令牌在智能小區訪客系統的應用

姜廣政

濟寧技術學院，山東 濟寧 272013

小區訪客系統是智能化住宅小區安全防范系統的重要組成部分，由住戶分機、門口主機和管理員機等組成，一般采用總線型結構。分機可接受主機、管理員機或其它分機的呼叫，遙控開啟本單元門鎖，并可向管理中心發布報警和求助信息。主機可呼叫管理員機或住戶分機，并對音頻信號進行控制。管理員機可呼叫任一住戶分機，接受主機或分機的呼叫及報警信息，并可遙控開啟任一單元的門鎖。

基于令牌總線的智能小區訪客系統，將令牌總線標準（ⅠEEE802.4）應用于小區的訪客系統，系統正常運行時，令牌按邏輯環順序傳遞，只有獲得令牌的站點才能向總線上發送數據信息。傳遞令牌和傳遞數據交替進行，任一時刻網絡中只能有一個站點持有令牌，從而避免了多個站點同時發布信息產生的沖突，較好的解決了總線上信息碰撞的問題。系統維護由各分站點和主站點共同完成，減輕了主站點的負擔，并且故障站點可隨時從網絡中去除，不會影響系統的工作。

1 系統結構

整個系統由管理員機、門口機和室內機組成，它們之間相互通訊，構成樹型網絡拓撲結構。管理員控制機位于網絡的第一層，與門口控制主機組成一個總線網，室內控制機與門口控制機組成另一總線網，室內控制機與管理員控制機之間通過門口控制機進行信息傳遞。

令牌傳送是在主節點控制下進行，是一種集中控制方式，可避免因令牌的丟失而使整個網絡陷入癱瘓這一傳統令牌網中的難題。同時，集中控制方式可十分容易地由主節點分配各從節點的優先級。這種分配可采用多種算法，如主節點監聽各個從節點的通訊，對通信量大的則分配較長的時間間隔，使之占有令牌時間較長，從而具有較高的優先級等。節點的增刪也容易，只需在令牌鏈上串接上新的節點或是摘去即可，不必對各個節點用開關或跳線重新設置地址等參數。當然在主節點上要重新設置，這點在管理員機上很容易辦到。

2 維護算法

2.1 網絡初始化

網絡開始啟動時，在運行中所有站點不活動的時間超過規定的時間時，都要進行網絡環的初始化設置。網絡環中每個站點都不間斷地查詢是否有新站點要求入環。在實際應用中，當系統啟動時，初始化設置時默認所有站點均在網絡環上，從主站點開始按站點順序依次確定各站點的后繼站地址，形成循環鏈式數據結構。

2.2 正常運行算法

系統正常運行時，先由主站點產生令牌，令牌按站點序號按照一定的規律進行傳遞，只有得到令牌的站點才能經網絡總線發送信息。站點持有令牌的時間有一定的限制，持有令牌的站點應在規定的時間內完成信息發送并向下一站點傳遞令牌。若持牌站點沒有信息需要發送，或者持有令牌的時間已到，令牌就直接傳向下一個站點。當收到后繼站點的應答信息時完成本次令牌傳遞。沒有得到令牌的站點不能主動向網絡總線上發送信息，只能偵聽、接收總線上的信息或響應呼叫。若偵聽到其前一站點有傳遞令牌的信息，應立即做出回應，得到令牌。若偵聽到的是呼叫本站點的其他信息，則先做回應，再進行相應的其他處理。

2.3 故障處理算法

在系統運行過程中，各站點都有可能出現故障，導致網絡通信無法正常工作。

1）令牌持有者發生故障，不能發出令牌。此時網絡內沒有令牌傳遞，處理算法是在主站點內設一定時器，定時時間為令牌繞網絡環一周所需的最長時間。主站點發出令牌后立即開啟定時器，當定時時間到而主站點仍未收到令牌，由主站點重新發出令牌，恢復網絡通信；

2）令牌接收者發生故障，不能接收令牌。令牌持有者發出令牌，得不到應答，若重復發出令牌仍無應答，則認為是接收站點出現故障。解決方法是由令牌持有者修改下一站點地址，將令牌傳遞給故障站點的下一站點；

3）環中出現多個令牌，出現這種情況的原因是令牌傳遞的時間超過了預計繞一周的最長時間，主站點又產生了新的令牌。處理算法是如果令牌持有者發現網絡中還有另外一個令牌，則應主動放棄自己所持的令牌。

3 應用原理

在令牌傳遞方式中，持有令牌的節點可占用通信線路，當它不需要通信時，則將令牌傳遞到下一個節點。令牌和數據的傳輸是使用同一條線路的，因此令牌是一個特殊的信息包，通常稱令牌幀。

3.1 門口機和室內機之間的訪問控制

在一個單元內部，包括一個門口機和多個室內機，每個室內機有自己的標識。首先門口機作為主節點發出令牌幀給室內機Rl，室內機R1收到后判斷是否有報警，若有則發送報警信息給門口機存儲起來，然后向門口機發送釋放令牌信息；若沒有則直接向門口機發送釋放令牌信息。門口機收到釋放令牌信息或經過時間T后，再向室內機R2發送令牌。以此類推，門口機發出令牌幀給室內機Rn，室內機Rn收到令牌后判斷是否有報警等；若有則發送報警信息給門口機存儲起來，然后向門口機發送釋放令牌信息；若沒有則直接向門口機發送釋放令牌信息。門口機收到釋放令牌信息或經過時間t后，再向室內機R1發送令牌，如此循環。

3.2 管理員機和門口機之間的訪問控制

首先，管理員機作為主節點發出令牌幀1，命令位為1010，樓號為000000，單元號為0000，其余10BⅠT可設為任意值。這樣一樓一單元的門口機作為從節點收到后便得到了令牌。得到令牌的門口機看一下自己的存儲單元內是否有報警信息，若有則發送給管理員機，然后發送釋放令牌信息；若沒有則直接向管理員機發送釋放令牌信息。

管理員機收到解碼器發送的釋放令牌信息后或經過時間T后，再發出令牌幀2，命令位為1010，樓號為000000，單元號為，0001，其余10BⅠT可設為任意值。一樓一單元的門口機收到后釋放令牌，同時，一樓二單元的門口機收到后便得到了令牌。管理員機作為主節點發出一個令牌信息后，如果經過時間T還沒有收到解碼器發送的釋放令牌信息，則將令牌賦予令牌信息中所指定的門口機，并取消前一個門口機的令牌。這樣，就可以避免因令牌的丟失而使整個網絡陷入癱瘓的難題。

[1]陸寧，梁堅，尤晉元.智能樓宇管理系統的設計與實現.上海交通大學學報，2000，7.

[2]徐超漢住宅小區智能化系統.電子工業出版社，2002，7.