СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ МЕЖДУ НЕОДНОРОДНЫМИ СИСТЕМАМИ ОБРАБОТКИ, СОЕДИНЕННЫМИ В ЛОКАЛЬНУЮ СЕТЬ, И СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ЭТОТ СПОСОБ
METHOD OF TRANSMITTING DATA BETWEEN NONHOMOGENEOUS PROCESSING SYSTEMS CONNECTED INTO LOCAL AREA NETWORK, AND TRANSMISSION SYSTEM USING SAID METHOD

Область техники
Объектом изобретения является способ передачи данных между несколькими неоднородными системами обработки данных, соединенными в локальную сеть, в которой конфигурация передач запоминается в средстве хранения, связанном с сетью и доступном для каждой системы обработки. Изобретение касается также системы передачи, осуществляющей этот способ.
Изобретение находит применение в области передачи данных по сети, в частности, по сети Ethernet с системами обработки, удаленными друг от друга или находящимися в одной и той же машине. В частности, изобретение находит применение в области авиации и, в частности, в авиационном моделировании и передачи информации на борту летательного аппарата или предназначено для установки на борту летательного аппарата.
Уровень техники
В области передачи данных часто различные системы обработки данных соединяют вместе при помощи локальной сети, такой как сеть Ethernet. Эта связь через локальную сеть позволяет различным системам обработки обмениваться данными между собой в полной безопасности, то есть внешние системы не могут иметь доступа к этим данным. В некоторых областях и, в частности, в авиации эти системы часто устанавливают постепенно, по мере возникновения потребностей и изменения этих потребностей. Как правило, каждую из этих систем устанавливают или модифицируют для решения одной или нескольких частных задач.
Следовательно, каждую систему часто разрабатывают в конкретном контексте с присущим только ей средством связи. В частности, в области авиации различные системы, такие как вычислительные устройства, программные приложения, симуляторы и т.д., выполняют с использованием разного оборудования, в разные периоды, то есть с разной степенью технического развития. Эти разные системы предназначены для установки на одном и том же летательном аппарате, например, в случае передачи данных на борту летательного аппарата, или связанных друг с другом, например, в случае, когда средство моделирования соединяют с вычислительными устройствами летательного аппарата. Таким образом, каждую систему устанавливают с присущим для нее средством передачи, которое зависит от типа обрабатываемых данных, от экономического контекста и технического контекста периода, во время которого устанавливают систему. Таким образом, первоначально каждую систему рассчитывают для индивидуальной работы и для решения специфических задач. Однако некоторые данные могут быть полезны нескольким системам обработки. Поэтому в целях экономии материальных ресурсов и времени обработки часто несколько систем обработки связывают между собой при помощи локальной сети типа сети Ethernet для образования единой системы передачи, называемой сетью передачи. В этом случае такая система передачи имеет общую неоднородную архитектуру.
Учитывая эту неоднородность систем обработки, объединение в сеть этих систем требует адаптации каждой из систем к средству передачи, чтобы доставлять понятные данные каждой из воспринимающих систем, выполненных с возможностью передачи или приема данных. Иначе говоря, не адаптированная система не сможет понять данные, переданные из другой системы. Точно так же данные, отправленные этой системой, будут непонятными, а значит, бесполезными для других систем сети. Эта адаптация систем требует наличия средства перевода, позволяющего переводить данные, произведенные в формате одной системы, в формат другой системы.
Таким образом, понятно, что чем больше число систем, соединенных в сеть, тем более сложной является разработка этого средства перевода и тем длительнее время интегрирования этого средства.
Кроме того, каждый раз, когда устанавливают и соединяют в сеть новую систему, необходимо адаптировать уже существующее средство перевода для адаптации новой системы к комплексу передачи. Перевод формата данных новой системы должен быть, следовательно, включен в существующее средство перевода, чтобы данные этой новой системы были понятными системами, уже размещенными в сети.
Кроме того, облуживание комплекса системы передачи является сложным и деликатным, так как каждая система обработки требует разного обслуживания с разными решениями. Кроме того, если одна система в какой-то момент выходит из строя, эту систему невозможно заменить другой системой сети, чтобы выполнять, по меньшей мере, некоторые из ее обработок, так как каждая система имеет свой собственный формат.
Такая система передачи с неоднородной архитектурой представлена, таким образом, вышеуказанными недостатками, что влечет за собой затраты на ее эксплуатацию, которые зависят напрямую от времени осуществления перевода данных и поиска неисправностей.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных технических решений. В этой связи изобретение предлагает способ передачи данных между несколькими системами обработки, в котором одну и ту же конфигурацию данных адаптируют для всех систем. Для этого способ в соответствии с настоящим изобретением предполагает сохранение базовой информации, связанной с данными и с топологией сети, в простой, однородной и однозначной форме в централизованном средстве хранения, доступном всем системам обработки. Этот способ предлагает запоминать всю информацию, необходимую для всех систем обработки сети передачи в одинаковом виде и в месте, доступном для каждой системы. Обмен данных между системами происходит в виде сообщений, имеющих единую конфигурацию и включающих в себя количество информации, строго ограниченное до минимума. Эта информация позволяет принимающей сообщение системе разыскать в централизованном средстве хранения все данные, соответствующие этому сообщению.
В частности, изобретением предлагается способ передачи данных между, по меньшей мере, одной первой и одной второй системами обработки данных, соединенными в локальную сеть, причем каждая система обработки выполнена с возможностью исполнения, по меньшей мере, одного приложения. Этот способ отличается тем, что обмениваемые данные организованы в сообщения, причем эти сообщения, а также системы обработки и приложения описаны в файлах, запомненных в блоке хранения, соединенном с сетью и доступном для систем обработки данных, таким образом, чтобы принимающая сообщение система обработки данных могла на основании информации, доставленной в сообщении, найти необходимые для себя данные в файлах блока хранения.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя также один или несколько следующих отличительных признаков:
- одним из запомненных файлов является файл машины, включающий в себя список всех систем обработки с сетевым адресом каждой системы и определяющий топологию сети.
- одним из запомненных файлов является файл приложения, включающий в себя список всех приложений и систем, в которых может исполняться каждое приложение.
- одним из запомненных файлов является файл сообщения, включающий в себя все данные, которые могут быть предметом обмена, а также маршруты направления между приложениями для передачи этих данных.
- одним из запомненных файлов является файл пользователя, содержащий имя.
- файл машины, файл приложения и файл сообщения являются файлами, используемыми всеми пользователями.
- файл пользователя является специфическим для каждого пользователя.
- файлы выполнены в формате XML.
- каждое сообщение включает в себя, по меньшей мере, три поля данных.
- первое поле содержит идентификатор сообщения, второе поле содержит длину данных сообщения, и третье поле содержит параметры для обмена.
- сеть передачи, соединяющая системы обработки, является сетью Ethernet.
Изобретение касается также системы передачи данных, включающей в себя множество систем обработки, связанных в локальную сеть, отличающуюся тем, что она включает в себя блок хранения, включающий в себя:
- файл сообщения, описывающий все данные, которыми можно обмениваться в сети,
- файл машины, описывающий топологию сети передачи, со списком всех систем и их соответствующих адресов в сети,
- файл приложения, определяющий все приложения, которые могут быть исполнены в сети, со всей информацией, связанной с каждым приложением.
Блок хранения является централизованным, установлен в сети и является доступным для всех систем обработки.
Фиг.1 - схематично представлена система передачи в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - представлен пример сообщения, обмениваемого в системе передачи, показанной на фиг.1, имеющей конфигурацию способа изобретения.
Фиг.3 - представлена таблица, описывающая примеры типов параметров сообщения, показанного на фиг.2.
Фиг.4, 5, 6 и 7 - представлены примеры файлов, записанных в централизованном средстве хранения системы передачи в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.8А и 8В - представлен соответственно пример передачи сообщений в системе передачи в соответствии с настоящим изобретением и таблица, обобщающая этот обмен сообщениями.
Подробное описание вариантов выполнения изобретения
Изобретение касается способа передачи данных или протокола передачи, обеспечивающего обмен однородными данными между несколькими системами обработки данных, соединенными при помощи локальной сети. Эти системы могут быть установлены на борту летательного аппарата; они могут также находиться на земле, в частности, когда эти системы являются средствами моделирования, связанными с вычислительными устройствами самолетов, для подтверждения работоспособности упомянутых вычислительных средств перед первым полетом. В дальнейшем тексте описания речь будет идти о протоколе передачи в летательном аппарате, при этом подразумевается, что он касается также наземных систем, связанных с летательным аппаратом. Эта локальная сеть может быть сетью Ethernet или любой другой сетью, работающей при помощи протокола пакетной передачи данных. Таким образом, передача данных по локальной сети осуществляется при помощи стандартного процесса передачи, такого как протокол сети Ethernet или сети Internet. Данные передаются по этой сети в виде сообщений, имеющих специальную конфигурацию, которая будет описана ниже.
Способ в соответствии с настоящим изобретением основан на использовании простой, единой и однородной топологии, которая позволяет описать всю информацию, полезную для систем обработки данных, с одинаковой конфигурацией и записать определение этой информации в одном и том же едином централизованном средстве хранения, называемом блоком хранения. Этот блок хранения работает с использованием известного формата, такого как формат XML. Формат XML является машинным языком, адаптированным для управления длинными и сложными документами, которые встречаются в интрасетях, и позволяющим пользователю выбирать тип информации, которую он хочет просмотреть.
Конфигурация передач может быть также распределена на уровне каждого пользователя, при этом ее когерентность обеспечивается протоколом в соответствии с настоящим изобретением.
Согласно изобретению, полезная информация, запоминаемая в блоке хранения, касается идентификации пользователей сети передачи, а именно, приложений, выполняемых системами обработки сети, а также идентификации различных обмениваемых данных. Изобретение предлагает также идентифицировать механизмы форматирования и распределения данных каждой системы обработки.
Для этого способ в соответствии с настоящим изобретением предлагает описывать всю информацию в файлах, записанных в централизованном средстве хранения. Каждый файл объединяет информацию, связанную с одним типом элемента, например, системами обработки, приложениями и т.д. В частности, в предпочтительном варианте выполнения изобретения четыре файла позволяют определить всю полезную информацию всех систем обработки. Как будет подробнее пояснено ниже, первый файл, называемый файлом машины, описывает топологию сети передачи со списком всех систем и с их соответствующим адресом в сети. Второй файл, называемый файлом приложения, определяет все приложения, которые могут выполняться в сети, со всей информацией, связанной с каждым приложением. Третий файл, называемый файлом сообщения, описывает все данные, которыми можно обмениваться в сети, со всей информацией, связанной с этими данными. Четвертый файл, называемый файлом пользователя, идентифицирует всех пользователей сети, то есть содержит имя каждого приложения сети.
Пример сети передачи, использующей способ в соответствии с настоящим изобретением, показан на фиг.1. Эта сеть 1 передачи содержит несколько систем обработки данных. Эти системы обработки удалены друг от друга или находятся в одной машине. В примере, показанном на фиг.1, система 111 установлена на машине 11, система 101 и система 102 установлены на машине 10, система 131 установлена на машине 13, и система 121 установлена в машине 12. Эти машины могут быть, например, бортовым вычислительным устройством летательного аппарата, симулятором полета или любой другой вычислительной машиной, позволяющей определять параметры полета летательного аппарата.
Эти системы обработки соединены друг с другом через локальную сеть. К этой сети подключен также блок 2 хранения всей полезной информации, предназначенной для этих систем. Блок хранения является блоком сохранения, предназначенным только для конфигурации воспринимаемых данных, используемых системами обработки данных. Такой блок хранения, как показанный на фиг.1, соответствует конфигурации передач. Это отображение конфигурации передач является только примером. Фиг.1 не является ограничительной с точки зрения топологии сети. Блок 2 хранения включает в себя несколько файлов, например, файл 21 машины, файл 22 приложения, файл 23 сообщения и файл 24 пользователя, которые будут подробно описаны ниже.
Отличительным признаком этого блока хранения является постоянное или почти постоянное сохранение. Все системы обработки данных сети 1 имеют доступ к этому блоку 2 хранения. Таким образом, этот блок хранения представляет собой централизованное средство сохранения информации. Этот блок 2 хранения позволяет обеспечить совершенную однородность сети передачи, так как вся информация описана в нем одинаково. Таким образом, любая система обработки, получающая доступ к информации, получает ту же информацию, которая была принята или передана другой системой сети. Это обеспечивает когерентность сети передачи, так как вся необходимая информация собрана в одном месте и имеет единую конфигурацию. Так, информация может быть понята только одним и единым образом всеми системами обработки сети. За счет этого исключается возможность неправильной интерпретации. Таким образом, протокол передачи в соответствии с настоящим изобретением является недвусмысленным.
Дополнительным преимуществом этого централизованного блока 2 хранения является то, что каждое изменение данной системы может быть известно для всех систем обработки. Изменение вносится только в файл или файлы, содержащие эти данные, и оно отражается на системах, когда они ведут их поиск в блоке хранения. Кроме того, если способ в соответствии с настоящим изобретением выбирает классический формат, такой как формат XML, то конфигурация сети является изменяемой как по числу объектов, так и по атрибутам, характеризующим каждый объект. За счет этого он обеспечивает быстроту интегрирования и соединения системы, так как во время интегрирования новой системы изменения касаются только одних файлов блока хранения. В любом случае интерфейсы передачи, обслуживающие пользователей сети, не изменяются.
В этой сети передачи в соответствии с настоящим изобретением обмен данных происходит между системами обработки при помощи сообщений, проходящих по сети. Сообщение является базовым элементом в передачи по сети. Для обеспечения однородности сети все сообщения имеют единую конфигурацию, то есть все они включают в себя одинаковые поля, размещенные в одинаковом порядке.
На фиг.2 показан пример сообщения, имеющего конфигурацию в соответствии с настоящим изобретением. Это сообщение включает в себя первое поле ch1, называемое полем идентификатора и соответствующее идентификации рассматриваемого сообщения. Оно включает в себя второе поле ch2, называемое полем длины и дающее размер сообщения, выраженный в байтах. Оно включает в себя третье поле ch3, называемое полем параметра, которое содержит все параметры или данные, передаваемые по сети. Таким образом, каждое сообщение, проходящее по локальной сети, идентифицируется единым номером.
Сообщения являются базовыми элементами, обмениваемыми между пользователями, то есть между приложениями, выполняемыми системами обработки, причем каждое сообщение содержит:
- идентификатор сообщения, причем этот идентификатор имеет вид целого числа,
- длину сообщения, что позволяет пользователю, принимающему сообщение, найти тип переданных данных,
- параметры, то есть данные, которые должны быть переданы другому пользователю. На основании информации, содержащейся в сообщении, система, принимающая сообщение, или принимающий пользователь может найти необходимые для него данные в файлах блока хранения. В частности, на основании длины сообщения принимающая система может найти тип данных, и на основании параметров сообщения она может определить значение этих данных.
На фиг.3 в виде таблицы представлены примеры типов параметров или типов данных, которые могут содержаться в сообщении. Эта таблица включает в себя список типов с соответствующей им длиной в байтах. Именно это значение в байтах передается в сообщении. При получении сообщения принимающая система выявляет в конфигурации сообщений признаки полученного им сообщения, основываясь на идентификаторе сообщения (первое поле). Она сравнивает длину (второе поле) с теоретической длиной, найденной в конфигурации, с целью проверки нормального состояния передач, затем раскрывает совокупность параметров, составляющих сообщение (третье поле), чтобы обеспечить декодирование. Этими параметрами могут быть, например, целое число, байт, вещественное число, таблица или параметр переменного размера. В случае, когда элементарный тип является параметром переменного размера, способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет минимизировать полосу пропускании для передачи только строго необходимого объема.
Преимуществом передачи длины является уменьшение размера сообщения, что облегчает его перемещение. Действительно, уменьшение размера сообщения до его строгого минимума позволяет сэкономить полосу пропускания и обеспечить более быструю передачу сообщения. Знание точной скорости передачи и объемов передаваемой информации позволяет контролировать полосу пропускания и, следовательно, избежать проблемы затора.
Совокупность описанной выше конфигурации сообщения позволяет ограничить размер сообщений до строгого минимума. Таким образом, каждое сообщение, проходящее по сети, сведено до его минимума, причем этот минимум все же остается достаточным, чтобы сообщение могло быть понято принимающей системой. Вместе с тем, понятно, что можно использовать и другие конфигурации сообщения.
Как было указано выше, все воспринимаемые данные, которые могут быть использованы в сети передачи в соответствии с настоящим изобретением, определяются и записываются в единый и централизованный блок хранения или распределяются на уровне каждого объекта сети. Эти данные распределены в нескольких файлах конфигурации, при этом каждый файл связан с отдельной функцией или отдельным элементом сети. Таким образом, данные разбиты на несколько файлов, что позволяет облегчить физическое описание сети передачи, приложений, а также статических и динамических характеристик данных.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения данные распределены в четырех вышеуказанных файлах:
- файл машины описывает топологию сети. Пример этого файла показан на фиг.4. Этот файл описывает все виды информации и характеристики, связанные с каждой из систем обработки данных сети. Этот файл ведет учет, в частности, машин, на которых установлены различные системы. Этот файл учитывает также адреса этих систем в сети под именем адресов IP. Этот файл машины используется всеми пользователями, то есть все приложения могут иметь к нему доступ из любой системы обработки сети.
- файл приложения идентифицирует все приложения, которые могут быть выполнены в системах обработки сети. Пример такого файла показан на фиг.5. Этот файл приложения ведет учет всех приложений сети. Для каждого приложения он описывает системы обработки, в которых может быть выполнено приложение. Он описывает также для каждого приложения связи между разными параметрами. Эти связи определяют маршруты передачи, называемые каналами передачи (channel в англо-саксонской терминологии). Эти каналы определяются своим именем, адресом IP, типом форматирования (andianness в англо-саксонской терминологии) и номером порта в смысле UDP/TCP. Порты ТСР и UDP являются режимами синхронизации данных, соответственно с гарантией или без гарантии соблюдения доставки и порядка доставки данных. Этот файл приложения используется всеми пользователями.
- файл сообщения идентифицирует все данные или параметры, которые могут подлежать обмену. Пример такого файла показан на фиг.7. Этот файл сообщения ведет учет всех сообщений и для каждого сообщения описывает тип сообщения, тип передачи, а также период передачи. Файл сообщения описывает также для каждого сообщения отправляющее сообщение приложение, принимающее приложение, а также направляющие каналы от отправляющего приложения к принимающему приложению. Он содержит также идентификацию сообщения, а также длину передаваемого сообщения. Наконец, он определяет параметры, содержащиеся в каждом сообщении, а также тип и размер этих параметров. Файл сообщения - это файл, используемый всеми пользователями.
- файл пользователя идентифицирует самого пользователя, то есть соответствующее приложение. Пример такого файла представлен на фиг.6. Этот файл пользователя включает в себя имя приложения, передачи которой должны быть учтены. Этот файл позволяет заменить первого пользователя на второго пользователя, просто заменяя имя пользователя в упомянутом файле. Этот файл пользователя является специфическим для каждого пользователя. Другие пользователи его просматривать не могут.
На фиг.8А и 8В представлен пример сети передачи в соответствии с настоящим изобретением, в котором три системы обработки данных Н1, Н2, Н3 соединены сетью Ethernet. Система Н1 и система Н2 используют процессоры типа Little. Система Н2 использует процессор, работающий в режиме Big. Типы Little и Big являются двумя разными видами и не совместимы с представлением данных в памяти. Система Н1 содержит несколько приложений, а именно приложения А1 и А2. Система Н2 содержит приложение А3, и система Н3 содержит приложение А4.
Каждое из этих приложений использует канал С для передачи своей информации в сеть. Например, приложение А1 передает свои сообщения М1 и М2 по каналу С1 к приложению А3 и свое сообщение М4 по каналу С2 к приложению А1. Приложение А3 передает свое сообщение М3 по каналу С4 к приложению А1. Приложение А4 передает свое сообщение М6 по каналу С5 к приложениям А2 и А1. Приложение А2 передает свое сообщение М5 по каналу С3 к приложению А4.
Каждый канал С1, С2, С3, С4 или С5 помечен адресом IP и портом ТСР или UDP. Примеры адресов этих каналов указаны под каждой системой Н1, Н2 и Н3.
Обмены сообщениями между этими тремя системами Н1, Н2 и Н3 обобщены в таблице на фиг.8В. Таким образом, в этой таблице сгруппирована информация, относящаяся к различным сообщениям, передаваемым по локальной сети, в примере по сети, показанной на фиг.8А. Например, первая передача сообщения с идентификатором 1 отправляет сообщение М1 от приложения А1 по каналу С1 к приложению А3 по каналу С4. Параметры, передаваемые сообщением М1, являются параметром I32 и параметром F64. Этот параметр F64 является 64 битными данными вещественного типа с 5 действующими знаками. Параметр I32 является целым 32 битным числом.
Каждое приложение и каждое сообщение предварительно определяются в блоке хранения, причем сообщение, обмениваемое между двумя системами обработки, непосредственно учитывает различия формата двух систем, без необходимой адаптации. Действительно, файлы описания информации учитывают характеристики каждой системы, в результате чего сама система не требует форматирования или переформатирования; ей нужно просто принять сообщение и посмотреть в файле, чему соответствует это сообщение. Изменение формата является прозрачным. В примере, показанном на фиг.8А, изменение формата для перехода от режима Little или к режиму Big (которые являются двумя разными режимами группировки данных в памяти) является прозрачным для систем H1, H2 и P3.