基于fc-ae-1553协议的多nc星型拓扑结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空电子机载高速数据总线技术领域，具体涉及一种基于FC-AE-1553 协议的多NC星型拓扑结构的设计。
【背景技术】
[0002] FC-AE-1553协议是由光纤通道（FibreChannel，FC)标准组织美国工业标准协会 (ANSI)的下属航空电子分委员会（ANSIFC-AE)制定的，该分会主要研宄光纤通道技术如 何应用于航空电子领域，并制定了FC-AE标准协议集，FC-AE-1553便是其中一个子协议，定 义了MIL-STD-1553B总线协议到光纤通道高层协议的映射，实现了对传统MIL-STD-1553B 的平滑升级，在兼顾传统航电设备的同时，又根据新的应用环境和技术背景进行了一些功 能上的扩展。FC-AE-1553与MIL-SID-1553B技术对比如下表所示：
[0003]
[0004] 未来的航空电子环境对机载高速数据总线的要求不仅是可靠性高和延时低，而且 要求其具有结构简单、功耗低、价格低廉、适应性强、易于维护等特点。传统的军用机载高速 数据总线协议MIL-STD-1553B不但速率低且难以达到高性能的要求，已逐步被光纤总线所 替代，而基于光纤通道（FibreChannel，FC)技术的FC-AE-1553协议标准虽然具有高带宽、 低时延和高可靠性的优良传输特性，但其协议标准定义的点对点（Point-to-Point)、仲裁 环（ArbitratedLoop)和交换式（Fabric)三种拓扑结构使网络系统结构复杂、功耗高且组 网成本较高。
[0005] (1)点对点方式的拓扑结构如图1所示，任意两个网络节点的端口之间采用光纤 线缆双向连接。从而使该网络拓扑结构具有高可靠性和低延迟的特点，它能够提供节点间 通信的最大带宽，并实现全双工通信，它适宜于连接中有大量持续数据需要传输的节点，如 在机载系统中雷达和雷达信号处理器之间进行数据传输。但其缺点为连接线路使用光缆总 成本随节点数的增加而成倍数的增加，而且线缆重量以及网络结构的复杂度也线性增加， 导致在实际的航电系统机载高速数据总线中并不采用这种拓扑结构来构建网络。
[0006] (2)仲裁环式的拓扑结构如图2所示，在标准中定义其为单向数据流的环状结构， 仲裁环可以最多连接126个设备，但由于数据在环路上按一个方向传送，故在任意时刻仲 裁环只能有一对端口进行通信，并占用整个环的全部通信带宽，因此随着节点的增多，通信 效率会急剧下降。当有多个节点需要通信时，就会发生冲突。特别是网络中如果有一个节 点发生故障，则整个网络系统将会发生崩溃。仲裁环拓扑结构有效降低了交换式网络的成 本劣势，但这是以系统可靠性和有效性急剧下降为代价的。
[0007] (3)交换式的拓扑结构如图3所示，需要一个或多个光纤通道交换机。每个交换 机可以连接多达65000个设备，每个节点端口都可以以最大速度与交换机的端口建立连接 并通信。交换机可以提供任意两个节点之间的路径，当网络中一条路径出现故障后交换机 可以选择其它的路径来传递信息。整个网络由中心节点交换机执行集中式通信控制管理， 各节点间的通信都要通过交换机。每一个要发送数据的节点都将要发送的数据发送给交换 机，再由交换机将数据送到目地节点，因此交换机结构相当复杂。在网络通信中的各个节点 的通信处理负担都很小，而且单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。但其缺点 是交换机负担较重，容易形成网络"瓶颈"，一旦交换机发生故障，则与其连接的通信设备便 会受到影响，导致各站点的分布处理能力较低。同时目前交换机的价格极度昂贵，对于小型 网络其成本劣势非常明显。
[0008] 针对这些问题，业界也提出了一些解决方案。例如采用集线器模式的环状拓扑结 构提高环路连接的可靠性（如图4所示），在集线器内部维持了单向的数据流，同样在任意 时刻只能有两个节点之间进行通信，但是加入了端口旁路的功能，若环路中某一节点发生 故障，则可将其进行旁路，从而不会导致整个网络链路的崩溃。再如，采用双向环结构来减 少网络时延（如图5所示），由于仲裁环是将个节点连成一条首尾相连的单向闭合环回路， 环路上一个节点发出的信息可能要穿越环中所有的环路节点，而采用双向环模式的拓扑结 构可以根据节点的远近自主的选择消息的回路，从而有效的降低信息传送的传输时延。中 国科学院光电研宄院的学者曾提出了一种基于无源光网络（PassiveOpticalNetwork， PON)的冗余网络拓扑结构1553P0N(如图6所示），但是该拓扑仅能支持一个网络控制器 (NetworkController，NC)，不能发挥FC-AE-1553协议支持多个网络控制器的优势。
[0009] 基于以上背景，标准的FC-AE-1553协议网络拓扑支持存在结构复杂，功耗较高， 价格昂贵等缺点，而改进的方案能一定程度上提升性能，降低功耗等，但是对协议的支持却 不够完全。因此，为了满足未来航电机载高速数据总线技术对性能、价格和功耗等的高度要 求，提出一种适应FC-AE-1553协议的新拓扑结构将具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是为了解决现有技术中航电总线FC-AE-1553协议标准拓扑的结构 复杂、功耗高、抗电磁干扰能力弱且价格昂贵的问题，提出了一种基于FC-AE-1553协议的 多NC星型拓扑结构。
[0011] 本发明的技术方案为：一种应用于FC-AE-1553协议的多NC星型拓扑结构，包括一 个星型光纤耦合器、至少一个NC以及至少一个NT，每个NC和NT均通过光纤连接于星型光 纤耦合器两端。
[0012] 优选地，NC用于实现整个网络的控制和调度管理，完成NC与NT以及NT与NT之 间的数据传输管理。
[0013] 优选地，在任意时刻至多只有一个NC处于运行过程中，其余NC均处于静默状态。 [0014] 优选地，该多NC星型拓扑结构采用基于网络控制优先级的方法来决定NC对网络 的控制权：
[0015] 如果某NC在已有其它NC控制管理网络的过程中需要控制网络运行，则需要提出 网络控制申请；若申请网络控制的NC的优先级比现在运行的NC优先级高，则可以成功取得 网络控制权，否则申请网络控制的NC需要等待现在运行的NC结束网络控制任务后才能取 得网络控制权。
[0016] 优选地，NT根据NC的命令发送或者接收数据，若NT未接收到NC的任务命令则处 于静默状态。
[0017] 优选地，NC的下行数据广播给所有NT，每个NT通过MAC地址鉴别方法来判别NC 的下行数据是否传递给该NT;NT的上行数据广播给所有NC，每个NC通过MAC地址鉴别方 法来判别NT的上行数据是否传递给该NC。
[0018] 优选地，星型光纤耦合器用于使传输中的光信号在耦合区发生耦合，并对光功率 进行再分配，同时保持信号的频谱成分不变。
[0019] 优选地，星型光纤耦合器分为有源星型光纤耦合器和无源星型光纤耦合器。
[0020] 优选地，有源星型光纤耦合器含有信号再生和碰撞检测装置，当NC争夺网络控制 权时若不同NC节点同时发送的数据包之间有碰撞发生，有源星型光纤耦合器则用信令的 方式通知各NC节点采取校正动作。
[0021] 优选地，无源星型光纤耦合器采用基于NT节点的功率检测和地址检测相联合的 方法进行信号碰撞检测，具体过程如下：
[0022] 当有超过一个以上的NC在争夺网络控制权时，每个争夺NC节点的光信号都将通 过无源星型光纤耦合器分配给所有的NT节点，此时如果控制NC节点正在下行传输信号，会 导致接收NT节点的接收功率超出异常值，如果控制NC节点并没有下行传输信号，会导致接 收NT节点的FC帧地址解析出现发送地址错误；若接收NT节点的接收功率超出异常值或者 接收