一种基于FC-AE-1553光纤总线架构的总线网络通信方法与流程

一种基于fc-ae-1553光纤总线架构的总线网络通信方法
技术领域
1.本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种基于fc-ae-1553光纤总线架构的总线网络通信方法。


背景技术：

2.航空航天电子系统对信息交互网络的性能要求越来越高,提高航空航天电子系统总线带宽,增大允许接入终端数量,降低时延提升实时性是空天电子领域重要的研究方向之一。
3.光纤通道技术凭借高带宽、低延迟、高可靠的特点，在国内外航空航天领域的应用越来越广泛，fc-ae(fiber channel-avionics environment，针对航空环境应用的光纤通道协议)发布了fc-ae-1553、fc-ae-asm、fc-ae-rdma等面向航空电子的协议标准，fc-ae-1553与fc-ae-asm协议在国内外均有大量应用。
4.fc-ae-1553作为一种命令响应式的协议，以其高速、高可靠、支持实时确定性传输行为，可构建确定性网络，适用于航空航天指令控制、数据管理、载荷设备数据传输等，应用越来越广泛。fc-ae-1553网络包含nc(network controller，fc-ae-1553网络控制器)与nt(network terminal，fc-ae-1553网络终端)，交换机或odn(optical distribution network，光纤分配网)。
5.航空航天电子数据总线是航空航天电子电气系统的“中枢神经”和数据通信枢纽，基于光纤通道的fc-ae-1553航空总线协议，由于其高带宽、高可靠、易扩展等特性，成为新一代航空航天领域电子数据总线协议的趋势越来越明显。
6.目前业界对于fc-ae-1553航空总线协议的研究大多停留在简单拓扑结构下的芯片设计、网络兼容、以及测试设备的开发等方面，而对于该协议复杂拓扑结构及其性能方面的研究却寥寥无几。随着航空航天电子电气系统数字化网络化程度的提高、网络范围的扩大，简单拓扑远不能满足实际需要。然而，拓扑结构的复杂化会带来网络性能的变化，而航空航天电子电气系统对实时性和可靠性要求极高，这就这对未来航空航天电子电气系统网络的研究提出了挑战性问题：复杂拓扑下如何保证网络的实时性与可靠性，以及复杂网络的实时路由与流控问题。
7.目前，现有fc-ae-1553总线网络在进行网络调度时未采取调度周期时间预置方法，网络缺少统一的时间同步、时间规划，故障隔离能力不足，应用于航空航天电子电气系统高可靠总线网络通信领域，可靠性存在进一步提升空间，需要进行改进。


技术实现要素：

8.本发明提供一种基于fc-ae-1553光纤总线架构的总线网络通信方法，目的是解决现有技术不能实现基于时间触发的fc-ae-1553总线网络通信，通信可靠性不高的问题。
9.本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
10.一种基于fc-ae-1553光纤总线架构的总线网络通信方法，包括fc-ae-1553光纤总
线架构实现方法和基于时间触发的fc-ae-1553光纤总线网络通信方法；fc-ae-1553光纤总线架构实现方法包括：搭建fc-ae-1553网络总线架构、确定fc-ae-1553网络时间同步方法、确定fc-ae-1553网络同步时间预置方法和确定fc-ae-1553调度时隙划分方法；基于时间触发的fc-ae-1553光纤总线网络通信方法包括：主节点广播时间同步码到交换机设备，交换机设备与主节点建立一级时间同步关系；交换机设备与各从节点建立二级同步关系；fc-ae-1553总线网络在主节点网络时间的控制下，根据通信需求划分固定时隙，各主节点、从节点在其固定时隙范围内进行数据通信；主节点按照调度周期时间，周期性向网络其他节点广播时间同步码，从节点接收到主节点的广播时间同步码后进行本地化处理，形成与主节点调度周期起始时刻一致的调度周期同步信号；主节点发送时刻尚未到达预期时间，从节点接收到预期时间信息时，从节点本地时间码也没有达到主节点广播发送的预期时间，从节点等待，直到达到主节点广播发送的预期时间；从节点本地时间码与主节点广播发送的预期时间一致时，触发产生调度周期同步信号。
11.进一步地，搭建的fc-ae-1553网络总线架构采用nc主控节点、nt采集节点、nm监听节点、hub设备组成的主从式双冗余网络架构。
12.进一步地，fc-ae-1553网络时间同步方法采用nc与hub设备进行一级同步，hub设备与nt节点、nm节点进行二级同步的网络时间同步。
13.进一步地，fc-ae-1553网络同步时间预置方法包括：nc设备向hub设备、nt采集节点、nm监听节点预先发送网络同步时间，使hub设备、nt采集节点、nm监听节点能够预先获得nc设备下次调度周期起始时刻的方法。
14.进一步地，fc-ae-1553调度时隙划分方法包括：nc设备按照时分复用方法将调度周期划分为若干个时隙单元，nc向nt取数过程在其规定时隙内完成。
15.进一步地，所述预期时间信息是主节点按照调度周期时间，周期性向网络其他节点广播的时间同步码，也是主节点下一调度周期开始时刻对应的时间同步码。
16.进一步地，所述调度周期同步信号是从节点进行数据采集和数据响应的起始时刻。
17.进一步地，从节点判断本地时间码与主节点广播发送的预期时间是否一致时，通过根据调度指令内容进行信息匹配的方式，若匹配成功，则认为本地时间码与主节点广播发送的预期时间一致，发送本地数据到总线网络，若匹配失败，则不向总线网络发送数据。
18.本发明所取得的有益技术效果是：
19.适用于fc-ae-1553总线网络通信，尤其是航天飞行器fc-ae-1553总线网络多节点设备数据采集、数据调度。基于时间触发方式，将fc-ae-1553总线网络调度周期划分为若干个时隙单元，既完成数据调度任务，又提升了数据调度的可靠性，可广泛应用于军工及民用各种数据传输领域。
20.与现有技术相比，进行了调度周期时间预置，增加了统一的时间规划和时间同步，提高了fc-ae-1553总线网络通信的可靠性，实现了基于时间触发的fc-ae-1553总线网络通信，网络通信具有很强的时间确定性、实时性，网络性能和可靠性取得显著进步。
附图说明
21.图1是其中一种具体实施例的fc-ae-1553总线网络组成原理图；
22.图2是其中一种具体实施例的fc-ae-1553总线通信时隙划分及调度周期同步原理图；
23.图3是其中一种具体实施例的高速通信网络运行流程框图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。
25.一种fc-ae-1553光纤总线实施方法，包括fc-ae-1553网络总线架构、fc-ae-1553网络时间同步方法、fc-ae-1553网络同步时间预置方法和fc-ae-1553调度时隙划分方法。
26.fc-ae-1553网络总线架构采用nc主控节点、nt采集节点、nm监听节点、hub设备组成的主从式双冗余网络架构。
27.fc-ae-1553网络时间同步方法采用nc与hub设备进行一级同步，hub设备与nt节点、nm节点进行二级同步的网络时间同步。
28.fc-ae-1553网络同步时间预置方法包括，nc设备向hub设备、nt采集节点、nm监听节点预先发送网络同步时间，使hub设备、nt采集节点、nm监听节点能够预先获得nc设备下次调度周期起始时刻的方法。
29.fc-ae-1553调度时隙划分方法包括，nc设备按照时分复用方法将调度周期划分为若干个时隙单元，nc向nt取数过程在其规定时隙内完成。
30.基于时间触发的fc-ae-1553总线网络通信，包括主节点nc，从节点nt1、nt2...ntm，交换机设备，主节点的调度周期，主节点与从节点nt1、nt2...ntm、交换机设备的网络时间同步，主节点、从节点nt1、nt2...ntm的本地时间同步码，主节点广播本地时间同步码到fc-ae-1553总线网络。
31.一种基于时间触发的fc-ae-1553光线总线网络通信方法，采用上述fc-ae-1553光纤总线，包括如下内容：
32.主节点nc广播时间同步码到交换机设备，交换机设备与主节点nc建立一级时间同步关系，然后交换机设备再与各从节点nt1、nt2...ntm建立二级同步关系。fc-ae-1553总线网络在主节点nc网络时间的控制下，根据通信需求划分固定时隙，各主节点nc、从节点nt1、nt2...ntm在其固定时隙范围内进行数据通信。主节点nc按照调度周期时间，周期性向网络其他节点广播时间同步码，nt1、nt2...ntm从节点接收到nc主节点的广播时间同步码后进行本地化处理，形成与主节点调度周期起始时刻一致的调度周期同步信号。
33.需要说明的是，通信层级不局限于2级，在通信节点数量庞大时通信层级可扩展。
34.主节点nc发送的广播时间同步码是主节点nc下一调度周期开始时刻对应的时间同步码，该时间同步码为预期时间信息。
35.主节点nc发送时刻尚未到达该预期时间，从节点nt1、nt2...ntm接收到该预期时间信息时，从节点nt1、nt2...ntm本地时间码也没有达到主节点nc广播发送的预期时间。
36.从节点nt1、nt2...ntm等待，直到达到主节点nc广播发送的预期时间。从节点nt1、nt2...ntm本地时间码与主节点nc广播发送的预期时间一致时，触发产生调度周期同步信
号。
37.nt1、nt2...ntm从节点调度周期同步信号是nt1、nt2...ntm从节点进行数据采集和数据响应的起始时刻。
38.下面是一种基于fc-ae-1553光纤总线架构的总线网络通信方法具体实施例，包括如下内容：
39.如图1所示，主节点nc通过a总线与交换机1连接，主节点nc通过b总线与交换机2连接；交换机1通过a总线与从节点nt1、nt2、交换机3连接；交换机2通过b总线与从节点nt1、nt2、交换机4连接；交换机3通过a总线与从节点nt3、nt4连接，交换机4通过b总线与从节点nt3、nt4连接，组成主从式双冗余网络架构。
40.如图2所示，fc-ae-1553总线通信时间周期t，根据通信带宽需求将总线通信时间周期t划分为n个时隙单元。
41.网络时间同步及调度周期同步如图2所示。以时隙3为例，主节点nc在时隙单元内广播预期调度周期起始时刻的时间信息，交换机1、交换机2收到广播时间信息后，分别向nt1、nt2、交换机3、交换机4转发广播时间信息，交换机3、交换机4收到广播时间信息后，向nt3、nt4转发广播时间信息。主节点nc发送的广播时间同步码是主节点nc下一调度周期开始时刻对应的时间同步码，该时间同步码为预期时间信息。主节点nc发送时刻尚未到达该预期时间，从节点nt1、nt2...ntm接收到该预期时间信息时，从节点nt1、nt2...ntm本地时间码也没有达到主节点nc广播发送的预期时间。从节点nt1、nt2...ntm等待，直到达到主节点nc广播发送的预期时间。从节点nt1、nt2...ntm本地时间码与主节点nc广播发送的预期时间一致时，触发产生调度周期同步信号。
42.nt1、nt2...ntm从节点调度周期同步信号是nt1、nt2...ntm从节点进行数据采集和数据响应的起始时刻。nt本地调度周期同步信号和nc本地调度周期同步信号在时间上能够保证一致，本具体实施例中时间误差小于100ns。
43.指令调度及数据传输如图2所示。主节点nc在固定时隙单元通过a总线向交换机1发出调度指令，交换机1接收到调度指令后转发该调度指令至nt1、nt2、交换机3，交换机3转发该调度指令至nt3、nt4；主节点nc在同一固定时隙单元通过b总线向交换机2发出调度指令，交换机2接收到调度指令后转发该调度指令至nt1、nt2、交换机4，交换机4转发该调度指令至nt3、nt4。主节点nc的调度指令可到达fc-ae-1553总线网络任一设备。nt1、nt2、nt3、nt4根据调度指令内容进行信息匹配，如果匹配成功，则发送本地数据到总线网络，若匹配失败，则不向总线网络发送数据。整个流程的运行过程如图3所示。
44.按上述方案，fc-ae-1553总线通信在n个时隙内完成指令调度和数据通信。
45.本具体实施例所提出的技术方案主要适用于fc-ae-1553总线网络通信，尤其是航天飞行器fc-ae-1553总线网络多节点设备数据采集、数据调度。基于时间触发方式，将fc-ae-1553总线网络调度周期划分为若干个时隙单元，既完成数据调度任务，又提升了数据调度的可靠性，可广泛应用于军工及民用各种数据传输领域。
46.与现有技术相比，进行了调度周期时间预置，增加了统一的时间规划和时间同步，能够满足fc-ae-1553总线网络通信高可靠性要求，实现了基于时间触发的fc-ae-1553总线网络通信，网络通信具有很强的时间确定性、实时性，网络性能和可靠性取得显著进步。。