基于fc-ae-1553協(xié)議的多nc星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空電子機載高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FC-AE-1553 協(xié)議的多NC星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002] FC-AE-1553協(xié)議是由光纖通道（FibreChannel，F(xiàn)C)標(biāo)準(zhǔn)組織美國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 (ANSI)的下屬航空電子分委員會（ANSIFC-AE)制定的，該分會主要研宄光纖通道技術(shù)如 何應(yīng)用于航空電子領(lǐng)域，并制定了FC-AE標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議集，F(xiàn)C-AE-1553便是其中一個子協(xié)議，定 義了MIL-STD-1553B總線協(xié)議到光纖通道高層協(xié)議的映射，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)MIL-STD-1553B 的平滑升級，在兼顧傳統(tǒng)航電設(shè)備的同時，又根據(jù)新的應(yīng)用環(huán)境和技術(shù)背景進(jìn)行了一些功 能上的擴(kuò)展。FC-AE-1553與MIL-SID-1553B技術(shù)對比如下表所示：
[0003]
[0004] 未來的航空電子環(huán)境對機載高速數(shù)據(jù)總線的要求不僅是可靠性高和延時低，而且 要求其具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、價格低廉、適應(yīng)性強、易于維護(hù)等特點。傳統(tǒng)的軍用機載高速 數(shù)據(jù)總線協(xié)議MIL-STD-1553B不但速率低且難以達(dá)到高性能的要求，已逐步被光纖總線所 替代，而基于光纖通道（FibreChannel，F(xiàn)C)技術(shù)的FC-AE-1553協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)雖然具有高帶寬、 低時延和高可靠性的優(yōu)良傳輸特性，但其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義的點對點（Point-to-Point)、仲裁 環(huán)（ArbitratedLoop)和交換式（Fabric)三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗高且組 網(wǎng)成本較高。
[0005] (1)點對點方式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，任意兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的端口之間采用光纖 線纜雙向連接。從而使該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有高可靠性和低延遲的特點，它能夠提供節(jié)點間 通信的最大帶寬，并實現(xiàn)全雙工通信，它適宜于連接中有大量持續(xù)數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)墓?jié)點，如 在機載系統(tǒng)中雷達(dá)和雷達(dá)信號處理器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但其缺點為連接線路使用光纜總 成本隨節(jié)點數(shù)的增加而成倍數(shù)的增加，而且線纜重量以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度也線性增加， 導(dǎo)致在實際的航電系統(tǒng)機載高速數(shù)據(jù)總線中并不采用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。
[0006] (2)仲裁環(huán)式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，在標(biāo)準(zhǔn)中定義其為單向數(shù)據(jù)流的環(huán)狀結(jié)構(gòu)， 仲裁環(huán)可以最多連接126個設(shè)備，但由于數(shù)據(jù)在環(huán)路上按一個方向傳送，故在任意時刻仲 裁環(huán)只能有一對端口進(jìn)行通信，并占用整個環(huán)的全部通信帶寬，因此隨著節(jié)點的增多，通信 效率會急劇下降。當(dāng)有多個節(jié)點需要通信時，就會發(fā)生沖突。特別是網(wǎng)絡(luò)中如果有一個節(jié) 點發(fā)生故障，則整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將會發(fā)生崩潰。仲裁環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有效降低了交換式網(wǎng)絡(luò)的成 本劣勢，但這是以系統(tǒng)可靠性和有效性急劇下降為代價的。
[0007] (3)交換式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，需要一個或多個光纖通道交換機。每個交換 機可以連接多達(dá)65000個設(shè)備，每個節(jié)點端口都可以以最大速度與交換機的端口建立連接 并通信。交換機可以提供任意兩個節(jié)點之間的路徑，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中一條路徑出現(xiàn)故障后交換機 可以選擇其它的路徑來傳遞信息。整個網(wǎng)絡(luò)由中心節(jié)點交換機執(zhí)行集中式通信控制管理， 各節(jié)點間的通信都要通過交換機。每一個要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點都將要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送給交換 機，再由交換機將數(shù)據(jù)送到目地節(jié)點，因此交換機結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。在網(wǎng)絡(luò)通信中的各個節(jié)點 的通信處理負(fù)擔(dān)都很小，而且單個連接點的故障只影響一個設(shè)備，不會影響全網(wǎng)。但其缺點 是交換機負(fù)擔(dān)較重，容易形成網(wǎng)絡(luò)"瓶頸"，一旦交換機發(fā)生故障，則與其連接的通信設(shè)備便 會受到影響，導(dǎo)致各站點的分布處理能力較低。同時目前交換機的價格極度昂貴，對于小型 網(wǎng)絡(luò)其成本劣勢非常明顯。
[0008] 針對這些問題，業(yè)界也提出了一些解決方案。例如采用集線器模式的環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)提高環(huán)路連接的可靠性（如圖4所示），在集線器內(nèi)部維持了單向的數(shù)據(jù)流，同樣在任意 時刻只能有兩個節(jié)點之間進(jìn)行通信，但是加入了端口旁路的功能，若環(huán)路中某一節(jié)點發(fā)生 故障，則可將其進(jìn)行旁路，從而不會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)鏈路的崩潰。再如，采用雙向環(huán)結(jié)構(gòu)來減 少網(wǎng)絡(luò)時延（如圖5所示），由于仲裁環(huán)是將個節(jié)點連成一條首尾相連的單向閉合環(huán)回路， 環(huán)路上一個節(jié)點發(fā)出的信息可能要穿越環(huán)中所有的環(huán)路節(jié)點，而采用雙向環(huán)模式的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)可以根據(jù)節(jié)點的遠(yuǎn)近自主的選擇消息的回路，從而有效的降低信息傳送的傳輸時延。中 國科學(xué)院光電研宄院的學(xué)者曾提出了一種基于無源光網(wǎng)絡(luò)（PassiveOpticalNetwork， PON)的冗余網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1553P0N(如圖6所示），但是該拓?fù)鋬H能支持一個網(wǎng)絡(luò)控制器 (NetworkController，NC)，不能發(fā)揮FC-AE-1553協(xié)議支持多個網(wǎng)絡(luò)控制器的優(yōu)勢。
[0009] 基于以上背景，標(biāo)準(zhǔn)的FC-AE-1553協(xié)議網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲С执嬖诮Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗較高， 價格昂貴等缺點，而改進(jìn)的方案能一定程度上提升性能，降低功耗等，但是對協(xié)議的支持卻 不夠完全。因此，為了滿足未來航電機載高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)對性能、價格和功耗等的高度要 求，提出一種適應(yīng)FC-AE-1553協(xié)議的新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中航電總線FC-AE-1553協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu) 復(fù)雜、功耗高、抗電磁干擾能力弱且價格昂貴的問題，提出了一種基于FC-AE-1553協(xié)議的 多NC星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種應(yīng)用于FC-AE-1553協(xié)議的多NC星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括一 個星型光纖耦合器、至少一個NC以及至少一個NT，每個NC和NT均通過光纖連接于星型光 纖耦合器兩端。
[0012] 優(yōu)選地，NC用于實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的控制和調(diào)度管理，完成NC與NT以及NT與NT之 間的數(shù)據(jù)傳輸管理。
[0013] 優(yōu)選地，在任意時刻至多只有一個NC處于運行過程中，其余NC均處于靜默狀態(tài)。 [0014] 優(yōu)選地，該多NC星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用基于網(wǎng)絡(luò)控制優(yōu)先級的方法來決定NC對網(wǎng)絡(luò) 的控制權(quán)：
[0015] 如果某NC在已有其它NC控制管理網(wǎng)絡(luò)的過程中需要控制網(wǎng)絡(luò)運行，則需要提出 網(wǎng)絡(luò)控制申請；若申請網(wǎng)絡(luò)控制的NC的優(yōu)先級比現(xiàn)在運行的NC優(yōu)先級高，則可以成功取得 網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)，否則申請網(wǎng)絡(luò)控制的NC需要等待現(xiàn)在運行的NC結(jié)束網(wǎng)絡(luò)控制任務(wù)后才能取 得網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)。
[0016] 優(yōu)選地，NT根據(jù)NC的命令發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)，若NT未接收到NC的任務(wù)命令則處 于靜默狀態(tài)。
[0017] 優(yōu)選地，NC的下行數(shù)據(jù)廣播給所有NT，每個NT通過MAC地址鑒別方法來判別NC 的下行數(shù)據(jù)是否傳遞給該NT;NT的上行數(shù)據(jù)廣播給所有NC，每個NC通過MAC地址鑒別方 法來判別NT的上行數(shù)據(jù)是否傳遞給該NC。
[0018] 優(yōu)選地，星型光纖耦合器用于使傳輸中的光信號在耦合區(qū)發(fā)生耦合，并對光功率 進(jìn)行再分配，同時保持信號的頻譜成分不變。
[0019] 優(yōu)選地，星型光纖耦合器分為有源星型光纖耦合器和無源星型光纖耦合器。
[0020] 優(yōu)選地，有源星型光纖耦合器含有信號再生和碰撞檢測裝置，當(dāng)NC爭奪網(wǎng)絡(luò)控制 權(quán)時若不同NC節(jié)點同時發(fā)送的數(shù)據(jù)包之間有碰撞發(fā)生，有源星型光纖耦合器則用信令的 方式通知各NC節(jié)點采取校正動作。
[0021] 優(yōu)選地，無源星型光纖耦合器采用基于NT節(jié)點的功率檢測和地址檢測相聯(lián)合的 方法進(jìn)行信號碰撞檢測，具體過程如下：
[0022] 當(dāng)有超過一個以上的NC在爭奪網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)時，每個爭奪NC節(jié)點的光信號都將通 過無源星型光纖耦合器分配給所有的NT節(jié)點，此時如果控制NC節(jié)點正在下行傳輸信號，會 導(dǎo)致接收NT節(jié)點的接收功率超出異常值，如果控制NC節(jié)點并沒有下行傳輸信號，會導(dǎo)致接 收NT節(jié)點的FC幀地址解析出現(xiàn)發(fā)送地址錯誤；若接收NT節(jié)點的接收功率超出異常值或者 接收