CN115883338A - 基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法，涉及到高可用通信领域，解决船用双冗余网络故障切换时的丢帧问题。该方法包括驱动发送函数中设置发送描述子的命令字，在EC故障切换时判断故障ECTD发送状态字，把滞留在故障EC中的相关帧TD复制到新工作EC空闲TD中等处理机制。本发明不需要额外的存储缓冲，可用于改进当前船用双冗余网络驱动程序，实现切换时的零丢帧，提升通信的高可用性。该方法简易、可行，且通用性强，具有较强的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于船载双冗余网络通信技术领域，特别是一种基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法。
背景技术
船载装备对通信可靠性有着较高要求，通常采用并联的冗余通信通道以提升信息交换的高可用性，保证在一路通道故障时，通过切换到另一路备用通道，为***提供持续的通信能力。具体到终端，需要配置双冗余以太网卡。双冗余以太网卡包含由双冗余网卡驱动程序管理的两块物理上独立的以太网控制器(EthernetController，EC)。正常工作时，报文的收发由一块处于Active(激活)状态的EC完成，另一块EC处于Backup(备份)状态。当Active状态的EC发生故障时，双冗余网卡驱动程序检测到该故障，如果Backup状态的EC链路连接正常，则将Backup状态的EC激活，使其处于Active状态，将故障EC置于Backup状态，网络的收发改由新处于Active状态的EC完成。由于故障检测、网络状态切换、新EC与交换机建立IP映射都需要一定时间，因此从故障出现到新通信链路正常工作需要一定时间，称为双冗余网络切换时间。当前双冗余驱动成实现机制中，当切换发生时，由于故障的出现，原来已填入故障状态EC发送描述子(TransmitDescriptor，TD)中的数据并未成功发送到网络上，出现滞留，造成“丢帧”现象。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术机制的不足，提供一种可将现有船用双冗余驱动切换时造成的“丢帧”数降为0的处理机制。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法，所述方法包括以下机制：在以太网控制器驱动发送函数中设置发送描述子TD的命令字，在以太网控制器EC故障切换时判断故障EC的TD发送状态字，将滞留在故障EC中的相关帧TD复制到新工作EC的空闲TD中。
进一步地，所述方法包括以下步骤：
步骤1，在以太网控制器驱动程序发送函数中，当上层协议栈提交数据报文需要发送时，查找当前工作以太网控制器EC的空闲发送描述子TD，如果无可用空闲TD，则返回EWOULDBLOCK，否则转入步骤2；
步骤2，将数据报文的信息写入TD，并设置TD命令字的相关位，要求EC在完成发送时，设置TD状态字的发送状态；
步骤3，在链路发生故障需要进行切换时，依次扫描故障EC的TD，针对所有状态字的发送状态指示为对应的帧发送未完成的TD，将其中的帧信息填入新工作EC的空闲TD中，然后启动发送数据报文。
进一步地，步骤2中所述数据报文信息包括内存地址、报文长度。
进一步地，步骤2中TD状态字的发送状态位为1，表示TD中的帧发送完成；TD状态字的发送状态位为0，表示TD中的帧未发送完成。
进一步地，所述方法还包括：
步骤4，应用程序在调用send、sendto等函数发送数据报文时，判断调用的返回值，如果返回EWOULDBLOCK，则延时一定时间后重发该数据报文。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1)可有效解决切换带来的“丢帧”问题。
2)与IEC62439并行冗余协议PRP相比，本方案的优势：一是不增加网络流量，二是未增加接收方网络处理负荷，三是通信的可靠性高。
3)本发明不需要额外的存储缓冲，可用于改进当前船用双冗余网络驱动程序，实现切换时的零丢帧，提升通信的高可用性。
4)本发明方法简易、可行，且通用性强，具有较强的推广应用价值。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明总体方案示意图。
图2为双冗余网卡驱动的层次图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
在一个实施例中，结合图1和图2，提供了一种基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法，通过对双冗余网卡驱动程序进行改进设计，实现对切换时故障以太网控制器(EthernetController，EC)未能成功发送到网络上的帧搬运到新ActiveEC中重新发送，实现零丢帧的效果。具体内容如下：
步骤1：在双冗余网卡驱动程序发送函数中，当上层协议栈提交数据报文需要发送时，查找当前工作EC的空闲发送描述子(TransmitDescriptor，TD)，如果无可用空闲TD，则返回EWOULDBLOCK，否则转入步骤2；
步骤2：将数据报文的内存地址、长度等信息写入TD，并设置TD命令字的相关位，要求EC在完成发送时，设置TD状态字的发送状态；
步骤3：在链路发生故障，需要进行切换时，依次扫描故障EC的TD，将所有状态字的发送状态指示对应的帧发送未完成TD中的帧信息填入新工作EC的空闲TD中，然后启动发送；
步骤4：应用程序在调用send、sendto等函数发送数据报文时，判断调用的返回值，如果返回EWOULDBLOCK，则延时一定时间后重发该数据报文。
在一个实施例中，提供了一种基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现***，所述***包括依次执行的：
第一模块，用于在以太网控制器驱动程序发送函数中，当上层协议栈提交数据报文需要发送时，查找当前工作以太网控制器EC的空闲发送描述子TD，如果无可用空闲TD，则返回EWOULDBLOCK，否则转入第二模块；
第二模块，用于将数据报文的信息写入TD，并设置TD命令字的相关位，要求EC在完成发送时，设置TD状态字的发送状态；
第三模块，用于在链路发生故障需要进行切换时，依次扫描故障EC的TD，针对所有状态字的发送状态指示为对应的帧发送未完成的TD，将其中的帧信息填入新工作EC的空闲TD中，然后启动发送数据报文；
第四模块，用于在应用程序在调用函数发送数据报文时，判断调用的返回值，如果返回EWOULDBLOCK，则延时一定时间后重发该数据报文。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
步骤1，在以太网控制器驱动程序发送函数中，当上层协议栈提交数据报文需要发送时，查找当前工作以太网控制器EC的空闲发送描述子TD，如果无可用空闲TD，则返回EWOULDBLOCK，否则转入步骤2；
步骤2，将数据报文的信息写入TD，并设置TD命令字的相关位，要求EC在完成发送时，设置TD状态字的发送状态；
步骤3，在链路发生故障需要进行切换时，依次扫描故障EC的TD，针对所有状态字的发送状态指示为对应的帧发送未完成的TD，将其中的帧信息填入新工作EC的空闲TD中，然后启动发送数据报文；
步骤4，应用程序在调用函数发送数据报文时，判断调用的返回值，如果返回EWOULDBLOCK，则延时一定时间后重发该数据报文。
该步骤的具体限定可以参见上文中对于基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1，在以太网控制器驱动程序发送函数中，当上层协议栈提交数据报文需要发送时，查找当前工作以太网控制器EC的空闲发送描述子TD，如果无可用空闲TD，则返回EWOULDBLOCK，否则转入步骤2；
步骤2，将数据报文的信息写入TD，并设置TD命令字的相关位，要求EC在完成发送时，设置TD状态字的发送状态；
步骤3，在链路发生故障需要进行切换时，依次扫描故障EC的TD，针对所有状态字的发送状态指示为对应的帧发送未完成的TD，将其中的帧信息填入新工作EC的空闲TD中，然后启动发送数据报文；
步骤4，应用程序在调用函数发送数据报文时，判断调用的返回值，如果返回EWOULDBLOCK，则延时一定时间后重发该数据报文。
该步骤的具体限定可以参见上文中对于基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法的限定，在此不再赘述。
本发明不需要额外的存储缓冲，可用于改进当前船用双冗余网络驱动程序，实现切换时的零丢帧，提升通信的高可用性。该方法简易、可行，且通用性强，具有较强的推广应用价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法，其特征在于，所述方法包括以下机制：在以太网控制器驱动发送函数中设置发送描述子TD的命令字，在以太网控制器EC故障切换时判断故障EC的TD发送状态字，将滞留在故障EC中的相关帧TD复制到新工作EC的空闲TD中。
2.根据权利要求1所述的基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，在以太网控制器驱动程序发送函数中，当上层协议栈提交数据报文需要发送时，查找当前工作以太网控制器EC的空闲发送描述子TD，如果无可用空闲TD，则返回EWOULDBLOCK，否则转入步骤2；
步骤2，将数据报文的信息写入TD，并设置TD命令字的相关位，要求EC在完成发送时，设置TD状态字的发送状态；
步骤3，在链路发生故障需要进行切换时，依次扫描故障EC的TD，针对所有状态字的发送状态指示为对应的帧发送未完成的TD，将其中的帧信息填入新工作EC的空闲TD中，然后启动发送数据报文。
3.根据权利要求2所述的基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法，其特征在于，步骤2中所述数据报文信息包括内存地址、报文长度。
4.根据权利要求2所述的基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法，其特征在于，步骤2中TD状态字的发送状态位为1，表示TD中的帧发送完成；TD状态字的发送状态位为0，表示TD中的帧未发送完成。
5.根据权利要求2所述的基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤4，应用程序在调用函数发送数据报文时，判断调用的返回值，如果返回EWOULDBLOCK，则延时一定时间后重发该数据报文。
6.基于权利要求1至5任意一项所述方法的基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现***，其特征在于，所述***包括依次执行的：
第一模块，用于在以太网控制器驱动程序发送函数中，当上层协议栈提交数据报文需要发送时，查找当前工作以太网控制器EC的空闲发送描述子TD，如果无可用空闲TD，则返回EWOULDBLOCK，否则转入第二模块；
第二模块，用于将数据报文的信息写入TD，并设置TD命令字的相关位，要求EC在完成发送时，设置TD状态字的发送状态；
第三模块，用于在链路发生故障需要进行切换时，依次扫描故障EC的TD，针对所有状态字的发送状态指示为对应的帧发送未完成的TD，将其中的帧信息填入新工作EC的空闲TD中，然后启动发送数据报文。
7.根据权利要求6所述的基于滞留帧重发的船用双冗余网络通信零丢帧实现***，其特征在于，所述***还包括：
第四模块，用于在应用程序在调用函数发送数据报文时，判断调用的返回值，如果返回EWOULDBLOCK，则延时一定时间后重发该数据报文。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的内容。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述方法的内容。
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