面向磁浮仿真平臺(tái)的通信狀態(tài)分布維護(hù)技術(shù)

馬骕

【摘要】 本文介紹了一個(gè)面向磁浮仿真平臺(tái)的高效通信狀態(tài)分布式維護(hù)技術(shù)，主要應(yīng)用于分布式通信領(lǐng)域，可用于磁浮交通仿真條件下分布式系統(tǒng)通信狀態(tài)的維護(hù)。為提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和容錯(cuò)性，這里通過(guò)ACE的使用，定義一種子系統(tǒng)之間交互連接信息協(xié)議來(lái)實(shí)時(shí)交換連接狀態(tài)，從而高效的完成整個(gè)通信層中狀態(tài)維護(hù)。

【關(guān)鍵詞】 磁浮仿真 分布式通信 狀態(tài)維護(hù) ACE

一、 引言

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)日新月異的發(fā)展，工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)環(huán)境的要求也越來(lái)越高。為跨平臺(tái)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)如磁懸浮仿真平臺(tái)提供穩(wěn)定高效的通信功能也顯得越來(lái)越重要。本文詳細(xì)介紹了磁懸浮項(xiàng)目中的一種通信狀態(tài)分布式維護(hù)技術(shù)，在磁浮交通仿真這種跨平臺(tái)交互環(huán)境中，利用ACE滿足多種傳輸方式需求，保證了子系統(tǒng)之間的變更透明性與故障透明性，提升通信服務(wù)質(zhì)量。

二、磁浮仿真平臺(tái)分析

磁浮仿真平臺(tái)是一個(gè)比較典型的小型分布式協(xié)同系統(tǒng)，包含多個(gè)交互的板塊，包括：PC機(jī)、嵌入式設(shè)備、工作站以及服務(wù)器等。運(yùn)行在其上的軟件系統(tǒng)更是種類繁多，如win7、winxp和Linux等。應(yīng)用軟件更有如oracle 10g、NI Labview、Visual Studio 2010 及Eclipse 3.3等。平臺(tái)由牽引供電子系統(tǒng)、運(yùn)行控制子系統(tǒng)、列車仿真子系統(tǒng)等構(gòu)成，每個(gè)子系統(tǒng)自成體系。這些系統(tǒng)內(nèi)的主機(jī)之間實(shí)時(shí)傳遞著大量數(shù)據(jù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)都會(huì)對(duì)別的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。

三、通信狀態(tài)分布式獲取和處理

在了解磁懸浮仿真平臺(tái)通信的主要難點(diǎn)后，我們先利用中間件技術(shù)將整個(gè)平臺(tái)抽象成三層，利用ACE（自適應(yīng)通信環(huán)境）這種適合于多系統(tǒng)通信的框架提升編碼效率。在信息傳輸階段，利用IP地址初始化列表來(lái)記載每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，通過(guò)分布式處理來(lái)保證故障透明性。

3.1軟件結(jié)構(gòu)分層

首先在多系統(tǒng)中部署統(tǒng)一的通信中間件。通信中間件軟件將被進(jìn)一步劃分成網(wǎng)絡(luò)通信層、可靠性保障層和IPC層，其中的網(wǎng)絡(luò)通信層和可靠性保障層均使用自適應(yīng)通信環(huán)境ACE實(shí)現(xiàn)，可靠性保障層中的類和方法的設(shè)計(jì)都會(huì)通過(guò)ACE框架來(lái)實(shí)現(xiàn)，方便調(diào)用。

3.2 節(jié)點(diǎn)IP列表初始化

完成分層后，先寫一個(gè)配置文檔，用于設(shè)置參數(shù)。同時(shí)在可靠性保障層里面定義一個(gè)NetServe類，寫進(jìn)讀取配置文件的方法。接著初始化一個(gè)工作線程ThreadNetServe用于把配置文件中的IP地址插入到IP地址列表。

3.3 心跳報(bào)文處理

IP地址列表初始化完成N秒后（0 < N <=10），工作線程向網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)依次發(fā)送心跳報(bào)文，當(dāng)工作線程ThreadNetServe接收到對(duì)應(yīng)序列號(hào)的心跳響應(yīng)報(bào)文后，將IP地址列表的條目時(shí)間戳更新為接收心跳響應(yīng)報(bào)文的時(shí)間點(diǎn)。

3.4 分布式維護(hù)

某一時(shí)刻，工作線程ThreadNetServe發(fā)送心跳報(bào)文時(shí)發(fā)現(xiàn)IP Table中某條目時(shí)間戳與當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)差值>2N，則說(shuō)明最近兩個(gè)發(fā)往該主機(jī)的心跳報(bào)文都未收到響應(yīng)報(bào)文，認(rèn)定網(wǎng)絡(luò)連接中斷，將有效性字段改為無(wú)效。隨后不再向其發(fā)送心跳報(bào)文，同時(shí)通知NetServe類刪除與故障主機(jī)相關(guān)的資源。此時(shí)應(yīng)用程序?qū)⒈煌ㄖ鳈C(jī)不可達(dá)。除更新本地的IP地址列表外，工作線程ThreadNetServe還會(huì)向IP地址列表中除故障主機(jī)外的其余主機(jī)廣播發(fā)送一個(gè)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障廣播。當(dāng)其所在網(wǎng)絡(luò)中其他主機(jī)接收到故障廣播信息時(shí)，有以下幾種情況：

1） 已轉(zhuǎn)發(fā)該廣播。核對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)識(shí)，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)轉(zhuǎn)過(guò)，直接丟棄。

2） 未轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)該故障廣播，且本地IP Table中沒(méi)有故障的主機(jī)。核對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)識(shí)，發(fā)現(xiàn)未轉(zhuǎn)發(fā)，此時(shí)若接受的故障廣播報(bào)文跳數(shù)為1，不轉(zhuǎn)發(fā)；否則將故障廣播中的跳數(shù)減1，并向IP Table中所有主機(jī)（故障廣播源主機(jī)外）轉(zhuǎn)發(fā)此報(bào)文，轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)識(shí)標(biāo)記為已轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。

3）未轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)該故障廣播，但是本地IP Table中有故障的主機(jī)。核對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)識(shí)，發(fā)現(xiàn)未轉(zhuǎn)發(fā)，此時(shí)若在本地IP Table中，故障主機(jī)的條目有效性字段依舊為真，則置為假；其他同2中情況。

主機(jī)故障修復(fù)后，通過(guò)發(fā)送心跳報(bào)文恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)通信。NetServe類向IP地址列表中所有主機(jī)發(fā)送消息，其他主機(jī)接受到該廣播后轉(zhuǎn)發(fā)到除源主機(jī)外其他主機(jī)，通過(guò)遞歸式廣播告知網(wǎng)絡(luò)中其他主機(jī)。

四、結(jié)語(yǔ)

本技術(shù)在磁懸浮仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)提升了系統(tǒng)的容錯(cuò)性和透明性，使整個(gè)平臺(tái)的功能不會(huì)受到一個(gè)子系統(tǒng)故障的影響。此技術(shù)不僅能進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率，保障信息傳遞的實(shí)時(shí)性，還對(duì)其他工業(yè)化監(jiān)控系統(tǒng)通信方案的選擇有借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3] 吳祥明，《磁浮列車》，中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2003.3

[4] 張?jiān)朴?中間件技術(shù)原理與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2004