[發明專利]一種總線型網絡負載自適應通信方法

有效

• 申請號: 201710037511.4
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN107070695B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 孫小菡;鄭宇;戈志群;張曉露;邸凌云
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/26;H04L12/40;H04L12/803;H04W74/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明提供一種總線型網絡負載自適應通信方法，實現負載自適應調度。本方法通過網絡節點產生的MAC幀中的模式標識位A與令牌標識位B及相應的計數器和相關寄存器，實現模式切換與總線輪詢。本方法可使網絡終端在高網絡負載下處于CSMA/CD模式、在低負載下處于“虛令牌”模式，使網絡可以在高網絡負載下保持高吞吐量而在低網絡負載下保持高利用率。本方法中的模式信息與令牌信息隱藏于標識位中，不需要在總線中傳輸專用信息幀。采用本方法的系統在關鍵MAC幀丟失后不會出現死鎖，同時也克服了當前單一總線型調度算法在高負載下沖突率高以及低負載下利用率低的問題。“虛令牌”模式下數據調度方法解決了現有令牌環技術中令牌幀丟失出現的網絡錯誤問題。

技術領域

本發明涉及數據通信領域，尤其是一種總線型網絡負載自適通信方法。

背景技術

總線是數據通信中最早采用的網絡拓撲結構之一。總線結構中，多個網絡節點與同一根總線相連，采用時分復用的形式進行數據傳輸，送往總線的數據可以被總線上所有的網絡節點接收，網絡節點接收后根據MAC幀中目的地址判斷是否接收數據。總線結構被廣泛應用于芯片級、印制電路板級系統通信，也常應用于工業現場總線與局域網結構中，具有結構簡單，穩定性好的特點。

總線結構的數據調度常采用CDMA/CD、令牌總線等方式。CSMA/CD方式采用載波偵聽、沖突檢測方式，實現了總線結構的多址接入，具有低負載下低時延、高吞吐率的特性，然而這種方式，在高負載下網絡性能急劇下降。令牌總線方式采用稱為“令牌”的特殊MAC幀在總線上依序傳遞，取得“令牌”的網絡節點才可發送數據，具有網絡最大時延收斂的特性，在高負載下時延、吞吐率等網絡性能較好，但由于“令牌”傳輸需要占用帶寬，在低負載情況下網絡利用率較低。

本發明針對兩種常用總線數據通信方法各自的弊端，將兩種常用的總線數據調度方式進行組合，同時解決了CSMA/CD總線在高負載下網絡性能不佳，令牌總線在低負載下網絡利用率低的問題。本發明中設計的網絡負載自適應通信方法可以自適應地在不同負載條件下采用不同的數據調度方法，實現較低時延與較高吞吐率的數據傳輸且具有良好的穩定性，可以為采用總線型網絡節點設備的數據調度提供技術參考。

發明內容

為了解決現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種總線型網絡負載自適應通信方法，包括CSMA/CD模式以及虛令牌模式兩種通信模式，其特征在于：所述通信方法具體步驟如下：

第一步，初始化：在MAC幀頭設置模式標志位A和令牌標志位B以及所述模式標志位A和令牌標志位B的初始值，控制所述總線型網絡按照CSMA/CD模式工作，并跳轉至第二步；

第二步，判斷總線型網絡負載狀況：所述總線型網絡中的每一個節點在按照CSMA/CD模式通信時，每個節點分別對本節點發送MAC幀時出現沖突的次數進行統計，若出現沖突的次數到達t次，則跳轉至第三步；否則，保持所述總線型網絡按照第二步所述方法繼續工作；

第三步，進入虛令牌模式：控制所述模式標志位A跳轉至與初始值相反的狀態，控制所述總線型網絡中的每一個節點均按照虛令牌模式通訊，并且，所述每個節點在每次獲得虛令牌時均重設本節點的第一負載計數器a與第二負載計數器b，所述負載計數器內數據依據網絡負載狀況進行跳變，若負載計數器內數據滿足低負載條件，則跳轉至第一步；否則，保持所述總線型網絡按照第三步所述方法繼續工作。

所述模式標志位A和令牌標志位B的初始值均為0。所述控制模式標志位A跳轉至與初始值相反的狀態是指控制模式標志位A跳轉為1。CSMA/CD模式下的模式標志位為0，虛令牌模式下的模式標志位為1