一种基于智能光网络单元的通信管理方法和系统与流程

本发明涉及智能管理系统，具体涉及一种基于智能光网络单元的通信管理方法和系统。

背景技术：

随着社会信息化进程在飞速发展，各种传感器，数字化和智能化设备出现在我们生活的方方面面。这类信息系统所涉及的技术方法及复杂程度越来越高，这就要求管理方法也要与时俱进，需要赋予管理“思考”的能力。

模块化的智能光网络单元集光网络技术，物联网技术和嵌入式技术等信息化技术于一身，系统模块多，为了保证系统性能在局域网和广域网环境下都能高效和稳定的运行，需要一套特殊的管理方法和系统。

传统的方式被管理设备的各个模块都作为TCP的服务器端，管理服务器作为TCP连接的客户端，管理设备与被管理设备的每个模块都建立TCP连接，由于管理服务器的端口号有限，这种方式浪费了TCP连接的端口号，增加了系统的开销。

传统的方式是通过IP地址寻址，这种方式在局域网上使用没有问题，但是在广域网中可能因为服务器分配的IP地址被更改而引起错误。

技术实现要素：

本发明提出的一种基于智能光网络单元的通信管理方法和系统，能有效减少TCP连接对TCP端口号数量的要求，减少服务器数量和服务器开销，实现主备服务器切换，IP和域名切换的目的，同时增加容错处理，在智能设备发生错误时主动恢复连接。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于智能光网络单元的通信管理方法，包括如下步骤：

(1)系统初始化和客户端初始化：

系统通电后，主服务器或备服务器的管理功能模块进行初始化；主服务器或备服务器内置的通信配置模块初始化，自动更新与智能光网络客户端对应连接的初始化配置数据；智能光网络客户端自动进行CPU控制模块与物联网接口模块的功能识别初始化；

(2)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接：

智能光网络客户端与主服务器或备服务器，基于多线程socket和Select I/O复用机制进行TCP连接；

(3)主服务器与备服务器切换：

(31)智能光网络客户端内置两个socket连接线程，与服务器建立socket连接；

(32)初始化默认智能光网络客户端主动与主服务器建立连接，备服务器的连接开关是关闭的；

(33)当主服务器的socket连接断开，且计时器超时后，备服务器的socket连接启动，智能光网络客户端开始与备服务器建立socket连接，并一直尝试与主服务器连接；

(34)如果主服务器连接重新建立，再关闭客户端与备用服务器的socket连接，同时关闭备用服务器的socket连接；

(4)主服务器或备服务器寻址：

主服务器与备服务器包括两种寻址方式：通过IP地址寻找服务器和通过域名寻找服务器；

可手动配置寻址方式，也可启动自动识别寻址方式；

(5)连接异常处理：

智能光网络客户端轮询物联网接口的物理状态变化，当网络端口的状态由Link Down转变成Link Up时，CPU控制模块重新建立socket连接；同时；直查看CPU的占用率，当检测到CPU占用率较高后，智能光网络客户端向服务器端发送告警信息。

作为上述方案的进一步优化，步骤(2)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接，

服务器端具体步骤为：

(21)主服务器或备服务器端创建socket套接字；

(22)socket套接字与主服务器或备服务器的IP、端口号绑定连接；

(23)socket设置成监听模式，等待主服务器或备服务器已绑定端口的连接请求；

(24)selete函数检测到智能光网络客户端向服务器发送连接请求；

(25)主服务器或备服务器与智能光网络客户端进行连接；

(26)若selete函数若检测到N个智能光网络客户端向服务器发送连接请求，主进程阻塞在连接处等待，创建N-1个新的进程，建立新的连接；

(27)主服务器或备服务器接受智能光网络客户端的数据；

(28)主服务器或备服务器向智能光网络客户端发送数据；

(29)主服务器或备服务器端关闭socket套接字；

智能光网络客户端具体步骤为：

(201)智能光网络客户端创建socket套接字；

(202)selete函数检测到服务器向智能光网络客户端发送连接请求；

(203)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行连接；

(204)智能光网络客户端向主服务器或备服务器向发送数据；

(205)智能光网络客户端接受主服务器或备服务器数据；

(206)智能光网络客户端端关闭socket套接字；

作为上述方案的进一步优化，步骤(3)主服务器或备服务器寻址启动自动识别寻址方式，智能光网络客户端默认先选择使用IP地址的方式查找服务器，如果在计时器超时后，仍然没有找到服务器，会转而使用域名的方式，查找服务器，如果此时计时器也超时，再使用IP地址的方式，反复循环。

作为上述方案的进一步优化，所述智能光网络客户端包括PON模块、PHY模块、以太网接口电路、交换模块、CPU控制模块、至少三路扩展接口模块、物联网接口模块和为上述模块供电的电源模块，所述物联网接口模块包括至少三路接口电路，所述接口电路为RS485和DO接口电路、DO接口电路或DI接口电路,所述PHY模块与交换模块通过管理数据输入输出接口对应配合电性连接，所述以太网接口电路和交换模块的网口接口对应配合电性连接，所述PON模块的信号出端与交换模块的信号输入端点电性连接，所述交换模块和CPU控制模块通过对应配合电性连接，所述CPU控制模块的扩展口与至少三路扩展接口模块的扩展口配合电性连接，一所述接口电路与一所述扩展接口模块的扩展口电性连接。

作为上述方案的进一步优化，所述CPU控制模块包括TIAM3358芯片及其外围电路，TIAM3358芯片上集成5路数据扩展接口；所述交换模块包括Marvell88E6095的交换机控制芯片及其外围电路，交换机控制芯片的媒体独立接口MII_ETH与CPU控制模块的媒体独立接口MII_ETH电性连接。

作为上述方案的进一步优化，所述PHY模块包括PHY芯片及其外围电路，所述PHY芯片的MDC_PHY接口，串联电阻R1后与交换机控制芯片的MDC_PHY接口配合电性连接，所述PHY芯片的MDIO_PHY接口，串联电阻R2后与交换机控制芯片的MDIO_PHY接口配合电性连接。

作为上述方案的进一步优化，所述PON模块包括BCM6838控制芯片及其外围电路，所述BCM6838控制芯片的LAN接口与交换模块的交换机控制芯片LAN接口通信连接。

本发明还提供了一种基于智能光网络单元的通信管理系统，包括主服务器，备服务器、管理客户端和若干智能光网络客户端，所述管理客户端与主服务器、备服务器电性连接，若干智能光网络客户端与主服务器、备服务器电性连接，其特征在于：所述基于智能光网络单元的通信管理系统的通信管理方法，包括如下步骤：

(1)系统初始化和客户端初始化：

系统通电后，主服务器或备服务器的管理功能模块进行初始化；主服务器或备服务器内置的通信配置模块初始化，自动更新与智能光网络客户端对应连接的初始化配置数据；智能光网络客户端自动进行CPU控制模块与物联网接口模块的功能识别初始化；

(2)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接：

智能光网络客户端与主服务器或备服务器，基于多线程socket和Select I/O复用机制进行TCP连接；

(3)主服务器与备服务器切换：

(31)智能光网络客户端内置两个socket连接线程，与服务器建立socket连接；

(32)初始化默认智能光网络客户端主动与主服务器建立连接，备服务器的连接开关是关闭的；

(33)当主服务器的socket连接断开，且计时器超时后，备服务器的socket连接启动，智能光网络客户端开始与备服务器建立socket连接，并一直尝试与主服务器连接；

(34)如果主服务器连接重新建立，再关闭客户端与备用服务器的socket连接，同时关闭备用服务器的socket连接；

(4)主服务器或备服务器寻址：

主服务器与备服务器包括两种寻址方式：通过IP地址寻找服务器和通过域名寻找服务器；

可手动配置寻址方式，也可启动自动识别寻址方式；

(5)连接异常处理：

智能光网络客户端轮询物联网接口的物理状态变化，当网络端口的状态由Link Down转变成Link Up时，CPU控制模块重新建立socket连接；同时；直查看CPU的占用率，当检测到CPU占用率较高后，智能光网络客户端向服务器端发送告警信息。

作为上述方案的进一步优化，步骤(2)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接，

服务器端具体步骤为：

(21)主服务器或备服务器端创建socket套接字；

(22)将socket绑定到主服务器或备服务器的IP、端口号上；

(23)socket设置成监听模式，等待主服务器或备服务器已绑定端口的连接请求；

(24)selete函数检测到智能光网络客户端向服务器发送连接请求；

(25)主服务器或备服务器与智能光网络客户端进行连接；

(26)若selete函数检测到N个智能光网络客户端向服务器发送连接请求，主进程阻塞在连接处等待，创建N-1个新的进程，建立新的连接；

(27)主服务器或备服务器接受智能光网络客户端的数据；

(28)主服务器或备服务器向智能光网络客户端发送数据；

(29)主服务器或备服务器端关闭socket套接字；

智能光网络客户端具体步骤为：

(201)智能光网络客户端创建socket套接字；

(202)selete函数检测到服务器向智能光网络客户端发送连接请求；

(203)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行连接；

(204)智能光网络客户端向主服务器或备服务器向发送数据；

(205)智能光网络客户端接受主服务器或备服务器数据；

(206)智能光网络客户端端关闭socket套接字；

作为上述方案的进一步优化，步骤(3)主服务器或备服务器寻址启动自动识别寻址方式，智能光网络客户端默认先选择使用IP地址的方式查找服务器，如果在计时器超时后，仍然没有找到服务器，会转而使用域名的方式，查找服务器，如果此时计时器也超时，再使用IP地址的方式，反复循环。

由上述技术方案可知，本发明的一种基于智能光网络单元的通信管理方法和系统具有以下有益效果：

(1)本发明的一种基于智能光网络单元的通信管理方法，保持模块化智能光网单元与管理平台长时间TCP连接和容错纠错的机制，本发明的一种基于智能光网络单元的通信管理方法，能有效减少TCP连接对TCP端口号数量的要求，减少服务器数量和服务器开销，实现主备服务器切换，IP和域名切换的目的，同时增加容错处理，在智能设备发生错误时主动恢复连接。

(2)本发明的一种基于智能光网络单元的通信管理系统，不仅能满足将服务器设置在局域网中管理局域网中模块化智能光网络单元的目的，同时能满足将服务器设置在广域网中管理不同局域网中模块化智能光网络单元的能力，降低用户使用和运营服务器的成本。

附图说明

图1是本发明的一种基于智能光网络单元的通信管理系统的结构框图。

图2是本发明的智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接的流程图。

图3是本发明的Select处理机制流程图。

图4是本发明的智能光网络单元的电路结构框架图。

图5是本发明的智能光网络单元的基于以太网输入部分的线路连接架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

一种基于智能光网络单元的通信管理方法，包括如下步骤：

(1)系统初始化和客户端初始化：

系统通电后，主服务器或备服务器的管理功能模块进行初始化；主服务器或备服务器内置的通信配置模块初始化，自动更新与智能光网络客户端对应连接的初始化配置数据；智能光网络客户端自动进行CPU控制模块与物联网接口模块的功能识别初始化；

(2)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接：

智能光网络客户端与主服务器或备服务器，基于多线程socket和Select I/O复用机制进行TCP连接；

(3)主服务器与备服务器切换：

(31)智能光网络客户端内置两个socket连接线程，与服务器建立socket连接；

(32)初始化默认智能光网络客户端主动与主服务器建立连接，备服务器的连接开关是关闭的；

(33)当主服务器的socket连接断开，且计时器超时后，备服务器的socket连接启动，智能光网络客户端开始与备服务器建立socket连接，并一直尝试与主服务器连接；

(34)如果主服务器连接重新建立，再关闭客户端与备用服务器的socket连接，同时关闭备用服务器的socket连接；

(4)主服务器或备服务器寻址：

主服务器与备服务器包括两种寻址方式：通过IP地址寻找服务器和通过域名寻找服务器；

可手动配置寻址方式，也可启动自动识别寻址方式；

(5)连接异常处理：

智能光网络客户端轮询物联网接口的物理状态变化，当网络端口的状态由Link Down转变成Link Up时，CPU控制模块重新建立socket连接；同时；直查看CPU的占用率，当检测到CPU占用率较高后，智能光网络客户端向服务器端发送告警信息。以提示做负载均衡配置或者其他操作。

智能光网络客户端与主服务器或备服务器，基于多线程socket和Select I/O复用机制进行TCP连接。

Select I/O复用的原理是让应用程序可以同时对多个I/O端口进行监控以判断其上的操作是否可以进行，使得应用程序能够同时监听多个文件描述符上面的可读，可写和异常事件等。由于I/O复用本身是阻塞的，一般情况下只能按顺序处理其中的每个文件描述符，为了是应用程序能够并行，高效的运行，需要引入多线程技术。

参见图2，图2是智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接的流程图。步骤(2)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接，

服务器端具体步骤为：

(21)主服务器或备服务器端创建socket套接字；

(22)将socket绑定到主服务器或备服务器的IP、端口号上；

(23)socket设置成监听模式，等待主服务器或备服务器已绑定端口的连接请求；

(24)selete函数检测到智能光网络客户端向服务器发送连接请求；

(25)主服务器或备服务器与智能光网络客户端进行连接；

(26)若selete函数检测到N智能光网络客户端向服务器发送连接请求，主进程阻塞在连接处等待，创建N-1个新的进程，建立新的连接；

(27)主服务器或备服务器接受智能光网络客户端的数据；

(28)主服务器或备服务器向智能光网络客户端发送数据；

(29)主服务器或备服务器端关闭socket套接字；

智能光网络客户端具体步骤为：

(201)智能光网络客户端创建socket套接字；

(202)selete函数检测到服务器向智能光网络客户端发送连接请求；

(203)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行连接；

(204)智能光网络客户端向主服务器或备服务器向发送数据；

(205)智能光网络客户端接受主服务器或备服务器数据；

(206)智能光网络客户端端关闭socket套接字。

如图3所示，当socket的创建，绑定完成后，服务器端把监听到的socket添加到监听的文件描述符集合中，一般情况下，一个进程的理论文件描述符的最大值是1024。Select监听所有文件描述符，判断服务器socket是否可读，如果可读接受新的连接，如果不可读，继续判断客户端文件描述符是否可读，如果可读，判断接受返回值，如果返回值大于0，连接建立，如果返回值小于等于0，则重新开始连接过程。

步骤(3)主服务器或备服务器寻址启动自动识别寻址方式，智能光网络客户端默认先选择使用IP地址的方式查找服务器，如果在计时器超时后，仍然没有找到服务器，会转而使用域名的方式，查找服务器，如果此时计时器也超时，再使用IP地址的方式，反复循环。

参见图4，图4是图4是本发明的智能光网络单元的电路结构框架图。智能光网络客户端包括PON模块、PHY模块、以太网接口电路、交换模块、CPU控制模块、至少三路扩展接口模块、物联网接口模块和为上述模块供电的电源模块，所述物联网接口模块包括至少三路接口电路，所述接口电路为RS485和DO接口电路、DO接口电路或DI接口电路,所述PHY模块与交换模块通过管理数据输入输出接口对应配合电性连接，所述以太网接口电路和交换模块的网口接口对应配合电性连接，所述PON模块的信号出端与交换模块的信号输入端点电性连接，所述交换模块和CPU控制模块通过对应配合电性连接，所述CPU控制模块的扩展口与至少三路扩展接口模块的扩展口配合电性连接，一所述接口电路与一所述扩展接口模块的扩展口电性连接。

所述CPU控制模块包括TI AM3358芯片及其外围电路，TI AM3358芯片上集成5路数据扩展接口；所述交换模块包括Marvell88E6095的交换机控制芯片及其外围电路，交换机控制芯片的媒体独立接口MII_ETH与CPU控制模块的媒体独立接口MII_ETH电性连接。所述PHY模块包括PHY芯片及其外围电路，所述PHY芯片的MDC_PHY接口，串联电阻R1后与交换机控制芯片的MDC_PHY接口配合电性连接，所述PHY芯片的MDIO_PHY接口，串联电阻R2后与交换机控制芯片的MDIO_PHY接口配合电性连接。所述PON模块包括BCM6838控制芯片及其外围电路，所述BCM6838控制芯片的LAN接口与交换模块的交换机控制芯片LAN接口通信连接。

参见图1，图1是本发明的一种基于智能光网络单元的通信管理系统的结构框图。本发明还给出了一种基于智能光网络单元的通信管理系统，包括主服务器，备服务器、管理客户端和若干智能光网络客户端，所述管理客户端与主服务器、备服务器电性连接，若干智能光网络客户端与主服务器、备服务器电性连接，所述基于智能光网络单元的通信管理系统的通信管理方法，包括如下步骤：

(1)系统初始化和客户端初始化：

系统通电后，主服务器或备服务器的管理功能模块进行初始化；主服务器或备服务器内置的通信配置模块初始化，自动更新与智能光网络客户端对应连接的初始化配置数据；智能光网络客户端自动进行CPU控制模块与物联网接口模块的功能识别初始化；

(2)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接：

智能光网络客户端与主服务器或备服务器，基于多线程socket和Select I/O复用机制进行TCP连接；

(3)主服务器与备服务器切换：

(31)智能光网络客户端内置两个socket连接线程，与服务器建立socket连接；

(32)初始化默认智能光网络客户端主动与主服务器建立连接，备服务器的连接开关是关闭的；

(33)当主服务器的socket连接断开，且计时器超时后，备服务器的socket连接启动，智能光网络客户端开始与备服务器建立socket连接，并一直尝试与主服务器连接；

(34)如果主服务器连接重新建立，再关闭客户端与备用服务器的socket连接，同时关闭备用服务器的socket连接；

(4)主服务器或备服务器寻址：

主服务器与备服务器包括两种寻址方式：通过IP地址寻找服务器和通过域名寻找服务器；

可手动配置寻址方式，也可启动自动识别寻址方式；

(5)连接异常处理：

智能光网络客户端轮询物联网接口的物理状态变化，当网络端口的状态由Link Down转变成Link Up时，CPU控制模块重新建立socket连接；同时；直查看CPU的占用率，当检测到CPU占用率较高后，智能光网络客户端向服务器端发送告警信息。

步骤(2)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行TCP连接，

服务器端具体步骤为：

(21)主服务器或备服务器端创建socket套接字；

(22)将主服务器或备服务器的IP、端口号与socket进程绑定连接；

(23)socket设置成监听模式，等待主服务器或备服务器已绑定端口的连接请求；

(24)selete函数检测到智能光网络客户端向服务器发送连接请求；

(25)主服务器或备服务器与智能光网络客户端进行连接；

(26)若selete函数若检测到N个智能光网络客户端向服务器发送连接请求，主进程阻塞在连接处等待，创建N-1个新的进程，建立新的连接；

(27)主服务器或备服务器接受智能光网络客户端的数据；

(28)主服务器或备服务器向智能光网络客户端发送数据；

(29)主服务器或备服务器端关闭socket套接字；

智能光网络客户端具体步骤为：

(201)智能光网络客户端创建socket套接字；

(202)selete函数检测到服务器向智能光网络客户端发送连接请求；

(203)智能光网络客户端与主服务器或备服务器进行连接；

(204)智能光网络客户端向主服务器或备服务器向发送数据；

(205)智能光网络客户端接受主服务器或备服务器数据；

(206)智能光网络客户端端关闭socket套接字；

步骤(3)主服务器或备服务器寻址启动自动识别寻址方式，智能光网络客户端默认先选择使用IP地址的方式查找服务器，如果在计时器超时后，仍然没有找到服务器，会转而使用域名的方式，查找服务器，如果此时计时器也超时，再使用IP地址的方式，反复循环。

本发明的一种基于智能光网络单元的通信管理方法，保持模块化智能光网单元与管理平台长时间TCP连接和容错纠错的机制，本发明的一种基于智能光网络单元的通信管理方法，能有效减少TCP连接对TCP端口号数量的要求，减少服务器数量和服务器开销，实现主备服务器切换，IP和域名切换的目的，同时增加容错处理，在智能设备发生错误时主动恢复连接。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。