一种交叉站地址分配系统 技术领域 本发明涉及一种地震数据采集仪器数据通讯的识别技术， 特别是涉及一种和仪器 主机连接的所有交叉站物理拓扑获取和站体识别的交叉站地址分配系统。
背景技术 目前地震数据采集仪器在主机和站体之间采用的通信技术和通信协议各不相同， 因此在对待交叉站物理连接拓扑获取和交叉站物理位置识别方面采用的技术方案也不尽 相同， 而国外仪器厂商对用户不公开这方面的技术方案和相关技术思想。本仪器采用以太 网技术作为交叉线设备 ( 包括测线控制单元和交叉站 ) 通信方案， 在网络界， 基于以太网 的站点物理拓扑获取有一些研究成果， 但是这些技术成果大都是从网络层的角度去解决问 题， 由于不是针对地震数据采集仪器而是针对普通的互联网络， 算法和实施流程过于复杂， 效率不高， 技术实现过程中还需要站点 IP 地址， 不能应用于地震数据采集仪器。本技术方 案从地震数据采集仪器应用需求出发， 对测线控制接口单元和交叉站嵌入式软件进行专门 设计， 研究设计出一套快速有效的交叉站拓扑获取和地址分配技术， 满足了地震数据采集 仪器所有需求。
发明内容
本发明的目的是解决野外已和仪器主机连接的所有交叉站物理拓扑获取和站体 识别问题， 具体需要解决三个方面命题， 第一， 所有交叉站和主机已完成物理连接， 在主机 和测线控制单元启动完成后， 在主机相关命令的发起下， 快速获取交叉站物理拓扑 ； 第二， 仪器系统工作过程中， 由于系统的工作需要， 交叉站的物理拓扑可能发生时间非预测性变 化， 要求主机能及时获取这种变化， 能够自动快速更新已建立的交叉站逻辑拓扑结构， 保持 和野外实际拓扑的一致性 ； 第三， 对交叉线设备进行地址分配， 包括逻辑地址、 IP 地址， 主 机能利用逻辑地址和交叉站进行单独、 群体和全部方式的通信。
本发明的交叉站地址分配系统是由多台服务器组成计算机控制记录系统， 测线控 制单元和交叉站组成， 它们之间的命令和数据通信采用以太网技术和 TCP/IP 通信协议， 物 理层使用光纤连接， 其特征在于 ： 交叉站地址分配系统还包括 ： 地址分配任务单元、 地址分 配代理单元、 定时器控制单元、 地址更新单元 ；
(1) 地址分配任务单元 ： 测线控制单元收到主机发出的交叉站地址分配命令， 进 入地址分配状态， 同时唤醒测线控制单元的地址分配任务单元， 该任务单元维护交叉站的 拓扑与地址信息， 完成交叉站的拓扑发现与地址分配 ；
(2) 地址分配代理单元 ： 测线控制单元的地址分配任务单元向所有交叉站广播一 个类 PING 的 UDP 帧， 即广播帧 P， 同时启动一个定时器， 收到该帧的交叉站进入接收地址分 配状态， 同时唤醒交叉站地址分配代理单元， 其作用是管理本站的地址相关事宜， 该单元向 测线控制单元返回应答 UDP 帧， 即 P 应答帧， 由于每个交叉站都向测线控制单元返回应答， 且交叉站拓扑可看作一棵二叉树， 故每个交叉站的地址转发表中都有其所有下属站点的MAC 地址信息 ；
(3) 定时器控制单元 ： 测线控制单元的定时器控制单元的定时器超时后， 测线控 制单元的地址分配任务单元认为所有交叉站均已经应答， 于是广播获取地址转发表的命 令， 即 G 广播帧， 获取各个交叉站的地址转发表 ；
(4) 每个交叉站地址分配代理单元从交换芯片中获取逻辑地址转发表， 封装成相 应的帧， 上传测线控制单元， 即 G 应答帧 ；
(5) 测线控制单元地址分配任务单元利用每个交叉站及测线控制单元的地址转发 表计算交叉站的逻辑拓扑 ；
(6) 当主机和测线控制单元刚开机时或转到步骤 (7)， 拓扑树为空， 测线控制单元 的地址分配任务单元根据计算结果发出地址分配命令帧， 分配的地址包括逻辑地址与 IP 地址 ；
(7) 地址更新单元 ： 当仪器正常工作中， 测线控制单元有拓扑信息， 此时地址分配 任务单元比较此次所得的拓扑树与原来维护的拓扑树， 找出新近加入的交叉站与已经退出 的交叉站， 作相应更新， 然后， 取消已经退出的站点的地址， 并为新接入站点分配地址 ；
(8) 交叉站地址分配代理单元收到测线控制单元的地址分配广播帧， 通过帧内的 标识， 交叉站 ID 或 MAC 地址取得分配给自己的逻辑地址， 若本站尚没有 IP 地址， 则将该帧 内 IP 地址设置为本站的 IP 地址， 否则仍使用原有 IP 地址， 最后返回本站的 ID、 逻辑地址和 IP 地址， 地址分配应答帧， 测线控制单元根据这些响应帧， 建立交叉站 ID、 交叉站逻辑地址 与 IP 地址的映射关系 ； (9) 测线控制单元地址分配任务返回主机交叉站排列的拓扑与地址信息， 主机据 此可建立线桩号、 交叉站 ID 与交叉站逻辑地址映射关系， 并获得新加入的交叉站的 ID 与逻 辑地址。
发明效果
该发明实现了地震数据采集仪器对野外交叉站的物理拓扑的快速获取， 并建立对 应的数据结构， 实现对交叉线设备物理拓扑的逻辑映射和逻辑地址管理 ； 主机能利用逻辑 地址和交叉站进行所有方式通信， 在野外站点发生非预测性拓扑改变时， 可以快速有效地 发现这种变化并对交叉站进行地址分配。
附图说明
图 1 交叉站地址分配系统逻辑地址分配流程图。
图 2 交叉站实际物理连接拓扑示意图。
图 3 交叉站地址分配实例图。
具体实施方试
下面根据附图对本发明所述的交叉站地址分配系统加以说明。
主机设备 ： 由两台 IBM 服务器和光纤交换机组成， 采用 LINUX 操作系统平台， 以太 网技术， 和自定义的通信协议与测线控制单元通信， 主要完成对测线控制单元和野外站体 的操作命令下达和地震数据接收功能。
测线控制单元 ： 采用三块嵌入式系统控制电路板和光以太网交换技术， 完成交叉 站设备的管理功能， 受控于主机设备。交叉站 ： 采用 FreeScale PowerQUICC II 系列嵌入式 MPC8270 双核 RISC 处理机， 具备强大的处理能力和丰富的外围接口， 两个内核分别完成命令数据处理和通信功能， 完 成大线设备 ( 电源站和采集站 ) 的管理功能， 受控于测线控制单元。
(1) 图中所有连接均为光纤连接 ；
(2) 测线控制单元有两个光纤接口， 可以单独或同时连接交叉站 ； 测线控制单元 右端光纤接口连接 1 个交叉站， 左端光纤接口连接 4 个交叉站， 其中左起第一个交叉站使用 第 3 个交叉线接口连接一个交叉站 ；
(3) 每个交叉站有 3 个交叉线接口， 可以连接上行交叉站和下行交叉站， 沿交叉线 距离测线控制单元较近的方向为上行方向， 沿交叉线距离测线控制单元较远的方向为下行 方向， 处于尾端的交叉站不用连接下行交叉站 ；
(4) 交叉站的第 3 个交叉线接口可以连接下行交叉站也可以不连接下行交叉站 ；
(5) 交叉站必须连接上行交叉站 ；
(6) 所有交叉站都有独立电瓶供电 ；
(7) 交叉站根据仪器使用需要还可以连接其它野外设备， 由于和本项技术无关， 在 此图没有画出。
实施流程图见图 -1，
(1) 测线控制单元收到主机发出的交叉站地址分配命令， 进入地址分配状态， 同时 唤醒测线控制单元地址分配任务， 该任务维护交叉站的拓扑与地址信息， 完成交叉站的拓 扑发现与地址分配 ；
(2) 测线控制单元地址分配任务向所有交叉站广播一个类 PING 帧即图 -1 中广播 帧 P， 同时启动一个定时器。收到该帧的交叉站进入接收地址分配状态， 同时唤醒交叉站地 址分配代理， 其作用是管理本站的地址相关事宜， 该任务向测线控制单元返回应答， 即图 -1 中的 P 应答帧， 由于每个交叉站都向测线控制单元返回应答， 且交叉站拓扑可看作一棵二 叉树， 故每个交叉站的地址转发表中都有其所有下属站点的 MAC 地址信息 ；
(3) 测线控制单元定时器超时后， 测线控制单元地址分配任务认为所有交叉站均 已经应答， 于是广播获取地址转发表的命令， 即图 -1 中的 G 广播帧， 获取各个交叉站的地址 转发表 ；
(4) 每个交叉站地址分配代理从交换芯片中获取逻辑地址转发表， 封装成相应的 帧， 上传测线控制单元， 即图 -1 中 G 应答帧 ；
(5) 测线控制单元地址分配任务利用每个交叉站及测线控制单元的地址转发表计 算交叉站的逻辑拓扑 ；
(6) 当主机和测线控制单元刚开机时 ( 否则转到步骤 7)， 拓扑树为空， 测线控制单 元根据计算结果发出地址分配命令帧， 见图 -1 的地址分配帧， 分配的地址包括逻辑地址与 IP 地址。
(7) 当仪器正常工作中， 测线控制单元有拓扑信息， 此时地址分配任务比较此次所 得的拓扑树与原来维护的拓扑树， 找出新近加入的交叉站与已经退出的交叉站， 作相应更 新， 然后， 取消已经退出的站点的地址， 并为新接入站点分配地址 ；
(8) 交叉站地址分配代理收到测线控制单元的地址分配广播帧， 通过帧内的标识 ( 交叉站 ID 或 MAC 地址 ) 取得分配给自己的逻辑地址， 若本站尚没有 IP 地址， 则将该帧内IP 地址设置为本站的 IP 地址， 否则仍使用原有 IP 地址， 最后返回本站的 ID、 逻辑地址和 IP 地址， 见图 -1 中的地址分配应答帧， 测线控制单元根据这些响应帧， 建立交叉站 ID、 交叉站 逻辑地址与 IP 地址的映射关系。
(9) 测线控制单元地址分配任务返回主机交叉站排列的拓扑与地址信息。主机据 此可建立线桩号、 交叉站 ID 与交叉站逻辑地址映射关系， 并获得新加入的交叉站的 ID 与逻 辑地址。
逻辑地址分配约定
(1) 根据仪器实际应用， 交叉站拓扑建模为二叉树， 见图 2， 交叉站地址分配时， 使 用二叉树前序遍历的方式为交叉站分配地址， 逻辑地址根据遍历的顺序从小到大连续分 配， 交叉站逻辑地址范围为 1-223 ；
(2) 删除某个交叉站后， 该交叉站所占用的逻辑地址变为未分配状态， 其它交叉站 逻辑地址不变 ；
(3) 当加入新的交叉站时， 原有交叉站逻辑地址保持不变， 只对新交叉站做逻辑地 址分配， 其逻辑地址为原有交叉站逻辑地址最大值加 1。 如果原有交叉站逻辑地址最大值为 223， 那么从 1 开始重新查找尚未分配的交叉站逻辑地址， 直至找到第一个空闲的可用逻辑 地址 ； (4) 替换交叉站相当于删除交叉站并加入新交叉站 ；
(5) 辅助道交叉站的逻辑地址固定分配为 0xDE ；
(6) 当交叉站拓扑变化后， 新的交叉站通知测线控制单元， 进而通知主机， 发起地 址分配任务。