專利名稱：高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及航空電子技術領域，特別是應用于分布式計算軟件的實時飛行仿真的 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。
背景技術：
在虛擬仿真當中，大多數(shù)引擎的數(shù)據(jù)交換方式是基于ICMP協(xié)議的TCP/IP傳輸，對 于整個仿真系統(tǒng)，視景畫面更新每一幀畫面的時候都需要做多任務的分布式計算，例如 飛行數(shù)據(jù)記錄，飛行軌跡，以及各個虛擬飛行儀表的數(shù)據(jù)更新等等，這些數(shù)據(jù)更新需求實時 性很高，而且針對每個節(jié)點(每一臺連上某網(wǎng)絡的計算機都是這個網(wǎng)絡上節(jié)點)上的數(shù)據(jù)更 新要同步可靠。這個時候基于ICMP協(xié)議TCP/IP傳輸就有幾點不足
1.首先，ICMP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議的子協(xié)議用于提供控制服務，允許路由器或 目標主機給數(shù)據(jù)的發(fā)送方提供反饋信息。需要發(fā)送反饋信息的情況包括數(shù)據(jù)包不能被發(fā) 送到目標主機，路由器緩沖區(qū)溢出導致數(shù)據(jù)包被刪除，路由器想要把流量重定向到另外一 個更短的路由上，這容易造成丟包，降低數(shù)據(jù)可靠性與實時性；
2.其次，當某個節(jié)點為數(shù)據(jù)發(fā)送源，它必須連接到同一物理網(wǎng)絡下，才能對網(wǎng) 絡內每個節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。3.網(wǎng)絡內每個節(jié)點除了跟視景節(jié)點通訊外，而且每個點節(jié)上分布式軟件 之間也需要數(shù)據(jù)通訊，這也涉及到不同的數(shù)據(jù)協(xié)議。要為它們單獨開發(fā)通訊協(xié)議，這樣加大 開發(fā)周期。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有的虛擬仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡存在易丟包、數(shù)據(jù)可靠性和實時性不 高、發(fā)送與接受節(jié)點須連接于同一物理網(wǎng)絡、涉及多數(shù)據(jù)協(xié)議開發(fā)周期長等技術問題，以提 供一種數(shù)據(jù)傳輸效率高、數(shù)據(jù)可靠性和實時性高、發(fā)送與接受節(jié)點可連接于不同物理網(wǎng)絡、 可兼容各節(jié)點不同數(shù)據(jù)協(xié)議的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，由網(wǎng)絡節(jié)點、IGMP協(xié)議網(wǎng)絡、共享內存池、 可變協(xié)議模塊和UDP廣播模塊構成，其工作流程如下
a)根據(jù)用戶定義，可變協(xié)議模塊構建用戶自定義數(shù)據(jù)協(xié)議結構體變量，并初 始化加入到IGMP協(xié)議網(wǎng)絡；
b)節(jié)點一(A)至節(jié)點二(B)初始化，并加入到本IGMP協(xié)議網(wǎng)絡中；
c)共享內存池和UDP廣播模塊根據(jù)節(jié)點一(A)至節(jié)點二(B)的配置文件獲得 網(wǎng)絡配置參數(shù)，并進行初始化；
d)如節(jié)點一(A)將數(shù)據(jù)寫入本地內存池，UPD廣播模塊將被調用，其發(fā)送線程 被喚醒，接受線程被掛起，將生成的數(shù)據(jù)包通過IGMP協(xié)議網(wǎng)絡寫入共享內存池中，共享內 存池中的數(shù)據(jù)解包后，UPD廣播模塊再次被調用，其接受線程被喚醒，發(fā)送線程被掛起，變量通過IGMP協(xié)議網(wǎng)絡被寫入到節(jié)點二(B)的本地內存池中；
e)可變協(xié)議模塊更新節(jié)點二(B)上本地的用戶自定義數(shù)據(jù)協(xié)議結構體變量。本發(fā)明的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其中所述步驟b)中當節(jié)點一(A)至節(jié)點二 (B)準備加入到本IGMP協(xié)議網(wǎng)絡中時，首先初始化其本地內存池，然后判斷對內存池進行 讀或寫操作，如果是進行寫操作，那么該節(jié)點的本地內存池作為共享內存池通過網(wǎng)絡映射 到其他節(jié)點的內存池上；如果是讀操作，共享內存池映射到該節(jié)點的本地內存池上；如果 節(jié)點退出本IGMP協(xié)議網(wǎng)絡，則對本地內存池作清零操作。本發(fā)明的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其中所述步驟d)中節(jié)點一(A)將數(shù)據(jù)寫入 本地內存池后，其本地內存池內偏移量地址為X的內存變量被寫操作更新，UPD廣播模塊被 調用，其發(fā)送線程被喚醒，接受線程被掛起，將數(shù)據(jù)打包后通過IGMP協(xié)議網(wǎng)絡寫入共享內 存池中，共享內存池中的數(shù)據(jù)解包后，UPD廣播模塊將被調用，其接受線程被喚醒，發(fā)送線程 被掛起，節(jié)點二(B)的本地內存池內偏移量地址為X的內存變量通過IGMP協(xié)議網(wǎng)絡被寫操 作更新。本發(fā)明的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其中所述的UDP廣播通過雙線程進行廣播 的發(fā)送和接受，當節(jié)點UDP初始化成功以后，啟動接受和發(fā)送線程，兩個線程都處于掛起狀 態(tài)，當節(jié)點對內存池進行寫操作的時候，掛起接收線程，喚起發(fā)送線程；當節(jié)點對內存池進 行讀操作的時候，掛起發(fā)送線程，喚起接受線程；完成操作過后判斷是否退出網(wǎng)絡，如果要 退出，則直接停止兩個線程，并關閉套接字，退出網(wǎng)絡，否則繼續(xù)進行數(shù)據(jù)交流。本發(fā)明的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其中所述步驟d中的數(shù)據(jù)包定義為包頭、 內存地偏移量地址、數(shù)據(jù)長度、需要更新的的數(shù)據(jù)和檢驗和。本發(fā)明的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其中所述節(jié)點二 B可以為一個，也可以為 兩個以上相同或不同的節(jié)點。
本發(fā)明高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的有益效果
1.通過IGMP協(xié)議交換組員信息，組播可以大大地節(jié)省網(wǎng)絡帶寬，因為無論 有多個目標地址在整個網(wǎng)絡的任何一個鏈路上只傳送單一的數(shù)據(jù)包，它提高了數(shù)據(jù)傳送效 率，減少了主干網(wǎng)絡出現(xiàn)的擁塞的可能性；
2.共享內存網(wǎng)絡中的主機可以是在同一物理網(wǎng)絡，也可以是不同的物理網(wǎng) 絡，間接節(jié)約了分布式軟件開發(fā)周期，同時提高了整個系統(tǒng)的實時性；
3.用戶可以完全根據(jù)實際的整體數(shù)據(jù)協(xié)議需求，自定義的結構體數(shù)據(jù)寫入共 享的內存池中，這樣可以兼容到每個節(jié)點上不同的數(shù)據(jù)協(xié)議，例如CAN總線協(xié)議，USB總線 協(xié)議，以及航電ARNC429協(xié)議等等，從工程項目上，可以減小數(shù)據(jù)通訊上的開發(fā)周期，并且 能靈活更改用戶的數(shù)據(jù)協(xié)議，體現(xiàn)出其具有很高的數(shù)據(jù)協(xié)議兼容性。


圖1本發(fā)明的系統(tǒng)架構原理圖 圖2本發(fā)明的共享內存池工作原理圖 圖3本發(fā)明的共享內存池工作流程4本發(fā)明的UPD廣播模塊工作流程圖 圖5本發(fā)明的數(shù)據(jù)包定義示意圖
具體實施例方式本發(fā)明詳細結構、應用原理、作用與功效，參照附圖1 一 5，通過如下實施方式予以 說明。為解決提高數(shù)據(jù)傳輸實時性，而且兼容不同軟件之間的數(shù)據(jù)協(xié)議，本發(fā)明以軟件 模塊形式開發(fā)了高兼容性的實時數(shù)據(jù)協(xié)議網(wǎng)絡，除網(wǎng)絡節(jié)點、IGMP協(xié)議網(wǎng)絡外，本發(fā)明主要 分為三大模塊共享內存池模塊，UDP廣播模塊，可變協(xié)議模塊。共享內存池模塊為了讓高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡每個節(jié)點都能實時統(tǒng)一更新 數(shù)據(jù)，每個加入到高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的節(jié)點，須先通過共享內存模塊，建立起一個 屬于當前高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的共享內存池。每個節(jié)點須先創(chuàng)建起本地的內存池， 且每個節(jié)點都須具有與其他節(jié)點完全相同的獨立偏移地址，即網(wǎng)絡中任意節(jié)點的內存池上 地址偏移量一一對應。當某個節(jié)點加入高兼容的實時數(shù)據(jù)協(xié)議網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)源，并要對本 地內存池進行寫入操作時，它創(chuàng)建的本地內存池就會抽象作為高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡 的全局內存池，只要這個節(jié)點修改本地內存池上某一段偏移量地址上的數(shù)據(jù)，就會立刻通 過網(wǎng)絡傳輸將本地內存池映射到其他節(jié)點的內存池上，也就是其他的節(jié)點將更新的數(shù)據(jù)寫 入本地內存池相同的某一段偏移量地址上。參見附圖2所示，A、B、C、D節(jié)點四個加入高兼容的實時數(shù)據(jù)協(xié)議網(wǎng)絡的節(jié)點，當節(jié) 點A對內存池1內偏移量地址為OxOlSD的內存變量進行寫操作被更新，之后通過網(wǎng)絡映射 到其他B、C、D節(jié)點的內存池1上的相同地址0x018D上，此時節(jié)點B、C、D在內存池1的偏 移量地址為OxOlSD的內存上讀取的數(shù)據(jù)也是節(jié)點A上更新的數(shù)據(jù)。由此可見用戶對本地 節(jié)點內存池上的內存的讀寫相當于全局共享的內存地址，而這個全局內存池是所有節(jié)點都 可以共享的，從而實現(xiàn)分布節(jié)點的可見共享和數(shù)據(jù)通信。共享內存池工作流程如附圖3所 示，當節(jié)點正準備加入到高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，首先初始化本地內存池，然后在判斷 對內存池進行對讀或寫操作，如果是進行寫操作，那么該節(jié)點的本地內存池作為共享內存 池通過網(wǎng)絡映射到其他節(jié)點的內存池上，否則即該節(jié)點對本地內存池進行讀操作，共享內 存池映射到該節(jié)點的本地內存池上，最后如果節(jié)點要退出高兼容的實時數(shù)據(jù)協(xié)議網(wǎng)絡之前 必需要對本地內存池清零。UDP廣播模塊本發(fā)明是以IGMP協(xié)議為基礎采用星形拓撲結構的物理鏈接，為了 讓每個加入高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點上的數(shù)據(jù)能在共享內存池上進行數(shù)據(jù)更新，就 需要通過UDP廣播模塊來實現(xiàn)傳輸功能。如附圖4所示UDP廣播是通過雙線程進行廣播 的發(fā)送和接受，當節(jié)點UDP初始化成功以后，啟動接受和發(fā)送線程，兩個線程都處于掛起狀 態(tài)，當節(jié)點進行對內存池進行寫操作的時候，掛起接收線程，喚起發(fā)送線程；當節(jié)點進行對 內存池進行讀操作的時候，掛起發(fā)送線程，喚起接受線程；完成操作過后判斷是否退出網(wǎng) 絡，如果要退出直接停止兩個線程，并關閉套接字，退出網(wǎng)絡，否則繼續(xù)進行數(shù)據(jù)交流?？勺儏f(xié)議模塊為使UDP廣播提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)協(xié)議的準確性和兼容性，這就是可變 協(xié)議模塊的作用，它可以加入一個可定義協(xié)議設計在，如附圖5中所示，對在網(wǎng)絡內發(fā)送接 收的數(shù)據(jù)包進行特定定義，包頭是為了辨認是否是我們需要的數(shù)據(jù)，并判斷是否錯包，如果是可以直接丟棄；偏移量地址就是內存池內的偏移量地址，用戶可以直接在內存池偏移量 地址范圍內自定義結構體數(shù)據(jù)，每個特定偏移量地址具有特殊變量意義，這樣用戶就可以 自定義相關變量達到兼容不同數(shù)據(jù)協(xié)議的目的，從而實現(xiàn)它高兼容性的意義之所在；數(shù)據(jù) 包長度是指本數(shù)據(jù)含有的字節(jié)長度；需要更新數(shù)據(jù)就是偏移量地址上的特定變量；檢驗和 用于判斷是否丟包了。通過IGMP協(xié)議交換組員信息，組播可以大大地節(jié)省網(wǎng)絡帶寬，因為無論有多個目 標地址在整個網(wǎng)絡的任何一個鏈路上只傳送單一的數(shù)據(jù)包，它提高了數(shù)據(jù)傳送效率，減少 了主干網(wǎng)絡出現(xiàn)的擁塞的可能性。共享內存網(wǎng)絡中的主機可以是在同一物理網(wǎng)絡，也可以 是不同的物理網(wǎng)絡，間接的也節(jié)約了分布式軟件開發(fā)周期，也提高整個系統(tǒng)實時性。用戶可以完全根據(jù)實際的整體數(shù)據(jù)協(xié)議需求，自定義的結構體數(shù)據(jù)寫入共享的內 存池中，這樣就可以兼容到每個節(jié)點上不同的數(shù)據(jù)協(xié)議，例如CAN總線協(xié)議，USB總線協(xié)議， 以及航電ARNC429協(xié)議等等。這樣從工程項目上，可以減小數(shù)據(jù)通訊上的開發(fā)周期，并且能 靈活更改用戶的數(shù)據(jù)協(xié)議，體現(xiàn)出它具有很具有很高的數(shù)據(jù)協(xié)議兼容性。如上所述，本發(fā)明的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡具有數(shù)據(jù)傳輸效率高、數(shù)據(jù)可靠 性和實時性高、發(fā)送與接受節(jié)點可連接于不同物理網(wǎng)絡、可兼容各節(jié)點不同數(shù)據(jù)協(xié)議等優(yōu) 點，可廣泛應用于虛擬仿真的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡中。
權利要求
1.高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其特征在于由網(wǎng)絡節(jié)點、IGMP協(xié)議網(wǎng)絡、共享內存 池、可變協(xié)議模塊和UDP廣播模塊構成，其工作流程如下a)根據(jù)用戶定義，可變協(xié)議模塊構建用戶自定義數(shù)據(jù)協(xié)議結構體變量，并初始化加入 到IGMP協(xié)議網(wǎng)絡；b)節(jié)點一(A)至節(jié)點二(B)初始化，并加入到本IGMP協(xié)議網(wǎng)絡中；c)共享內存池和UDP廣播模塊根據(jù)節(jié)點一(A)至節(jié)點二(B)的配置文件獲得網(wǎng)絡配置 參數(shù)，并進行初始化；d)如節(jié)點一(A)將數(shù)據(jù)寫入本地內存池，UPD廣播模塊將被調用，其發(fā)送線程被喚醒， 接受線程被掛起，將生成的數(shù)據(jù)包通過IGMP協(xié)議網(wǎng)絡寫入共享內存池中，共享內存池中 的數(shù)據(jù)解包后，UPD廣播模塊再次被調用，其接受線程被喚醒，發(fā)送線程被掛起，變量通過 IGMP協(xié)議網(wǎng)絡被寫入到節(jié)點二(B)的本地內存池中；e)可變協(xié)議模塊更新節(jié)點二(B)上本地的用戶自定義數(shù)據(jù)協(xié)議結構體變量。
2.如權利要求1所述的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其特征在于所述步驟b)中當節(jié) 點一(A)至節(jié)點二(B)準備加入到本IGMP協(xié)議網(wǎng)絡中時，首先初始化其本地內存池，然后判 斷對內存池進行讀或寫操作，如果是進行寫操作，那么該節(jié)點的本地內存池作為共享內存 池通過網(wǎng)絡映射到其他節(jié)點的內存池上；如果是讀操作，共享內存池映射到該節(jié)點的本地 內存池上；如果節(jié)點退出本IGMP協(xié)議網(wǎng)絡，則對本地內存池作清零操作。
3.如權利要求1所述的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其特征在于所述步驟d)中節(jié)點 一(A)將數(shù)據(jù)寫入本地內存池后，其本地內存池內偏移量地址為X的內存變量被寫操作更 新，UPD廣播模塊被調用，其發(fā)送線程被喚醒，接受線程被掛起，將數(shù)據(jù)打包后通過IGMP協(xié) 議網(wǎng)絡寫入共享內存池中，共享內存池中的數(shù)據(jù)解包后，UPD廣播模塊將被調用，其接受線 程被喚醒，發(fā)送線程被掛起，節(jié)點二(B)的本地內存池內偏移量地址為X的內存變量通過 IGMP協(xié)議網(wǎng)絡被寫操作更新。
4.如權利要求1所述的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其特征在于所述的UDP廣播通 過雙線程進行廣播的發(fā)送和接受，當節(jié)點UDP初始化成功以后，啟動接受和發(fā)送線程，兩個 線程都處于掛起狀態(tài)，當節(jié)點對內存池進行寫操作的時候，掛起接收線程，喚起發(fā)送線程； 當節(jié)點對內存池進行讀操作的時候，掛起發(fā)送線程，喚起接受線程；完成操作過后判斷是否 退出網(wǎng)絡，如果要退出，則直接停止兩個線程，并關閉套接字，退出網(wǎng)絡，否則繼續(xù)進行數(shù)據(jù) 交流。
5.如權利要求1所述的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其特征在于所述步驟d)中的數(shù) 據(jù)包定義為包頭、內存地偏移量地址、數(shù)據(jù)長度、需要更新的的數(shù)據(jù)和檢驗和。
6.如權利要求1所述的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其特征在于所述節(jié)點二(B)可以 為一個，也可以為兩個以上相同或不同的節(jié)點。
全文摘要
本發(fā)明的高兼容性實時仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，涉及航空電子技術領域，旨在解決現(xiàn)有的虛擬仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡存在易丟包、數(shù)據(jù)可靠性和實時性不高、發(fā)送與接受節(jié)點須連接于同一物理網(wǎng)絡、涉及多數(shù)據(jù)協(xié)議開發(fā)周期長等技術問題。本發(fā)明由網(wǎng)絡節(jié)點、IGMP協(xié)議網(wǎng)絡、共享內存池、可變協(xié)議模塊和UDP廣播模塊構成。
文檔編號H04L29/06GK102006308SQ20101059187
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權日2010年12月16日
發(fā)明者彭鼎 申請人:成都西麥克虛擬現(xiàn)實電子技術有限公司