用于运行分散式通信网络的方法

专利名称：用于运行分散式通信网络的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行具有多个网络节点的分散式通信网络的方法以及一种相应的通信网络。
背景技术：
分散式通信网络例如被用作为对等网络以交换数据，其中多个网络节点分散式地 在没有服务器的中间连接的情况下进行自我管理。使用用于提供网络节点的逻辑结构的相 应协议来运行这样的分散式网络。公知的对等协议(例如Gnutella)用于通过因特网来进 行用户终端设备之间的通信以便发布并查找数据，其中所述用户终端设备尤其是PC或者 移动无线电设备。值得期望的是，将分散式数据网络也用在工业技术系统的范围内。目前，技术系统 经常被实现为所谓的“Embedded System(嵌入式系统)”，其中该系统的各个部件具有计算 机以及通信模块形式的智能以便与该技术系统的其它部件通信。该系统适于使用相应的分 散式数据网络，因为该系统的每个部件都可以独立地与其它部件通信。然而，在工业应用领 域内使用常规的对等协议所具有的缺点是，在常规协议中所使用的用于公布和查找资源的 机制常常不能满足在设备之间的通信速度方面的工业要求。

发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于运行分散式通信网络的方法，利用该方法保 证了各个网络节点彼此之间的快速和可靠的通信。该任务通过独立权利要求解决。在从属权利要求中限定本发明的改进方案。利用根据本发明的方法来运行具有多个网络节点的通信网络，其中为每个网络节 点分配一个来自标识值值域的标识值以及一个地址以便相应的网络节点与其它网络节点 通信，并且其中每个网络节点都负责值域中的一段标识值。在根据本发明的方法中，每个能够运行的网络节点都管理一个表，所述表为通信 网络中的至少能够运行的网络节点分别包含一个录入项，所述录入项至少包括相应网络节 点的标识值和地址。在优选的变型方案中，所述表是具有来自哈希(Hash)值域的相应哈希 值的哈希表。所述表中的各个节点的地址优选是网络地址、例如IP地址或者MAC地址。在根据本发明的方法中，每个能够运行的网络节点将活动消息有规律地发射给所 述通信网络的其它网络节点，其中所述活动信息分别至少含有相应网络节点的标识值和地 址，并且每个能够运行的网络节点在接收到活动信息时使其表与所述活动消息的内容同 步。同步性应尤其被理解为，至少在所述活动消息的内容与录入项中的当前内容不同时，对 所述表中的相应录入项进行更新。同步性应同样被理解为，根据相应活动消息的内容来生 成新的录入项或对录入项进行预置(Erstbelegimg)。根据本发明方法的特征在于，通过发射活动消息，各个网络节点的每个表都包含 关于所有其它网络节点的信息，从而每个网络节点都可以利用所述表中的标识值和相应地址直接对其它网络节点进行调用(ans prechen) 0因此，在所述分散式通信网络中，每个网 络节点都知道所有其它网络节点，这在常规的分散式通信网络中不是这种情况。通过这种 方式，对资源的查找被简化，因为可以直接对相应的网络节点进行调用而不必通过费时的 Lookup (搜索)方法来查找网络节点。所述方法尤其适合在工业应用中使用，其中与在因特 网中的应用相比，工业应用中的网络节点的数目比较直观，因此可以没有问题地管理具有 关于分散式数据网络的所有网络节点的信息的表。同样地，对通信速度的工业要求得到满 足，因为每个网络节点都包含关于所有其它网络节点的信息，因此可以明显更快地查找资 源和相应的网络节点。
如在上面已经说明的那样，根据本发明的方法尤其适合于在技术系统的通信网络 中使用，其中所述技术系统具有多个技术部件。在这样的技术系统中，为至少一部分技术部 件分别分配用于访问该技术部件的设备标识，并且为设备标识分配所述通信网络的至少一 个网络节点。利用所述设备标识，所述通信网络中的设备可以被直接调用而不必通过所述 网络节点的地址来寻址。通过设备标识来进行直接通信常常是工业应用中的需要，以便例 如在紧急情况下可以将命令快速地传输给相应的设备。为了根据本发明还保证借助于设备 标识来进行通信，相应网络节点的表的录入项还优选地分别包括设备标识，其中为所述设 备标识分配有与该录入项相对应的网络节点。在此，利用相应的活动消息来传送被分配给 发出相应活动消息的网络节点的设备标识。通过这种方式，在根据本发明的方法中，也可以 通过设备标识来进行通信，其中利用所述活动消息使所述表中的设备标识保持最新状态。 因此，提供了具有两种键码(Schlilssel)的表，利用这两种键码可以在数据网络中查找资 源或可以对设备进行调用。根据本发明的方法可以在任意的工业应用领域中使用。所述方法例如可以在电压 分配系统中、尤其是在变电站中使用，其中所述技术部件尤其是包括所述电压分配系统中 的开关单元。另一应用领域是发电系统、尤其是涡轮机。所述方法同样可以在自动化设备 中、尤其是在流水线中使用。为了以简单的方式保证所述活动消息到达所述通信网络中的所有网络节点，相应 网络节点优选地将所述消息作为广播消息发射到所述通信网络中。在所述通信网络中，还优选地提供一种机制，通过该机制可以确定能够运行的网 络节点是否变成不活跃的，其中不活跃的网络节点的特征在于，其不再发射活动消息。因 此，不活跃的网络节点可能是发生故障的网络节点或者已经自行断开或关机的网络节点。 用于确定相应网络节点是否变得不活跃的所述机制尤其是如下运行通过至少一个被分配 给相应网络节点的监视节点来监视该相应网络节点是否发射活动消息，其中所述至少一个 监视节点也是所述通信网络的网络节点之一。在所监视的网络节点不再发射活动消息的情 况下，所述至少一个监视节点向所有其它网络节点发射去活跃(Deaktivierimg)消息，其 中所述去活跃消息至少包含相应(被监视的)网络节点的标识值。与活动消息类似地，所 述至少一个监视节点将该去活跃消息作为广播消息发射到所述通信网络中。所述至少一个 监视节点优选地是在标识值的顺序中与所监视的网络节点相邻的网络节点，其中优选的是 比所监视的网络节点具有较小和较大标识值的两个直接相邻的节点作为监视节点来工作。在根据本发明方法的另一扩展方案中，所述至少一个监视节点还求出所述通信网 络中的新的网络节点是否变得活跃。在所述监视节点从新出现在所述通信网络中或新近活跃的网络节点处接收到活动消息的情况下，该监视节点检查所述新的网络节点是否是新的相邻网络节点，其中所述监视节点在所述新的网络节点是新的相邻网络节点的情况下开 始对该网络节点的监视。在这种情况下，优选地停止对旧的相邻节点的监视。通过这种方 式可以确保，所述监视总是被设置为使得所述监视节点至少包括所监视的节点的直接相邻 节点。代替于使用监视节点或除了使用监视节点之外，网络节点还可以自我监视。尤其是 当这样的自我监视的网络节点断开时，该自我监视的网络节点向所有其它能够运行的网络 节点发送包含其标识值的去活跃消息。在本发明的另一优选的实施方式中，相应网络节点的表包含针对所述值域的所有 标识值的录入项，其中每个录入项的状态字段示出该录入项的网络节点是否在通信网络 中存在或者是否能够运行或者是否不活跃。在相应网络节点从之前在通信网络中不存在或 者之前不活跃的网络节点处接收到活动消息的情况下，表中之前还不存在或者之前不活跃 的网络节点的相应录入项与所述活动消息的内容同步，其中相应录入项的状态字段被设为 活跃。在根据本发明方法的另一扩展方案中，接收到去活跃消息的相应网络节点根据所 述去活跃消息中的标识值将所述网络节点的录入项的状态字段设为不活跃。在根据本发明方法的另一扩展方案中，每个能够运行的网络节点负责其标识值与 其能够运行的相邻网络节点的下一较大或下一较小的标识值之间的那段标志值。在此，在 能够运行的网络节点的表的录入项的状态字段发生改变时，基于改变的标识值来调整能够 运行的网络节点负责的标识值段。通过这种方式，一个网络节点在另一网络节点退出的情 况下接管更大的网络节点段或者新出现的网络节点接管已经存在的网络节点段的一部分。在根据本发明方法的特别优选的实施方式中，在所述通信网络中由所述网 络节点的至少一部分来发布资源，所通过的方式是分配给资源的一个或多个键码字 (Schlusselwort)被映射到标识值上，其中所述资源或对所述资源的引导被存储在发布节 点上，其中所述发布节点是负责如下段的那些网络节点所述段包含在其上映射有所述一 个或多个键码字的标识值。在此，资源应被理解为可以被存储在网络中并且可以被得知的 任意数据。在此优选的是，所述标识值是哈希值，其中利用哈希函数来将所述一个或多个键 码字映射到所述标识值上。在此可以使用任意的哈希函数，优选地选择这样的哈希函数，使 得实现均勻地将所述资源分配到所述网络节点上。这样的哈希函数例如是现有技术中充分 公知的Fowler/Noll/Vo(FNV)哈希函数。优选地，在发布资源时执行复制，使得所述资源或对所述资源的引导除了被存储 在所述发布节点上之外还被存储在另外的网络节点上。通过这种方式，在所述通信网络中 生成冗余，使得在网络节点发生故障时，在那里所存储的资源不会丢失。在特别优选的实 施方式中，通过将质数加到所述发布节点的标识值上来确定所述另外的用于复制的网络节 点。优选地，在网络节点对通信网络中的资源的责任性发生改变时(例如在网络节点出现 或者退出时)，再次发布所述通信网络中的所述资源。在所述通信网络中可以特别简单地查找资源，使得进行查找的网络节点将所述资 源的一个或多个键码字映射到标识值上并且利用其表求出负责所述资源的网络节点。通过 所求出的网络节点在表中的地址，进行查找的网络节点可以对该网络节点进行调用。根据本发明的方法可以在任意的分散式网络中使用，优选的应用领域是充分公知的对等网络、尤其是具有逻辑环形结构(例如Chord)的网络。根据本发明的方法优选地描述了对用于这样的对等网络的通信协议的改进方案。除了上述方法之外，本发明还包括一种分散式通信网络，所述分散式通信网络被设计为使得可以在所述网络中执行根据本发明方法的上述变型方案中的每一种。


下面，借助于附图详细描述本发明的实施例。其中图1示出在对等网络中两个不同时刻在本发明所使用的哈希表中的实施形式；图2和图3示出根据本发明的对等网络的实施形式的图示，借助于该图示阐述根据本发明方法的流程；图4示出说明根据本发明实施形式由一个对等节点的相邻对等节点对该对等节点进行监视的流程的图示；图5示出根据本发明的对等网络的实施形式的图示，借助于该图示阐述对对等节点的故障的检测；图6示出根据本发明的对等网络的实施形式的图示，借助于该图示说明对资源的发布和查找；图7示出说明根据本发明方法的实施形式中在对等节点发生故障的情况下对资源进行重新发布的流程图；以及图8示出说明根据本发明方法的实施形式在复制组的多个对等节点上对资源进行发布的流程图。
具体实施例方式下面所描述的根据本发明的方法被用在技术系统的对等网络中，该技术系统是所谓的“嵌入式系统”，其中该系统的各个部件除了其本来的技术功能之外还包括以通信模块 和相应的CPU形式的通信装置。因此，在该设备中嵌入有计算性能，并且各个设备可以通过 所述通信模块来相互通信。在该嵌入式系统中，各个部件彼此之间提供有对等结构，使得能 够对该技术系统进行分散式管理或控制。在此，技术系统的应用领域是电压分配系统，其中 各个部件尤其是包括高电压开关。现在对该技术系统应用对等结构，其中要注意的是，必须 使用于各个对等节点彼此之间的通信的协议相对于常规的对等协议有所改进，因为故障或 快速通信方面的要求在工业应用领域中要明显高于因特网中的对等网络的常规应用。为了 满足该需要，在本发明中使用所谓的Doub 1 e-Key-Hash-Tab 1 e (双键码哈希表)作为哈希 表。该哈希表与常规哈希表的区别在于，该哈希表包含网络中关于所有对等节点的信息并 且为每个对等节点都保存两个标识，所述标识可以用于系统的技术部件之间的通信。图1示出根据本发明在对等网络中所使用的双键码哈希表的一部分，其中网络中 的每个对等节点都管理一个这样的表。在此，表Tl示出在管理表Tl的相应对等节点1与 网络连接时的布局(Belegimg)。表Tl'示出在相应对等节点1接收到网络中关于所有对 等节点的信息时的表的状态。在这里所描述的实施形式中，对等网络被检查具有逻辑环形 结构，其中总共使用128个二进制哈希值作为值域。在图1中示出哈希表Tl或Tl'的前八个录入项。在此，在这里所描述的实施形式中所使用的哈希表针对每个可能的哈希值都具有录入项，因为在必要时每个对等节点都可以采用其中一个哈希值来作为标识。因此，根据 图1的表总共具有128行，其中每行代表一个哈希值并且用从1至128的可能的对等节点 标识P_ID (表中左数第二列)顺序编号。除了对应于哈希值的对等节点标识P_ID之外，对等网络中的各个对等节点还通 过相应的IP地址或MAC地址IP_ADDR(表中左数第三列)来表征，该IP地址或MAC地址 IP_ADDR使得对等节点能够被寻址以便彼此之间进行通信。此外，每个对等节点都对应于技 术系统的一个技术部件或一个技术部件的一部分，其中技术部件分别通过IED_Name (表中 左数第一列)形式的相应标识来表征(IED = Intelligent ElectronicDevice，智能电子设 备)。图1中的表还包含具有状态字段SB的列(左数第四列)，其中示出相应行的相对应 对等节点的状态。在此，SB = 0表示该对等节点是活跃的或者在线的，SB = 1表示该对等 节点不活跃或发生故障，并且SB = 255表示在该对等网络中尚不存在具有该相应的对等节 点标识的对等节点。在对等节点1刚变成该数据网络的一部分时，该对等节点1还没有从其它对等节 点接收到信息，从而根据表Tl所有录入项的状态字段SB都被设为255，并且在列IED_Name 和IP_ADDR中也不包含信息。根据本发明方法在这里所述的实施形式，一个对等节点通过从其它对等节点发射 的广播消息来从所述其它对等节点接收信息，这还要进一步借助于图2阐述。这些广播消 息以有规律的时间间隔由所述对等节点发射并且被对等节点1接收。在对等节点1从网络 中所有活跃的对等节点接收到广播消息之后，表根据图1处于状态Tl'，并且对于所有活 跃的对等节点都具有占用项。在表Tl'中示出如下情形，其中具有对等节点标识1、4和7 的对等节点是活跃的，这通过SB = 0来示出。对于这些对等节点，在相应列中还包含针对 IED_Name的录入项(例如对于对等节点4的E1Q1SB1)以及针对IP_ADDR的录入项(例如 对于对端4的192. 168. 1. 12)。此外，在对等网络中存在这样的对等节点，该对等节点虽然 是网络的一部分，但是发生了故障或不活跃。这是对等节点8，该对等节点8的状态字段SB 相应地被设为1。另外，在该对等网络中不存在具有标识2、3、5和6的对等节点，这通过状 态字段SB被设为255来示出。对于这些对端，也不存在针对IED_Name和IP_ADDR的录入 项。使用根据图1的哈希表的优点在于，与常规的对等网络不同的是，每个对等节点 根据其表都具有关于所有其它对等节点的信息，从而可以非常快速地在数据网络中通过如 下方式来查找资源通过表可以求得包含所查找资源的对等节点的IP地址或MAC地址，并 且该对等节点可以立即被直接调用。相反地，在常规的对等网络中，各个对等节点只知道网 络中的特定的其它对等节点，因此必须使用费时的搜索以找到资源。根据图1的哈希表的 另一优点在于，还有可能在特定情况下不通过IP地址或MAC地址、而是直接通过技术部件 的相应设备名称来对技术系统的技术部件进行调用。以这种方式，可以在没有查找过程的 情况下直接访问技术部件，这例如在技术部件应该非常快速地实施一个动作或应该断开的 紧急情况下可能是有必要的。以这种方式，使用根据图1的表的网络特别好地适用于工业 应用。图2示出根据本发明的对等网络的实施形式，该对等网络是以按照Chord环方式的逻辑环形结构的形式，其中在图2中是该网络的总共九个对等节点部分，即具有编号1、 4、25、32、56、74、96、112和118的对等节点。如前面已经提到的那样，对等节点以有规律的 间隔发射广播消息，该广播消息对应于权利要求意义中的活动消息。在此，图2示出一种情 形，其中对等节点32正好发出一个相应的广播消息，其中对等节点96之前还没有接收到这 样的广播消息，因为该对等节点96例如在不久之前才成为该网络的成员。原本发送的广播 消息在图2中被称为Al，其中通过对等节点之间的矩形来表明环形结构中对该广播消息的 转发。如从图2中所得出的那样，广播消息Al包含设备标识IED32、即对等节点32的编号 和相应的IP地址1. 2. 3. 4。如果对等节点96现在接收到广播消息Al，则该对等节点96更 新其相应的针对对等节点32的录入项，也就是说表T96中的行32现在被设备标识IED32 和IP地址1. 2. 3. 4占用并且状态字段被设为SB = O。该数据网络中的其它对等节点在接 收到该广播消息时也检查其对应的表并且用所接收到的广播消息的内容来更新录入项。因 此，根据图2提供了一种简单的机制，这样所有对等节点都可以在其表中存储关于网络中 的所有其它对等节点的当前信息。图3示出与图2相同的对等网络，其中现在有一个新的 对 等节点82结合到该对等 网络中来。最初不具有编号82的该新的对等节点首先在预定的时间段内从所有其它对等 节点接收活动消息并因此生成其哈希表的相应布局(未在图2中示出)。最后，该对等节点 查找还未被该网络的其它对等节点所占用的相应标识值P_ID。在图2中，该对等节点选择 对等节点标识82并然后将其自己的活动消息作为广播发射到对等网络中，其中所述活动 消息具有对等节点标识82、分配给其的设备名称IED82及其网络地址1. 0. 3. I0该相应的 广播消息在图2中被称为A2，其中又通过矩形来表明该消息到该网络中的其它对等节点的 转发。图3示出，对端96是如何用广播消息A2的信息来更新其表T96中的相应录入项。 以相似方式为对等节点112的哈希表T112示出相同的寻址。因此，通过将广播消息A2传 输给网络中的所有对等节点，对等节点82在短时间内被得知并且现在可以直接通过其在 各个哈希表中的录入项被调用。借助于图4和图5在下面阐述，可以如何在图1或2所示的对等网络中检测对等 节点的故障或脱离。在在这里所述的本发明的实施方式中，通过如下方式来进行故障检测 每个对等节点监视相邻的根据对等节点标识的编号在前和在后的对等节点的活动消息的 接收。图4示出这种监视的流程。在图4的步骤Sl中，监视对等节点从另一对等节点接收 活动消息。然后，该监视对等节点根据所接收到的活动消息在其哈希表中查找该对等节点 标识。这在步骤S2中进行。在步骤S3中，监视对等节点基于发起该活动消息的对等节点 的标识值来检查该发起活动消息的对等节点是否是与该监视对等节点相邻的节点。如果情 况不是这样(分支Ni)，则该活动消息的内容被保存在该监视对等节点的哈希表的相应录 入项中并且该录入项的状态字段被更新(步骤S4)。然而，如果发起该活动消息的对等节点 是相邻对等节点(分支Yl)，则在步骤S5中检查，该相邻对等节点是否是标识值处于该监视 对等节点的标识值与旧相邻对等节点的标识值之间的新相邻对等节点。如果情况不是这样 (分支N2)，则该相邻对等节点是已经被监视的旧相邻对等节点，并且在步骤S6中重新开始 监视。然后在步骤4中又对哈希表中的相应录入项进行更新，其中在这种情况下录入项的 值不发生改变。
然而，如果在步骤S5中确定，发起该活动消息的对等节点是新的相邻对等节点 (分支Y2)，则在步骤S7中开始针对该新的相邻对等节点的新的监视并且旧的监视失效。然后，在步骤S4中又对监视对等节点的哈希表中的相应录入项进行更新。在完成步骤S4中 的方法之后，该监视通过监视对等节点等待接收相应的活动消息而继续(步骤S8)。图5示出一种情形，其中对端82的故障被对等网络中的相邻的监视对等节点74 和96检测到。在此，通过如下方式进行故障检测监视对等节点确定，在预定的时间间隔内 没有再从所监视的节点处接收到活动消息。在这被节点74和96确定之后，节点74和96 生成相应的故障消息，该故障消息在图5中被称为F并且包含发生故障的网络节点的标识 82。该消息从对等节点74以及从对等节点96被作为广播消息传输给所有其它对等节点， 如又通过矩形所表明的那样。在此，在图5中示例性地表明对等节点56和112在接收到该 消息F时的后续行为(Folgeaktion)。对等节点56和112中的每一个在其哈希表T56或 T112中将对等节点标识82的录入项的状态设为不活跃，即设为SB = L·可选地也有可能 的是，进入休止状态或按照规定自行断开的对等节点自己发射出具有其自身标识的相应的 故障消息F。图6说明根据本发明可以如何在对等网络中发布和查找资源。在此，资源应被理 解为对等节点可以访问的任意数据。发布资源的意思是，资源本身或对资源的引导被存储 在一个对等节点中，于是该对等节点对该资源负责。为了发布资源，使用分配给该资源的相 应的键码字。在图6的示例中，对等节点1想要公布具有键码字K = IED1. SVC9. LD3. LN4的 资源。为此，利用相应的哈希函数将该键码字转换成值域从1至128的哈希值。在此，可以 使用任意的哈希函数。在优选的实施方式中，使用将资源均勻地分配到所有对等节点上的 函数。这样的哈希函数例如是对于本领域技术人员来说充分公知的Fowler/Nol VVo(FNV) 哈希函数。利用键码字K，对等节点1求出位于对等节点25与32之间的一个哈希值。因为 在图6的实施方式中，每个对等节点负责后面的直到下一对等节点为止的所有标识值，由 此得出，该资源被在对等节点25上发布。在图6的实施方式中合并有复制机制，据此资源还在另一对等节点上被复制，由 此为每个资源形成由两个对等节点构成的复制组、即每个资源在两个对等节点上公布。根 据参照图8还将进一步阐述的算法，对等节点74被求出来作为用于公布资源的另一对等节 点。在图6中利用箭头Pl和P2来表明在对等节点25和74上发布资源。图6还示出对等节点112利用键码字K来查找资源。为了查找，以类似方式根据 哈希函数将键码字K转换成相应的哈希值，然后负责该哈希值的对等节点被确定下来。与 在发布时类似地，对等节点112现在发现对等节点25是负责该资源的对等节点。因为对等 节点112的哈希表已经包含对等节点25的IP地址或MAC地址，所以该对等节点25可以被 直接调用。对等节点112还可以利用相应算法求出同样发布有该资源的另一对等节点74。 因为在对等节点112的哈希表中还保存有该对等节点74的IP地址或MAC地址，所以对等 节点112也可以直接访问对等节点74中的资源。在此，用箭头P3和P4表明对等节点112 对资源的查找。如从图6中所得出的那样，在根据本发明的对等网络中查找资源非常简单， 因为每个对等节点都包含关于其它对等节点的所有信息，因此查找资源的对等节点可以直 接调用负责该相应资源的那个对等节点。图7示出说明对等节点的行为的流程图，其中所述对等节点已经在对等网络中发布了资源并且根据图5已经接收到相应的去活跃消息。在此，在步骤SlOl中接收到消息F。 然后，该对等节点在其表中查找相应的对等节点标识(步骤S102)并且然后将表中的相应 录入项标记为不活跃、即SB= 1(步骤S103)。随后，该对等节点检查，其是否已经在该去活 跃消息F中的对等节点上公布了来自其自身的资源(步骤S104)。如果是这种情况(分支 Y)，则该对等节点发起新的发布过程并且再次在网络中公布该资源，如通过步骤S105所示 出的那样。在此，对数据的重新发布与借助于图6所描述的发布相同，但是发起方不同。随 后，在步骤106中，该对等节点如往常那样等待接收活动消息。如果在步骤S104中确定，变 为不活跃的对等节点不包含被接收到消息F的该对等节点所公布的资源(分支N)，则过渡 到步骤S106而不必再次进行公布。图8示出说明在多个对等节点上对所公布的资源进行复制的流程图，其中所述 复制已经在对图6的描述中提及。图8示出一种迭代方法，其在步骤S201中以迭代值 Iteration = 0和固定的质数magiC_prime = const开始。首先，利用哈希函数将相应地要 发布的资源的键码字映射到哈希值上，这在步骤S202中进行。在此，该哈希值被称为hash_ value并且该键码字被称为keyword。在步骤S203中，通过相应的函数add_circular (hash_ value, Iteration · magic_prime)来求出要在其上发布资源的对等节点的对等节点标识。 在第一次迭代中，这是与haSh_ValUe相比具有下一较小标识值的对等节点标识。
然后在步骤S204中，在发布对等节点的哈希表中查找该对等节点标识。随后在步 骤S205中检查，根据发布对等节点的哈希表中的录入项该对等节点是否是活跃的。如果 情况如此(分支Y201)，则向相应列表添加该对等节点标识，其中在第一迭代步骤中，该对 等节点标识是该列表中的第一录入项(步骤S207)。利用相应的函数add(peer_id，peer_ ids[])来进行到该列表的添加。然而，如果在步骤S205中得出所查找的对等节点是不活跃 的(分支N201)，则之前在该哈希表中存在的录入项被作为对等节点标识使用并且返回到 步骤S204。在步骤S207中将相应对等节点添加到列表中之后，检查变量Iteration是否已经 达到预先给定的复制因数(步骤S208)。如果情况不是这样(分支N202)，则在步骤S209 中将变量Iteration加一。如果变量Iteration已经达到复制因子(分支Y202)，则输出列 表中的所有对等节点(步骤S210)，并且然后在这些对等节点上发布资源。在步骤S209中将变量Iteration增加之后，返回到步骤S203，其中被乘以变量 Iteration的新值的质数magic_prime现在被加到所求出的hash_value上。在此所使用 的函数adcLciruclar在这种情况下考虑，该对等网络具有逻辑环形结构，从而在哈希值的 值域被超过时，该相加在所述值域的开端处继续。在根据图8的方法中，利用质数magic_ prime可以在由对等节点构成的复制组中实现非常均勻的资源复制，其中在其上复制有资 源的对等节点的数目通过相应的复制因数来确定。通过所述复制可以尤其保证，资源被以 冗余的方式存储在所述对等网络中并且所述资源在对等节点发生故障的情况下不会丢失。
权利要求
一种用于运行具有多个网络节点(1，...，128)的分散式通信网络的方法，其中为每个网络节点(1，...，128)分配一个来自标识值(P_ID)值域的标识值(P_ID)以及一个地址(IP_ADDR)以便相应的网络节点(1，...，128)与其它网络节点(1，...，128)通信，并且每个网络节点(1，...，128)都负责值域中的一段标识值(P-ID)，其中-每个能够运行的网络节点(1，...，128)管理一个表(T1，T56，T96，T112)，所述表(T1，T56，T96，T112)为通信网络中至少能够运行的网络节点(1，...，128)分别包含一个录入项，所述录入项至少包括相应网络节点(1，...，128)的标识值(P_ID)和地址(IP_ADDR)；-每个能够运行的网络节点(1，...，128)将活动消息(A1，A2)有规律地发射给所述通信网络的其它网络节点，其中所述活动信息(A1，A2)分别至少含有相应网络节点(1，...，128)的标识值(P_ID)和地址(IP_ADDR)，并且每个能够运行的网络节点(1，...，128)在接收到活动信息(A1，A2)时使其表(T1，T56，T96，T112)与该活动消息(A1，A2)的内容同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法被用在具有多个技术部件的技术系统 的通信网络中，其中为至少一部分技术部件分别分配有用于访问该技术部件的设备标识 (IED_Name)，并且其中为设备标识(IED_Name)分配有所述通信网络中的至少一个网络节 点(1，...，128)，其中相应网络节点(1，. .. ,128)的表(Tl，T56，T96，T112)的录入项还 包括所述设备标识(IED_Name)，为所述设备标识(IED_Name)分配有与所述录入项相对应 的网络节点(1，...，128)，并且其中利用相应的活动消息(Al，A2)还传送设备标识(IED_ Name)，其中为所述设备标识(IED_Name)分配有发出相应的活动消息(Al，A2)的网络节点(1 ... 128)ο
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述技术系统包括电压分配系统、尤其是变电站， 其中所述技术部件尤其是包括所述电压分配系统中的开关单元。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述技术系统包括发电系统、尤其是涡轮机。
5.根据权利要求2至4之一所述的方法，其中所述技术系统包括自动化设备、尤其是流 水线。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中相应网络节点将所述活动消息(A1，A2)作 为广播消息发射到所述通信网络中。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在所述通信网络中确定能够运行的网络节 点(1，...，128)是否变为不活跃的，其中不活跃的网络节点(1，...，128)不再发射活动消 息(A1，A2)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中通过至少一个被分配给相应网络节点(1，...， 128)的监视节点来确定该相应网络节点(1，...，128)是否变为不活跃的，其中所述至少一 个监视节点监视该相应网络节点(1，...，128)是否发射活动消息(Al，A2)，其中在该相应 网络节点(1，...，128)不再发射活动消息(A1，A2)的情况下，所述至少一个监视节点向所 有其它网络节点(1，...，128)发射去活跃消息(F)，所述去活跃消息(F)至少包含该相应 网络节点(1，. . .，128)的标识值(P_ID)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个监视节点将所述去活跃消息(F)作 为广播消息发射到所述通信网络中。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述至少一个监视节点是在标识值(P_ID) 的顺序中与所监视的相应网络节点(1，...，128)相邻的网络节点，其中尤其是有两个相邻的网络节点(1，. . .，128)是所监视的网络节点(1，. . .，128)的监视节点。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个监视节点在其从新出现在所述通 信网络中或新近活跃的网络节点(1，. . .，128)处接收到活动消息的情况下检查所述新的 网络节点(1，. . .，128)是否是新的相邻网络节点(1，. . .，128)，其中所述监视节点在该新 的网络节点(1，. . .，128)是新的相邻网络节点(1，. . .，128)的情况下开始对该网络节点 (1，···，128)进行监视。
12.根据前述权利要求之一所述的方法，其中当相应的网络节点(1，...,128)自行断 开时，该相应网络节点(1，. . .，128)将包含其标识值(P_ID)的去活跃消息(F)发射给所有 其它的网络节点(1，...，128)。
13.根据前述权利要求之一所述的方法，其中相应网络节点(1，...,128)的所述表 (T1，T56，T96，T112)包含针对所述值域的所有标识值(P_ID)的录入项，其中每个录入项的 状态字段(SB)示出该表项的网络节点(1，. . .，128)是否在通信网络中存在或者是否能够 运行或者是否不活跃。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在相应网络节点(1，...，128)从之前在通信网 络中不存在或者之前不活跃的网络节点(1，...，128)处接收到活动消息(Al，A2)的情况 下，所述表中之前还不存在或者之前不活跃的网络节点(1，...,128)的相应录入项与所述 活动消息(A1，A2)的内容同步，其中相应录入项的状态字段(SB)被设为活跃。
15.根据权利要求13或14结合权利要求8至12之一所述的方法，其中接收到去活跃 消息(F)的相应网络节点(1，...，128)根据该去活跃消息(F)中的标识值(P_ID)将该网 络节点的录入项的状态字段(SB)设为不活跃。
16.根据前述权利要求之一所述的方法，其中每个能够运行的网络节点(1，...,128) 负责其标识值(P_ID)与其能够运行的相邻网络节点的下一较大或下一较小的标识值之间 的那段标志值(P_ID)。
17.根据权利要求16结合权利要求13至15之一所述的方法，其中在能够运行的网络 节点(1，· · . ,128)的表(Tl，T56，T96，T112)的录入项的状态字段(SB)发生改变时，基于 能够运行的网络节点(1，...，128)的改变数目来调整能够运行的网络节点(1，...，128)负 责的标识值(P_ID)段。
18.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在所述通信网络中由所述网络节点 (1，...,128)的至少一部分来发布资源，所通过的方式是分配给所述资源的一个或多个 键码字(K)被映射到标识值(P_ID)上，其中所述资源或对所述资源的引导被存储在发布节 点上，所述发布节点是负责如下段的那些网络节点(1，...,128)所述段包含在其上映射 有所述一个或多个键码字(K)的标识值(P_ID)。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述标识值(P_ID)是哈希值，其中利用哈希函 数将所述一个或多个键码字(K)映射到所述标识值(P_ID)上。
20.根据权利要求19所述的方法，其中选择所述哈希函数，使得实现均勻地将所述资 源分配到所述网络节点(1，. . .，128)上。
21.根据权利要求18至20之一所述的方法，其中在发布资源时执行复制，使得所述 资源或对所述资源的引导除了被存储在所述发布节点上之外还被存储在另外的网络节点 (1，. . .，128)上。
22.根据权利要求21所述的方法，其中通过将质数加到所述发布节点的标识值(P_ID) 上来确定所述另外的网络节点(1，. . .，128)。
23.根据权利要求18至22之一所述的方法，其中在网络节点(1，...,128)对通信网 络中的资源的责任性发生改变时，再次发布所述通信网络中的所述资源。
24.根据权利要求18至23之一所述的方法，其中查找所述通信网络中的资源，使得进 行查找的网络节点(1，. . .，128)将所述资源的一个或多个键码字(K)映射到标识值(P_ID) 上并且利用其表(T1，T56，T96，T112)来求出负责所述资源的网络节点，其中通过该网络节 点在表中的地址(IP_ADDR)来对该网络节点进行调用。
25.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述方法被用在对等网络中、尤其是用在 对等网络节点具有逻辑环形结构的对等网络中。
26.一种具有多个网络节点(1，...,128)的分散式通信网络，其中为每个网络节点 (1，...，128)分配一个来自标识值(P_ID)值域的标识值(P_ID)以及一个地址(IP_ADDR) 以便相应的网络节点(1，...，128)与其它网络节点(1，...，128)通信，并且每个网络节点 (1，. . .，128)都负责值域中的一段标识值(P_ID)，其中所述通信网络被设计为使得在运行 中-每个能够运行的网络节点(1，. . .，128)管理一个表(T1，T56，T96，T112)，所述表(Tl， Τ56，Τ96，Τ112)为通信网络中的至少能够运行的网络节点(1，...，128)分别包含一个录入 项，所述录入项包括相应网络节点(1，. . . ,128)的标识值(P_ID)和地址(IP_ADDR)；-每个能够运行的网络节点(1，...，128)将活动消息(A1，A2)有规律地发射给所述通 信网络的其它网络节点，其中所述活动信息(Al，A2)分别至少含有相应网络节点(1，...， 128)的标识值(P_ID)和地址(IP_ADDR)，并且每个能够运行的网络节点(1，...，128)在接 收到活动信息(Al，A2)时使其表(Tl，T56，T96，T112)与所述活动消息(Al，A2)的内容同步。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述通信网络被设计为使得能够执行根据权利 2至25之一所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行具有多个网络节点的分散式通信网络的方法。所述方法尤其是建立在常规对等网络中的协议上，但是特别好地适于在工业技术系统中使用，所述工业技术系统例如是电压分配系统、自动化设备、发电系统等。在这样的工业设备中不能使用常规的对等网络，因为其不能满足在相应的技术系统中快速查找资源或直接访问设备的要求。根据本发明的方法使得能够快速查找资源，所通过的方式是每个网络节点管理一个表，该表包含关于所有其它网络节点的信息，因此利用所述表中的录入项，可以直接对包含所述资源的网络节点进行调用。所述表优选地还包含技术部件的设备名称，网络节点被映射在其上，使得也可以直接地通过其设备名称来对技术部件进行调用而无需查找过程。工业应用中的控制机制尤其需要这种通过设备名称来进行的直接通信。
文档编号H04L29/08GK101803341SQ200880106992
公开日2010年8月11日 申请日期2008年8月27日 优先权日2007年9月13日
发明者A·索萨尔, C·克利格雷维, C·柯恩, C·格德斯, S·鲁西特施卡 申请人:西门子公司