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1、无线网中采用令牌环操作机制研究罗惠琼杨国渝(电子科技大学计算机系 成都 610054 )摘要本文分析了无线网络中存在的特殊问题 , 提出了将有线网络的 IE E E 80214 协议用于了无线网络的通信协议的方式 ,较详细地描述了实现过程 。结果表明在实际应用中是可行的 。关键词 无线网络 协议面对这些现实 ? 怎样将不可靠的信息传输变为可靠信息传输 ?我们从软件上进行研究 ,提出借鉴有线网 络的 IE E E 80214 协议技术 , 在无线网中实现令牌 环传输的方式 。下面就这种方式给予描述 。引言1为在无线网络中实现资源共享 , 无线设备与无线设备之间必须进行信息交换 , 就目前来讲有毫
2、米 波 、微波 、卫星等形式 , 无论是哪一种形式都是共用 信道 ,利用电磁波在空间传播 ,这就存在着一些特殊 问题 。(1 ) 无线传输利用空间作为传输介质 , 各站共 用 。由于发送信息存在随机性 , 可能出现多站同时 发送信息 。在此种情况下 , 各站发出的信息在空间 相互干扰 、相互破坏 , 不能保证信息的相互识别 , 影 响信息可靠传输 。(2 ) 由于共用空间 , 每一站进行信息传输时各 站均能监听到空间介质上的信息传播情况 , 即有信 息或无信息等 。(3 ) 各站传送的信息量越大 , 则碰撞的几率也 就越大 。(4 ) 存在隐蔽节点 。 例如同一网络上的三个节点 : A 、B
3、和 C 如图 1所示 。B 站能接收 A 站和 C 站的信息 , 但 A 站和 C 站不能接收对方的信息 , 那么会出现什么情况呢 ? 如果节点 C 想发信息给节点 A , 它却监听不到节点 A 是否已在发信息 ,这就可能引起信息碰撞 。以上所述是实际网络中存在的客观问题 , 怎样无线网中令牌环网的工作模式2在无线传输网络系统中 ,如果信息传输量很多 ,任务饱满 ,可采用此种方式. 此种传播方式比其它方 式有更好的吞吐率. 其实现原理如下 :网络一建立 ,就 产生一令牌 ,该令牌在网上传输. 当一个站收到令牌 , 则说明该站具有传输信息的权利 ,然后进行信息传 输 ,传输完之后 ,再将令牌发往
4、下一站. 如果该站没有 信息传输 ,则直接将令牌发往下一站. 下一站获得令 牌进行信息传输 ,再将令牌发往再下一站. 以此类推 , 直到所有站传递完之后再回到头 ,周而复始 ,实现全图 2 无线逻辑环信息传输示意图网信息传输 ,其传播方式如图2所示.要保证可靠接收 , 环中任意两站之间要限制距 离 ,并保证环路初始建立时不出现隐蔽结点 。在无线环网中采用帧交换方式 , 帧格式如图 3所示 。在环网的方式下 ,主要解决以下几个问题 。图 3 帧格式图 1 隐蔽节点示意图目的地址源地址类型信息第 3 期罗惠琼等 :无线网中采用令牌环操作机制研究33 2 . 1 系统初始化 (令牌产生 )系统初始化
5、需要解决令牌产生的问题 。当无线 网络安装好以后 ,各站均有责任产生令牌 ,但在整个 网络中 ,仅有一个令牌 。产生令牌的原则是 :按地址 大小排序 , 具有最小地址站最有资格作为令牌的起 始站 。为达此目的可采用以下几个步骤 :第一步 , 每个站中设有 “空间 空闲 计时 器 ”。为该计时器设定一个值 , 然后计时器作减计 数 。在整个计时过程中监听网络信息 , 一旦有信息 就接 ,并构成帧 。如果是“请求 令牌 ”帧 , “( 请求 令牌 ”帧的信息域中为 N X , 其中 X 表示本站地址 , N 是一个系数 , 该系数与网络中站的多少和时间片 的长短有关 。) 则取出信息域的 N X
6、, 与本站的 N X 进行比较 , 若本站 N X 小于接收帧的 N X , 则计时器 不再计时 , 进入空闲状态 , 否则当计时器为 0 时 , 触 发“请求 令牌 ”帧的发送 。第二步 ,各站都有权发送“请求 令牌 ”帧 ,发完 “请求 令牌 ”帧之后 ,监听空间是否为静止 ,如果为 非静止 ,则说明本站地址大于其它站地址 ,自动退出 “请求 令牌 ”的初始化过程 ,进入空闲状态 ,否则执 行第三步 。第三步 ,发站监听为静止状态时 ,则该站拥有令 牌 (相当于令牌建立 ) , 然后进一步实现建立逻辑环 的操作 。2 . 2 逻辑环的建立初次拥有令牌的站 ,将本站地址填入“征求 后 继者
7、”帧中 ,然后发送“征求一后继者 ”帧 ,再监听信 道上有无响应帧. 当各接收站收到“征求 后继者 ” 帧时 ,则将征求者站地址按地址大小排序填入资源 表中 (重复的不填 ) ,再检查本地址是否在征求者所 需覆盖的地址范围 ,若不在 ,不发响应帧. 若在则发 “设置一后继者 ”响应帧. 当原发站收到“设置 后继者 ”帧时 ,建立或修改本站中的后继者地址 ,并向后 继者传送令牌. 当有多个响应站“设置 后继者 ”帧 时 ,则只能通过仲裁算法来确定唯一的响应者作为 后继者. 后继者得到令牌之后 ,再征求后继者 ,直到 没有响应为止 ,然后将资源表中的第一个站点作为 自己的后继站发送令牌 ,这样逻辑
8、环就初步建立了.2 . 3 逻辑环的管理初始化建立了逻辑环之后 , 还存在着令牌的维护 ,新站的加入和老站的退出事务处理 。这些管理是很复杂的 ,因具有动态的过程 ,下面分成 4 个部分描 述 :第一部分 :令牌传送 令牌是令牌逻辑环工作模式的核心部分 , 直接关系到全网是否正常的问题 ,令牌瘫痪 ,系统瘫痪 。 因此先描述令牌的管理过程 。(1 ) 一般情况 , 掌握令牌的站具有操作权限 , 也 就是说可以传送信息 , 当传输完数据之后 , 发送“令 牌 ”帧 ,将操作权限交给下一站 。(2 ) 发令牌站监听下一站的响应情况 , 正常时 , 下一站收到了令牌 ,正在传输数据 。不正常时 ,没
9、有 听到有效的数据传输 ,则开始估计网络的工作状态 , 可能会出现以下情况 :发令牌站继续监听 4 个时间片 (每一个时间 片表示任何一个站为了从另一个站得到立即响应 , 必须等待的最大时间 ) , 如果仍听不到什么 , 假定该 站是令牌丢失 , 判断重传令牌的次数是否大于给定 值 , 不大于给定值 , 重传一次令牌 , 并将重传令牌计 数器加 1 ,再监听信道 ,执行 (2 )步 。如果重传令牌值大天给定值 , 则认为它的下一 站失效 ,则发令牌站在“谁 跟随 ”帧的信息域中放上后继者的地址 ,并发送“谁 跟随 ”帧 ,然后处于监听 。各站接收到“谁 跟随 ”帧时 ,将本站记录的 前站地址与
10、新接收的“谁 跟随 ”帧中的后继站地址 进行比较 ,如果是相同 ,则说明本站是发站的新的后 继者 ,因此就发“设置 后继者 ”帧 ,并将本站地址赋 予“设置 后继者 ”帧中 ,则原发站收到“设置 后继 者 ”帧之后 , 修改后继者的资源表 , 这样就排除了故 障站 , 同时也找到了后继者 , 构成的新逻辑环 , 并将 令牌传给新的后继者 ,执行 (2 )步 。发送者仍收不到对“谁 跟随 ”帧的响应 , 该 站认为本站不在逻辑环中 ,为进入逻辑环发“征求 后继者 ”帧 , 将信息域设为本站地址 , 等待系统中对 本站的响应 。当本站收到响应站发来的 “设置 后继者 ”帧 时 ,修改本站的下一站
11、,就使自己加入了逻辑环并将 令牌传送给下一站 ,执行 (2 )步 。如果征求下一站的所有尝试都失败了 , 则认为34 电 信 科 学1997 年本站出故障 ,或者所有站出故障 ,或者介质和连接器断开 ,或者接收器坏等等故障 ,于是该站停止维护逻 辑环的尝试 。第二部分 :正常操作过程第一点系统初始建立时 ,各站进入的时间不一样 ,则有的站“空间 空闲 计时器 ”已为零 ,就会 发“请求 令牌 ”帧 ,所以各站要能及时中断处理以 便判断是否进入空闲等待还是继续建立令牌的工 作 。第二点 新站加入逻辑环时 ,首先构造“征求 后继者 ”帧 ,然后处于监听状态 ,当接收到令牌之后 , 立即发送“征求
12、后继者 ”帧 (其时序关系如图 4 所正常操作过程是网络处在逻辑环已经建立 ,同时没有错误出现的条件下进行的操作 , 又称为稳态操作 。在稳态操作情况下 , 要求得到令牌的站在完 成数据传输之后 ,就把令牌发送到指定的下一站 。第三部分 :新站加入逻辑环 新站的加入可以采用逻辑环建立的技术 , 实现新站的加入 。第四部分 :退出逻辑环 退出逻辑环有 2 种方法 :一个站可以在任何时候从逻辑环中移出 , 只 要不响应传递给他的令牌 , 则以故障修复机制重组 逻辑环 。当该站有了令牌 , 并希望退出逻辑环时 , 该 站向它的前站送出包含它的后继站地址的 “设置 后继者 ”帧 , 退出站将令牌传递给
13、后继站 , 这个站就 不会再收到令牌 ,也就退出了逻辑环 。以上介绍是无线令牌环工作模式的主要过程 。图 4 时序关系示 )。这样就可以避免发生冲突 ,因为一般情况各站 接收令牌之后才构成信息帧 ,需要一定的时间 ,然后 才发送信息帧 , 新站利用此时隙 , 抢占发送“征求 后继者 ”帧 。结束语国际标准化组织还没有给出无线网的标准协 议 ,现正在制定之中 。为了实际应用 ,我们研究了无 线网的令牌传输协议 ,满足了实际需要 。4无线令牌环网的实现3参考文献我们采用上面介绍的无线令牌环操作机制实现了无线令牌环网 。无线网中除系统初始建立时和新 站加入逻辑环需要主动发送帧外 , 其余情况都是被
14、动处理 (又称为稳态操作 ) , 因为各站只能有了令牌 才能进行信息传送 ,其中断处理过程是复杂的 ,有两 点要注意 :罗惠琼等. 立方体阵列机中的通信协议. 小型微型计算机系统 ,1990 (1 )罗惠琼等. 总线型阵列机的通信机制分析. 计算机工程与设计 ,1995 (2 )罗惠琼等. 毫米波无线网际系统研制. 计算机应用 ,1993 (5 ) ISO 880224 A N S I/ I E E E st d 802. 4219851234Re sea rc h of t he To kenAcce ss Me shn ismin Wirel e ss Net wor kL uo Hui
15、qio n gYa n g Guo y u(U niver sit y of Elect ro nic Scie nce a n d Tec h nology ,Che ngdu 610054 )T hi s p ap e r a nal yze s t he sp ecial p ro ble m s i n wi rele ss net wo r k . IE E E 802 . 4 p ro tocal i s use d a s co m m u nicat io n p ro2Abstra cttocol i n wi rele ss net wo r k . T he realizi n g p roce dure i s det aile d . T he re sult s sho w t hat t he met ho d i s f ea si ble i n a pplicat io n sy s2t e m .Key wor dswi rele ss net wo r k ,p ro tocol(收稿日期 : 1996204203 ,改定日期 : 1996207231 )