FNP通信通道表建立算法设计与实现

FNP通信通道表建立算法设计与实现

1朱烨中,2龚伟,2葛纪荣

上海备特楼宇科技有限公司 上海市 200000

上海地铁第一运营有限公司 上海市 200000

Design and Implementation of FNP Communication Channel Table Establishment Algorithm

摘要：FNP是消防消防报警系统通用网络站点间通信协议，使用通信通道表进行站点间通信。本文介绍了FNP网络中通信通道表的建立维护，以及各站点的副本同步算法，在此基础上，给出了站点间通信的程序伪码，用此方式能够实现FNP网络中的网络通信。

关键词：FNP；通信通道表；数据同步

FNP（Fas alarm Network communication Protocol）是基于城市轨道交通广泛采用的高速光纤骨干网络中的通信协议，用于城市轨道交通消防报警系统通用网络站点间通信。

在FNP中，使用TCP/IP socket UDP方式通信，在网站点的网络IP地址收集在通信通道表（Channel Table）中，站点间通信首先通过通道信息表获取对方的IP地址，再将需要传送的数据组装成FNP报文，递交给TCP/IP协议层，以UDP方式发送到对方，如图1所示。

图1 FNP站点间通信

所以，通信通道表对于使用FNP协议通信来说成为重要，ChannelTab由主控中心站点负责维护，本文就从通道表的建立、更新和使用等方面设计通信通道表相关算法设计。

1 通道表

在城市轨道交通消防报警通用网络系统处于运行时，维护一份最新的ChannelTab，并且为每一个在线站点分发一个ChannelTab副本。ChannelTab中的信息分主要为三类：在线监视类；通信类；站点基本信息。如表1所示。

表1 ChannelTab主要信息

网络中的ChannelTab由主控中心站点维护，并将副本实时地下发到网络中实时在线的各站点。各站点每隔一段时间将ChannelTab表保存在本地。

2 通道表建立算法

ChannelTab由主控中心站点维护，其时序流程如图2所示。

图2 通信通道分配与通道表信息更新

设有一站点i，完成一次站点i的ChannelTab信息更新过程：网站i点将自身信息诸如，占用的通道号cn、站点IP地址、站点ID、站名…，定期提交给主控中心站；主控中心收到后，检查ChannelTab，若cn未分配，或cn已分配给其他站点，则为此站点重新分配一个cn；ChannelTab[cn].time计时，与系统时钟一致；返回最新的cn给站点i。

随着这一过程循环往复，周而复始地执行，主控中心站收集到网络中所有站的信息，从而使ChannelTab中存放的数据始终是最新的数据。

2.1 站点上线

最开始时ChannelTab为空，每当一个新站点，比如说站点Si进入网络时，Si向控制中心站发自己的相关信息，由主控中心站将Si存放ChannelTab中。

Si相关信息通过配置文件提供，存储在本地，诸多信息中比较关键的有两项：通信通道号cn和站点ID。cn表示到目前为止Si的通道号，cn可能仅仅是Si从本地配置文件设定的，也可能是主控站点分配的，所以有可能ChannelTab中并不存在cn通道，或cn与其他站点的通道号冲突，但是在ChannelTab中cn是否存在，或是否冲突，Si本身不能判断，必须由主控站点通过比对ChannelTab内容，才能断定。

如果cn在ChannelTab中不存在，或与其他站点的cn有冲突，则由主控站点重新分配一个，以取代先前的cn。由此可见，每个站点的cn可能随着网络的实际情况而发改变，这不利于使用cn来通信，为避免这种情况，使用站点ID，即每个网络中的站点必须要赋有一个唯一的站点编号，或站点ID，通信时，可能先通过站点ID先确定当前的cn，再根据cn在ChannelTab中取通信的IP地址，从而避免由于cn的改变给通信带来的不便。

接着主控站点用收到Si发送过来的最新信息，刷新ChannelTab中对应项的信息，主要是IP地址和时钟计时。除了主要信息，还有其他次要信息，但和通信无关，这里就不展开细述。

通过这种网络站点定期向主控中心发送信息，或者说主控中心站点定期收到来自网络站点信息这种机制，FNP协议的实现程序，可以将新上线站点加入到ChannelTab，并且始终保持ChannelTab中的信息处于最新状态。

2.2站点离线

对于正常下线，站点可以通过向主控中心发送报文，主动报告自己下线动作，主控中心收到报文后，在ChannelTab中标识该站点处于离线状态，并且其计时时钟停止计时。

对于非正常下线的，站点不能主动报告自身离线，针对这种情况，可以在主控中心站点设置一个监视器，定时检查ChannelTab，当某一通道中的计时时钟停止计时，超过规定时间（比如说30秒）即判定为非正常离线，并将其对应的通道设置为离线状态，如图3所示。

图3 通信cn的离线监视

图3仅列示是单个通道的离线监视时序流程框图，实际实现时，使用一个循环，遍历ChannelTab中的每一个通道，从而对所有通道实行监视。

处于离线状态的通道仍然保留在ChannelTab中，但是当一个站点超过一定期限（比如30天）没有上线，则监视程序认为该站点永久离线，并将该站点相对应的通道从ChannelTab中移出。

综上所述，通过采用主控站点定时收集网络上站点信息的机制，及采用定时监视各通道的离线的机制，维护ChannelTab，使ChannelTab能够记录各通道在线的实时状态。

3 通道表副本同步

使用FNP协议通信，网站间依据ChannelTab副本通信，所以如何保持各站点的ChannelTab副体与主控中心站点的ChannelTab正本保持实时同步尤为关键。

主控中心站点采用定时同步机制，进行各站点间通信通道表的同步操作，如图4所示。从ChannelTab第1个通道Ch1开始，即i=1，每一个定时到来，主控站点从ChannelTab中取若干（n）条通道信息，即Chi, Chi+1, …, Chi+n；i'=i+n；采用组播（广播）方式发送到各站点，更新其本地的ChannelTab副本，直到ChannelTab同步完毕。如此反复，循环执行这一过程，实现ChannelTab的正本与副本的实时同步。

对于一个正在运行的网络来说，除了最开始网络启动阶段，会存在ChannelTab副本信息稍有延时外，其他时间分布在网络中的ChannelTab正本和副本信息完全一致。

图4 ChannelTab的同步操作

4 基于通道表站点间通信

对于网络中有主控站点存在的情况，在主控站点的同步下，各站点在本地保存的ChannelTab内容完全一致，就如同整个网络中只存在一个ChannelTab，能及时反映出各站点当前的网络通信的IP地址等，所以，站点间通信完全可以依据同一的ChannelTab进行。

例如，站点A所在的通信通道为Cha，站点B所在的通道为Chb，从A向B发送数据的程序伪码为：

int SendData(unsigned int ch_b, char *data, int n)

{

to.sin_addr.s_addr = ChannelTab[ch_b].addr;

to.sin_port = ChannelTab[ch_b].port;

msg = MakeMsg(data, n);//数据组装成PNP报文

sendto(sock, &msg, len, to, sizeof(to));//将FNP包递交给

return waitingACK(&ChannelTab[ch_b]);//等待站点B的收到确认。

}

由于主控站点处理通道号的冲突机制，站点的所对应的通信通道号可能会改变，为了应对这种情况，可以使用站点ID来确认发送数据的目的站点。

例如，站点A的ID为IDa，站点B的ID为IDb，从A向B发送数据的程序伪码为：

int SendDataByID(unsigned int id_b, void *data, int n)

{

for(k=1; k<=last_cn; k++)

if (ChannelTab[k].id==id_b)break;

if(k>last_cn)return -3;

ch_b = k;

return SendData(ch_b, data, n);

}

对于网络中无主控中心站点存在的情况下，比如主控中心站在T时刻离线，那么网络中的各站点的ChannelTab信息将停止在T时刻，而不再更新。虽然ChannelTab信息不更新，但是它存的信息仍然可用，此时仍然可用前面两种方式与网络中各站点间进行通信。

当某站点离线，由于不网络上没有主控中心站点存在，故离线状态不能及时同步到各站点的ChannelTab，此时虽然仍然可以使用SendData及SendDataByID进行通信，但由于接收站点离线，发送端收不到接收确认，而得到一个发送超时的返回结果。所以，这种情况下，可以通过发送超时来判断接收方是否在线。

5 结论

在FNP中，由主控中心来维护通信通道表ChannelTab，一方面主控站点实时收集各站点的信息，实时更新ChannelTab正本，另一方面，用组播（广播）方式，将ChannelTab正本实时同步各站点本地的ChannelTab副本，使用网络中的ChannelTab正本和副本内容一致。

通过站点本地的ChannelTab，不论网络中的主控站点在线，还是离线，各站点均可依据本地ChannelTab通信，在主控站点离线的情况下，可以通过发送超时来判断接收方是否离线。

参考文献

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