所述回复报文对应的查询报文，并封装关联到的查询报文与所述回复报文。优选的，上述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发方法，当所述查询队列中存在多条查询报文时，对查询队列中下一条查询报文的转发与是否接收到上一条查询报文的回复是无关的。因此，相对于现有技术，本专利技术的优点是：1．串口利用率高，同一数据只被采集一次，所有的计算机都能接收到，并且计算机可以不等串口返回数据，就给网关发送下一条查询数据，保证了串口的带宽可以得到最大限度的利用。2．能够保证高优先级数据的时效性。本专利技术给串口转发数据时，通过带有优先级的存储队列转发，可以充分利用串口并且避免了高优先级的报文堵塞在队列中，保证了时效性。3．安全性高。本专利技术中，每台计算机都收到了一份相同的数据，可以独立对数据进行解析，并对解析结果进行表决，保证了安全性。4．一台计算机可以接多个网关，由于网关采用异步的通信方式，网关返回的报文带有原始查询报文作为参考，对解析过程不会造成影响，并且实现简单。附图说明并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本专利技术的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本专利技术的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。图1例示了计算机与串口设备连接的示意图；图2例示了现有技术中的一种计算机与串口设备连接示意图；图3例示了本专利技术实施例的数据转发流程图；将参照附图描述本专利技术的实施例。具体实施方式实施例本实施例的网络连接架构如图1所示。大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，其特征在于，包括：/n网络接口装置，被配置为用于连接至少两个以上计算机；/n串行接口装置，被配置为用于连接至少一个串口设备；/n存储设备，被配置为用于存储并维护一个至少由所述计算机发送的查询报文构成的查询队列；/n控制器，被配置为：/n通过所述串行接口装置转发所述查询队列中的查询报文至串口设备；/n通过所述串行接口装置接收所述串口设备响应于所述查询报文的回复报文；/n封装所述回复报文以及与所述回复报文相关联的查询报文以形成网络回复报文；/n将所述网络回复报文转发至与所述网络接口装置相连的至少两个以上计算机。/n

【技术特征摘要】
1.一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，其特征在于，包括：
网络接口装置，被配置为用于连接至少两个以上计算机；
串行接口装置，被配置为用于连接至少一个串口设备；
存储设备，被配置为用于存储并维护一个至少由所述计算机发送的查询报文构成的查询队列；
控制器，被配置为：
通过所述串行接口装置转发所述查询队列中的查询报文至串口设备；
通过所述串行接口装置接收所述串口设备响应于所述查询报文的回复报文；
封装所述回复报文以及与所述回复报文相关联的查询报文以形成网络回复报文；
将所述网络回复报文转发至与所述网络接口装置相连的至少两个以上计算机。


2.根据权利要求1所述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，其特征在于，所述查询报文包括优先级指定字段；所述控制器根据优先级指定字段所指定的优先级从所述查询队列中提取查询报文后经所述串行接口装置转发至串口设备。


3.根据权利要求2所述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，其特征在于，所述控制器按照优先级从高到低的顺序依次从所述查询队列中提取查询报文。


4.根据权利要求1所述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，其特征在于，所述回复报文中设置有查询报文指示字段，所述控制器根据所述查询报文指示字段关联所述回复报文对应的查询报文，并封装关联到的查询报文与所述回复报文。


5.根据权利要求1所述的一种支持冗余架构的网口与串口数据转发网关，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，程明，孙巍，常海利，
申请(专利权)人：北京城建智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11