[发明专利]一种基于时间片令牌机制的以太网通讯方法

说明书

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种基于时间片令牌机制的以太网通讯方法。

背景技术

早期的百兆以太网采用集线器进行连接，网络中所有节点均工作在同一个冲突域，需要采用不同的冲突检测算法来防止帧冲突。其中，最为著名的就是带冲突检测的载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,CSMA/CD)，该方法的主要特点是当节点需要发送数据时先要侦听网络介质，网络空闲则发送，一旦侦听到网络被占用则向后延时一段时间重新侦听并发送。但是该方法的最大缺点是延时时间随机性太大有时甚至可能会丢帧，所以不适合用于实时控制网络。

传统以太网只能通过提高网络带宽提高传输效率，随着交换式以太网的出现，以太网的传输效率大大提高。交换式以太网只在源地址和目的地址之间建立连接，所以可以同时传输多条数据链路；交换式以太网具备全双工的工作能力，没有冲突，所以就不存在冲突检测的功能。

极向场变流器系统是超导托卡马克的重要子系统，它对等离子体的形状和位置具有重要的作用。该系统的控制系统采用了多层复合数据网络的设计，混合了多种软硬件方法和通信协议。其中，监控层采用TCP/IP通信协议；实时控制层则按照功能需求选取了相应的控制网络。但是由于该控制系统所要传递的数据量非常大，控制信号的实时性要求更高，需要进一步提高数据传输延时抖动和网络的吞吐量2个指标。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于时间片令牌机制的以太网通讯方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于时间片令牌机制的以太网通讯方法，包括有一台主机和多台从机，所述的一台主机和多台从机采用以太网星型连接方式在实时控制通信周期内实现实时数据交互，通信周期开始时，主机向多台从机组播控制指令帧，控制指令帧同时充当同步帧的作用，通知从机本次令牌循环开始；从机按照预定的优先级顺序，从最高级开始依次获取令牌；握有令牌的从机独占网络介质，将本机的数据发送给主机之后再将令牌传递给低优先级的从机，直至最低优先级的从机完成数据帧的发送，交回令牌并等待下一次周期同步帧。

所述的通信周期包括有三个时间段，分别为周期任务时间段、重发时间段和零星任务时间段，在通信周期工作过程中，三个时间段是相互独立的；当且仅当周期任务时间段内发生丢包时主机才会启动重发时间段，重发时间段的工作流程与周期任务时间段相同，区别在于主机在令牌中包含了需要重发的从机节点号，只有相应的从机节点需要重发采集数据帧，在时间段的末尾预留了零星任务段，当有零星任务需要发送时主机在该时间段内插入零星任务发送。

本发明的优点是：本发明采用软件模拟令牌环机制使得通讯延时近似有界，硬件上依然采用了以太网星型连接方式，在网络中虚拟插入令牌协议使得每个节点占用网络的时间相互独立以优化网络数据传输延时抖动和吞吐量，为实时控制网络实时数据交互数据量大和实时性要求高的实时数据传输提供了一种可行的技术方案，具有很好的通用性和继承性。

附图说明

图1为本发明原理图。

图2为本发明的数据流图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种基于时间片令牌机制的以太网通讯方法，包括有一台主机1和多台从机2，所述的一台主机1和多台从机2采用以太网星型连接方式在实时控制通信周期内实现实时数据交互，通信周期开始时，主机1向多台从机2组播控制指令帧，控制指令帧同时充当同步帧的作用，通知从机2本次令牌循环开始；从机2按照预定的优先级顺序，从最高级开始依次获取令牌；握有令牌的从机独占网络介质，将本机的数据发送给主机之后再将令牌传递给低优先级的从机，直至最低优先级的从机完成数据帧的发送，交回令牌并等待下一次周期同步帧。

所述的通信周期包括有三个时间段，分别为周期任务时间段、重发时间段和零星任务时间段，在通信周期工作过程中，三个时间段是相互独立的；当且仅当周期任务时间段内发生丢包时主机1才会启动重发时间段，重发时间段的工作流程与周期任务时间段相同，区别在于主机在令牌中包含了需要重发的从机节点号，只有相应的从机节点需要重发采集数据帧，在时间段的末尾预留了零星任务段，当有零星任务需要发送时主机在该时间段内插入零星任务发送。