SONET 中 3:1 多路复用器模拟程序 - Java 实现 - 常规

SONET 中 3:1 多路复用器模拟程序 - Java 实现

在 SONET 中，多个 STS-1 数据流的复用扮演着至关重要的角色，这些数据流被称为支流 (tributary)。一个 3:1 多路复用器将 3 个输入的 STS1 支流复用到一个 STS3 输出流中。复用过程按字节进行，即前 3 字节分别为支流 1、2 和 3 的第一字节，接着的 3 字节分别为支流 1、2 和 3 的第二字节，以此类推。

本程序模拟了这样一个 3:1 多路复用器，包含 5 个进程：

主进程: 创建 4 个子进程：
- 3 个支流进程，分别对应 3 个 STS-1 支流
- 1 个多路复用器进程
支流进程: 从输入文件读取连续的 810B 作为一个 STS-1 帧，并将数据 (逐字节) 发送给多路复用器进程。
多路复用器进程: 接收来自支流进程的数据，并逐字节输出到标准输出设备上。

进程间通信采用管道 (pipe) 形式进行。

Java 代码实现

import java.io.*;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class Multiplexer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建管道
        PipedOutputStream[] outPipes = new PipedOutputStream[3];
        PipedInputStream[] inPipes = new PipedInputStream[3];
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            outPipes[i] = new PipedOutputStream();
            inPipes[i] = new PipedInputStream(outPipes[i]);
        }

        // 创建支流进程
        List<Process> tributaryProcesses = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("java", "Tributary", "input" + (i + 1) + ".txt");
            pb.redirectOutput(outPipes[i]);
            tributaryProcesses.add(pb.start());
        }

        // 创建多路复用器进程
        ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("java", "Multiplexor");
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            pb.redirectInput(inPipes[i]);
        }
        pb.redirectOutput(ProcessBuilder.Redirect.INHERIT);
        Process multiplexorProcess = pb.start();

        // 等待所有子进程执行完毕
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        executor.submit(() -> multiplexorProcess.waitFor());
        tributaryProcesses.forEach(process -> executor.submit(() -> process.waitFor()));
        executor.shutdown();
    }
}

class Tributary {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String inputFile = args[0];
        FileInputStream fis = new FileInputStream(inputFile);
        byte[] buffer = new byte[810];
        while (fis.read(buffer) != -1) {
            System.out.write(buffer);
            System.out.flush();
        }
        fis.close();
    }
}

class Multiplexor {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[][] buffers = new byte[3][810];
        while (true) {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                int bytesRead = System.in.read(buffers[i]);
                if (bytesRead == -1) {
                    return;
                }
            }
            for (int i = 0; i < 810; i++) {
                for (int j = 0; j < 3; j++) {
                    System.out.write(buffers[j][i]);
                }
            }
            System.out.flush();
        }
    }
}

代码说明

主进程 (Multiplexer)
- 创建三个管道，用于连接支流进程和多路复用器进程
- 使用 ProcessBuilder 创建三个支流进程，并将输出流重定向到对应的管道
- 使用 ProcessBuilder 创建多路复用器进程，并将输入流重定向到三个管道，并将输出流重定向到标准输出
- 使用 ExecutorService 等待所有子进程执行完毕
支流进程 (Tributary)
- 从输入文件读取数据，并将数据写入标准输出 (即管道)
多路复用器进程 (Multiplexor)
- 从标准输入 (即管道) 读取数据，并将数据逐字节写入标准输出

运行方法

将以上代码保存为 Multiplexer.java, Tributary.java 和 Multiplexor.java 三个文件
创建三个输入文件 input1.txt, input2.txt 和 input3.txt
编译三个文件：javac Multiplexer.java Tributary.java Multiplexor.java
运行主进程：java Multiplexer

注意

代码中使用了 System.in 和 System.out 进行进程间通信，因为管道实际上是标准输入和标准输出的重定向。
代码中没有处理异常，实际应用中需要添加异常处理代码。
代码中的输入文件可以根据实际情况进行修改。
该代码仅用于模拟 3:1 多路复用器，实际的 SONET 多路复用器可能更加复杂。

总结

本程序使用 Java 语言模拟了 SONET 中 3:1 多路复用器，演示了多个 STS-1 数据流的复用过程，涉及进程间通信和管道机制。该程序可以帮助理解 SONET 协议中的多路复用技术，并为实际应用提供参考。