CN111082993A - 基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于复杂系统的嵌入式环境工程设计领域，特别涉及一种基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，包括：通信网络确定性设计与配置步骤，其中包括确定通信网络、通信网络中的网络成员以及网络成员间的通信消息，其中，各网络成员之间的网络通信节点实行全互联、全互通；对各网络通信节之间进行动态组网步骤；对应用软件主题的发布和订阅与网络通信信节进行动态匹配步骤。本申请的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，既可以实现动态组网的方法流程，既满足系统的动态性需求，又可以满足系统确定性的要求，为网络通信设计、软件中间件设计、应用软件设计提供解决方案。

Description

基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法

技术领域

本申请属于复杂系统的嵌入式环境工程设计领域，特别涉及一种基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法。

背景技术

目前，在复杂系统嵌入式环境工程设计领域，一般的架构设计层次为应用软件层、软件中间件层与硬件驱动层。

软件中间件层用于实现应用软件与硬件驱动间的解耦。在目前使用的软件中间件中，其组网方式为动态组网，但对于具有状态可控要求的系统，传统的软件中间件不足以支持该需求。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法。

本申请公开了一种基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，其特征在于，包括：

通信网络确定性设计与配置步骤，其中包括确定通信网络、通信网络中的网络成员以及网络成员间的通信消息，其中，各网络成员之间的网络通信节点实行全互联、全互通；

对各网络通信节之间进行动态组网步骤；

对应用软件主题的发布和订阅与网络通信信节进行动态匹配步骤。

根据本申请的至少一个实施方式，所述通信网络确定性设计与配置步骤中：

每个网络成员可以读取自身的位置信号以及设备编号，以及

每个设备能够根据读取的自身的位置信号及设备编号，确定自身的物理端口；

物理端口与数据交换的目的地址之间进行关系绑定。

根据本申请的至少一个实施方式，所述对各网络通信节之间进行动态组网步骤包括：

每个网络通信节点创建本节点的参与者信息，并向外随机周期广播该参与者信息；同时，每个网络通信节点通过接收广播消息发现其他网络通信节的参与者信息，并能够更新本地网络注册表，使得网络注册表中包括本节点以及接收的节点；

当所有网络通信节点完成上述操作，即完成网络通信节点的动态注册。

根据本申请的至少一个实施方式，所述对各网络通信节之间进行动态组网步骤还包括：

完成网络通信节点的动态注册后，每个网络通信节点定期在网络中进行生命消息广播；

各网络通信节点定期接收广播消息，更新自身的注册表；若一段时间未收到其中一条网络通信节点的广播消息，则在各自的注册表中取消该网络通信节点的注册。

根据本申请的至少一个实施方式，所述对应用软件主题的发布或订阅与网络通信信节进行动态匹配步骤包括：

各网络通信节点基于已构建的注册表，向与其通信的其他网络通信节点广播本节点上对应应用软件的主题发布和主题订阅的描述信息；同时，每个网络通信节点通过接收广播消息发现其他网络通信节的描述信息，并能够更新更新本地主题发布和主题订阅注册表。

本申请至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，既可以实现动态组网的方法流程，既满足系统的动态性需求，又可以满足系统确定性的要求，为网络通信设计、软件中间件设计、应用软件设计提供解决方案。

附图说明

图1是本申请基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法中一实施例的节点全互联互通通信网络示意图；

图2是本申请基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法中一实施例的网络通信节点的动态注册过程示意图；

图3是本申请基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法中一实施例的应用软件主题的发布/订阅与网络通信的动态匹配过程示意图；；

图4是本申请基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法中一具体实施例的信息融合演示系统架构示意图；

图5是本申请基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法中一具体实施例的信息融合演示系统全互联互通通信网络示意图；

图6是本申请基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法中一具体实施例的信息融合演示系统各节点注册表示意图；

图7是本申请基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法中一具体实施例的信息融合演示系统架构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

针对传统软件中间件中组网方式为动态组网，系统状态不可控的问题，本申请提供一种能够满足系统状态可控需求的网络通信动态组网的方法以及流程，以及满足系统状态可控需求的应用主题发布/订阅与网络通信匹配的方法以及流程。

下面结合附图1-图7对本申请的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法做进一步详细说明。

本申请的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法主要可以包括如下三个步骤：

步骤一、确定性设计与配置；

步骤二、网络通信动态组网；

步骤三、应用软件主题的发布和订阅与网络通信动态匹配三个步骤。

其中，对于步骤一、确定性设计与配置，具体可以包括如下步骤：

1.1)对于系统进行确定性设计，系统的通信网络为确定性网络，通信网络中的网络成员具有确定性，网络成员间的通信消息具有确定性；

1.2)参见图1所示，通信网络可实现全互联，全互通；

1.3)每个网络成员可以读取自身的位置信号以及设备编号；

1.4)每个网络成员的物理端口驻留一张终端配置表，配置表中包含所有物理端口的配置，包括所有物理端口的位置信号以及设备编号，每个设备根据读取的自身的位置信号及设备编号，确定自身的物理端口；

1.5)物理端口与数据交换的目的地址之间进行关系绑定。

对于步骤二、网络通信动态组网可以包括网络通信节点的动态注册与动态管理，具体可以包括如下步骤：

2.1)每个网络通信节点创建本节点的参与者信息，并向外随机周期广播该参与者信息；同时，每个网络通信节点通过接收广播消息发现其他网络通信节的参与者信息，并能够更新本地网络注册表，使得网络注册表中包括本节点以及接收的节点；

2.2)当所有网络通信节点完成上述操作，即完成网络通信节点的动态注册；

2.3)完成网络通信节点的动态注册后，每个网络通信节点定期在网络中进行生命消息广播；

2.4)各网络通信节点定期接收广播消息，更新自身的注册表；若一段时间未收到其中一条网络通信节点的广播消息，则在各自的注册表中取消该网络通信节点的注册。

如图2所示，进一步以具备N个网络通信节点的具体步骤来对上述步骤二进行进一步详细说明：

2.11)网络通信节点1创建本节点的参与者1信息，向外随机周期广播节点1的参与者1信息；

2.12)网络通信节点2创建本节点的参与者2信息，向外随机周期广播节点2的参与者2信息；

2.13)以此类推，网络通信节点N创建本节点的参与者N信息，向外随机周期广播节点N的参与者N信息；

2.14)网络通信节点1通过接收广播消息发现节点2的参与者2信息后，更新本地网络注册表，此时网络注册表中包括节点1、节点2；

2.15)网络通信节点1通过接收广播消息发现节点N的参与者N信息后，更新本地网络注册表，此时网络注册表中包括节点1、节点2、节点N；

2.16)网络通信节点2通过接收广播消息发现节点1的参与者1信息后，更新本地网络注册表，此时网络注册表中包括节点2、节点1；

2.17)网络通信节点2通过接收广播消息发现节点N的参与者N信息后，更新本地网络注册表，此时网络注册表中包括节点2、节点1、节点N；

2.18)同理，网络通信节点N通过接收广播消息发现节点1的参与者1信息后，更新本地网络注册表，此时网络注册表中包括节点N、节点1；

2.19)同理，网络通信节点N通过接收广播消息发现节点2的参与者2信息后，更新本地网络注册表，此时网络注册表中包括节点N、节点1、节点2；

2.20)虽然网络中各节点是各自进行注册表管理的，但通过此方式保障了网络中全部节点的网络注册表的一致性；

2.21)完成注册后，本地节点定期在网络中进行生命消息广播，表明其节点的“生命状态”；

2.22)各节点定期接收该广播消息，根据各节点的“生命状态”，更新自身的注册表；若一段时间未收到某节点的“生命状态”，则在注册表中取消该节点的注册。

对于步骤三、应用软件主题的发布和订阅与网络通信动态匹配三个步骤，具体可以包括如下步骤：

3.1)各网络通信节点基于已构建的注册表，向与其通信的其他网络通信节点广播本节点上对应应用软件的主题发布和主题订阅的描述信息；同时，每个网络通信节点通过接收广播消息发现其他网络通信节的描述信息，并能够更新更新本地主题发布和主题订阅注册表。

同样地，如图3所示，以具备N个网络通信节点的具体步骤来对上述步骤三进行进一步详细说明：

3.11)软件中间件在各网络通信节点注册完成后，通过读取应用软件的信息，将网络通信节点与应用软件之间进行动态匹配；

3.12)应用软件作为主题发布与主题订阅的主体；

3.13)网络通信节点1基于已构建的注册表，向与其通信的其他网络通信节点广播节点1上应用软件A的主题发布与主题订阅的描述信息A；

3.14)网络通信节点2基于已构建的注册表，向与其通信的其他网络通信节点广播节点2上应用软件B的主题发布与主题订阅的描述信息B；

3.15)以此类推，网络通信节点N基于已构建的注册表，向与其通信的其他网络通信节点广播节点N上应用软件M的主题发布与主题订阅的描述信息M；

3.16)网络通信节点1通过接收广播消息发现节点2应用软件B的主题发布与主题订阅的描述信息B，更新本地主题发布/订阅注册表，此时主题发布/订阅注册表中可以匹配节点1、节点2间应用软件通信的主题消息；

3.17)网络通信节点1通过接收广播消息发现节点N应用软件M的的主题发布与主题订阅的描述信息M，更新本地主题发布/订阅注册表，此时主题发布/订阅注册表中可以匹配节点1、节点2、节点N间应用软件通信的主题消息；

3.18)网络通信节点2通过接收广播消息发现节点1应用软件A的主题发布与主题订阅的描述信息A，更新本地主题发布/订阅注册表，此时主题发布/订阅注册表中可以匹配节点2、节点1间应用软件通信的主题消息；

3.19)网络通信节点2通过接收广播消息发现节点N应用软件M的主题发布与主题订阅的描述信息M，更新本地主题发布/订阅注册表，此时主题发布/订阅注册表中可以匹配节点2、节点1、节点N间应用软件通信的主题消息；

3.20)同理，网络通信节点N通过接收广播消息发现节点1应用软件A的主题发布与主题订阅的描述信息A，更新本地主题发布/订阅注册表，此时主题发布/订阅注册中可以匹配节点N、节点1间应用软件通信的主题消息；

3.21)同理，网络通信节点N通过接收广播消息发现节点2应用软件B的主题发布与主题订阅的描述信息B，更新本地主题发布/订阅注册表，此时主题发布/订阅注册中可以匹配节点N、节点1、节点2间应用软件通信的主题消息；

3.22)虽然网络中各节点是各自进行应用软件主题发布/订阅注册表管理的，但通过此方式保障了网络中全部节点的主题发布/订阅注册表的一致性。

综上所述，本申请的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，既可以实现动态组网的方法流程，既满足系统的动态性需求，又可以满足系统确定性的要求，为网络通信设计、软件中间件设计、应用软件设计提供解决方案。

进一步，下面将以一具体实例对本申请的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法做进一步说明：

某信息融合演示系统采用光纤通道网络，光纤通道网络有4个网络节点，节点1上驻留雷达仿真软件，节点2上驻留光雷仿真软件，节点3上驻留信息融合软件与显示控制软件，节点4为显示器，进行演示，如图4所示。

通过上述步骤二处理后，如图5所示，通过交换机配置为全互联，全互通光纤通道网络；

另外，其中信息融合演示系统成员间的通信消息如下表1所示：

表1

序号	主题	发布端	订阅端
				1	雷达仿真目标信息	雷达仿真软件	信息融合软件
2	光雷仿真目标信息	光雷仿真软件	信息融合软件
				3	融合目标信息	信息融合软件	显示控制软件
4	显示目标信息	显示控制软件	显示器

如图6所示，网络通信进行动态组网后，根据配置表信息识别自身信息，并根据注册流程识别网络成员信息，各节点生成注册表信息。

软件中间件识别应用软件信息，通过主题的发布/订阅与网络通信的动态匹配流程(相当于上述步骤三处理)，以节点1生成主题发布/订阅注册表信息为例，如表2所示；

各节点均生成自身的主题发布/订阅注册表，并根据注册表信息通过互联互通的光纤通道网络进行通信。

表2

如图7所示，该信息融合演示系统实现了软件与硬件的解耦设计，当软件配置项配置在相同物理硬件的不同节点上时，基于本专利提出的流程，该网络不需进行更改，仍可实现通信。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，其特征在于，包括：

通信网络确定性设计与配置步骤，其中包括确定通信网络、通信网络中的网络成员以及网络成员间的通信消息，其中，各网络成员之间的网络通信节点实行全互联、全互通；

对各网络通信节之间进行动态组网步骤；

对应用软件主题的发布和订阅与网络通信信节进行动态匹配步骤。

2.根据权利要求1所述的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，其特征在于，所述通信网络确定性设计与配置步骤中：

每个网络成员可以读取自身的位置信号以及设备编号，以及

每个设备能够根据读取的自身的位置信号及设备编号，确定自身的物理端口；

物理端口与数据交换的目的地址之间进行关系绑定。

3.根据权利要求2所述的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，其特征在于，所述对各网络通信节之间进行动态组网步骤包括：

每个网络通信节点创建本节点的参与者信息，并向外随机周期广播该参与者信息；同时，每个网络通信节点通过接收广播消息发现其他网络通信节的参与者信息，并能够更新本地网络注册表，使得网络注册表中包括本节点以及接收的节点；

当所有网络通信节点完成上述操作，即完成网络通信节点的动态注册。

4.根据权利要求3所述的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，其特征在于，所述对各网络通信节之间进行动态组网步骤还包括：

完成网络通信节点的动态注册后，每个网络通信节点定期在网络中进行生命消息广播；

各网络通信节点定期接收广播消息，更新自身的注册表；若一段时间未收到其中一条网络通信节点的广播消息，则在各自的注册表中取消该网络通信节点的注册。

5.根据权利要求3所述的基于数据传输服务的软硬件解耦设计的系统设计方法，其特征在于，所述对应用软件主题的发布或订阅与网络通信信节进行动态匹配步骤包括：

各网络通信节点基于已构建的注册表，向与其通信的其他网络通信节点广播本节点上对应应用软件的主题发布和主题订阅的描述信息；同时，每个网络通信节点通过接收广播消息发现其他网络通信节的描述信息，并能够更新更新本地主题发布和主题订阅注册表。

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