[发明专利]一致的消息传输的方法

说明书

本发明与一种消息传输的方法相关，更具体地说，与一种在分布式系统中的用户之间带有令牌传递和对故障检测的时间监视的用于一致性的消息传输的消息传送方法有关。

这样一个以令牌传递原理工作的方法已为人知：例如H.-G.Ghring，F.-J.Kauffels所著的“Token-Ring：Grundlagen，Strategien，Perspektiven”[令牌环：原理，策略，概念]，DATACOM-Verlag Lipinski，1990，在第2、4章。

有一系列以所谓令牌传递原理工作的协议，称为令牌协议。它们已经对多种LAN总线系统(LEEE 802.4/令牌总线，LEEE802.5令牌环，ANSIX3T9.5/FDDI)作了标准化。这些方法是基于一个令牌，即一种特殊的位模式，用于总线访问控制。该令牌在建立在各自用户之间的一个逻辑或物理环上轮转。

但是这些协议不保证在有分散数据库组织的分布系统中在发生差错或系统元件的故障时数据的一致性，就是说如果用了这些方法，在故障之后或者故障造成的重配置之后，不能保证所有的用户具有同样的传送消息的信息状态。但是数据一致性是这些考虑的所有系统的核心要求(对照下面的文字中的叙述)。还有，这些协议在传送短消息时证明效率很低(令牌环：每个消息必须完成完整的一个令牌循环然后下一站才能发送；令牌总线：发送和确认对每个消息和每个接收者都分开)。在这里考虑的系统中，同一消息一般要发送到数个接收者(复播发送)。现存的令牌协议只允许未证实的复播发送；证实的发送只在单发送时才可能(只发送给一个接收者)而且需要一个独立的证实阶段。除了这些基本问题，还有各自特定协议的弱点，例如发送消息的顺序的颠倒或缺乏对总线冗余的支持。

这些已知的基于环的方法不能满足在工业监控控制系统的应用的情况下产生的所有必需的要求。

已知的DE-C2-40 10 266的差错保护信息发送方法，例如以太网/广播令牌总线(EN/BTB)，同样不能充分满足这些要求。发送以差错保护方式进行，但并不一致。因此在这一方法的情形下，在发生故障/重配置时便有可能出现次序的颠倒和消息的重复。所有信息以广播发送，但是使用了现代计算机技术造成了对计算机的相当高的负担。EN/BTB需要可编程的(智能的)通信控制器；但是现在计算机只配备非智能控制器。EN/BTB不支持使用标准化的协议。

一个监控控制系统的典型结构，和对这样一个监控控制系统或者对其中所用的传送方法的要求在下面参考图1中说明。

图1图示出一个监控控制系统的结构，它包含多个计算机成员，例如辅助计算机(VR)用来处理耦合，主计算机(LR)用来处理基本的监控功能，称为SCADA功能，操作员控制台计算机(BR)用来处理可视化，以及其它计算机用来处理可选的二级功能(SF)。这些计算机通过一个局域网(LAN)耦合，一般为以太网。为增加整个系统的可用性，多台计算机执行一项重要功能(图中VR和LR)，而且LAN总线是一个冗余配置。各计算机工作在不断更新的流程图上，在每种情况下局部处理(分散的数据库组织)。事务数据作为消息发送。由于功能和数据库的分布性和冗余性，分布式系统的数据流很复杂。

这样一个监控系统的基本要求是具有高可用性，短暂而有保障的响应时间，和分布式数据库的一致性。

数据一致性是监控系统的正确操作的先决条件。在没有差错的情况下它并不重要。但在系统发生故障/重配置时需要特定手段以使消息交换平滑地接续。这造成了对分布式监控系统的通信的很高要求；它们包括：

    没有丢失、错误、重复或信息混淆(制导一致性)的消息交换。这种情况下的混合关系到一个发送者的消息，所谓的FIFO序列。

    到多个接收者的消息必须传送到所有的接收者，或者一个也传不到(原子原则)。

    以各自相同的顺序发送消息到所有的接收者(消息的总体顺序)。

    避免原来信息和派生信息的取代作用(消息的偶然序列)。

    快速、确定的消息传输。

    通过恒定的相互监控迅速地检测计算机和LAN总线的故障。

    在发生计算机的故障时，自动地从消息传送中排除同样故障。

    在发生LAN总线故障时，自动地转移到冗余的LAN。

    系统通信带来的LAN和计算机的负载小。

    在具有不同的硬件和软件的计算机之间的数据交换。