Fc-ae-1553数据交换模式设计、网络控制及节能方法
【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FC-AE-1553数据交换模式设计、网络控制及节能方法的设计。
【背景技术】
[0002]FC-AE-1553协议是通过在光纤通道(Fibre Channel，FC)协议的协议栈交换层(FC-4层)映射MIL-STD-1553B协议而生成的，其协议的栈结构如图1所示，其底层的光纤通道技术最初的目的是为了提供数据在计算机和存储系统之间传输的存储区域网络(Storage Area Network, SAN)而设计的，当该FC_AE_1553协议被直接应用在航空航天飞行器系统的组网时，其结构复杂，成本昂贵，维护麻烦，功耗较高的缺点就变得尤为突出。特别是在面对未来航空电子系统开始采用模块化、综合化、开放式系统结构的设计趋势，能够取得性能与功耗、价格、维护成本等之间的综合优势，逐渐成为航空电子系统组网的一个关键性因素。
[0003]在一种使用无源光分路器(Passive Optical Splitter, POS)连接一个网络控制器(Network Controller,NC)和多个网络终端(Network Terminal,NT)的FC-AE-1553 网络中，所有数据下行使用一对多的通信方式，数据上行为基于网络控制器(NC)的分时复用。基于该无源光分路器(POS)的星型网络如图2所示。该网络除了支持标准的FC-AE-1553协议之外，还能通过桥接协议转换设备(BG)连接远程终端(Remote Terminal, RT)来兼容MIL-STD-1553B 协议总线。
[0004]网络控制器(NC)是整个网络的控制核心，负责网络终端(NT)的传输请求查询、总线同步、数据传输协调、以及错误处理和数据备份传输等功能。网络终端(NT)通过光纤耦合器与网络控制器(NC)连接来实现NT与NC，NT与NT之间的通信功能。光纤耦合器负责执行光信号的下行分配和上行汇聚与传输功能，上下行数据使用光纤耦合器传输，并使用波分复用技术将不同波长的光载入到一根光纤中，从而节省光纤资源。
[0005]该网络拓扑在继承了传统光纤通道技术高带宽、高可靠性的优良传输特性的同时，又由于光纤耦合器是无源器件，故整个拓扑网络的互联传输相比于交换式网络拓扑具有非常低的功耗，同时也减少了系统的维护管理费用，简化了系统结构，降低了成本。
[0006]FC-AE-1553协议不但支持MIL-STD-1553协议的10种数据交换模式，而且对传输速率、字长度、支持终端个数、支持地址个数、一次传送的最大字节数等进行了扩展，并能通过协议转换桥连接支持MIL-STD-1553协议的设备。
[0007]针对FC-AE-1553协议的10种消息交换模式，有必要针对该无源星型拓扑网络在协议栈交换层(FC-4层)进行详细的研宄，同时融入节能的设计方法，将该拓扑结构低功耗的特点进一步展现出来。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决FC-AE-1553协议无源星型网络没有针对拓扑结构的适应性传输交换模式和网络控制方法的问题，提出了一种FC-AE-1553数据交换模式设计、网络控制及节能方法。
[0009]本发明的技术方案为:一种FC-AE-1553数据交换模式设计方法，其特征在于，将FC-AE-1553协议支持10种数据交换模式分为常规模式、中转模式和多播模式三类；所述常规模式包括NC-NT模式、NT-NC模式、无数据字模式命令、发送数据字模式命令以及接收数据字模式命令；所述中转模式包括NT-NT模式；所述多播模式包括NC-NTs模式、NT-NTs模式、多播无数据字模式命令以及多播有数据字模式命令。
[0010]进一步地，常规模式下的5种数据交换模式在协议栈链路层的数据通信方式分为NC到NT通信和NT到NC通信。
[0011]进一步地，NC到NT通信的具体方法为:
[0012]由NC节点发出的数据信息通过光纤耦合器向下传输到每一个NT节点上，NT节点在数据链路层通过解码帧的目的地址判断是否为发给自己的帧；若是，则NT节点将帧交给光纤通道协议上层处理；若不是，则NT节点直接丢弃帧消息。
[0013]进一步地，NT到NC通信的具体方法为:
[0014]NC控制上行信道的使用，当NC将信道使用权分配给指定的NT后，该NT发送的数据信息将直接传送到NC，而别的NT将不会有数据传输。
[0015]进一步地，中转模式在中转过程中采用二值判定直通转发方式，具体过程为:
[0016]NC在读取到命令帧目标地址段之后做出以下两种判断:若该帧目标地址段为该NC的端口地址，则在接收到后存储，然后交给FC-AE-1553协议栈上级层次处理；若该帧目标地址段不为该NC的端口地址，则立即进行下行转发。
[0017]本发明还提供了一种基于权利要求1所述的FC-AE-1553数据交换模式的网络控制方法，对无源星型拓扑网络中NC产生的命令时序表采取定时查询异步处理的控制方法，具体包括以下步骤:
[0018]SUNC在命令时序表查询完周期性消息之后，对存在非周期消息的NT下行一对多点异步查询指令；
[0019]S2、含有非周期消息的NT在确定时延之后依次将状态返回给NC ;
[0020]S3、NC根据异步消息的优先级处理任务。
[0021]进一步地，该网络控制方法还包括步骤:
[0022]S4、NC查询各个NT的故障状态并进行处理，具体包括以下分步骤:
[0023]S41、NC通过命令时序表向NT发送故障查询命令；
[0024]S42、判断NT响应是否超时；若超时则记异常次数+1，进入步骤S43 ;若未超时则进入步骤S44 ；
[0025]S43、判断异常次数是否等于设定值；若是则判定为不可修复性故障，NC在通信地址表中将该NT地址更新为不在线；否则返回步骤S41 ;
[0026]S44、判断故障标志是否置位；若是则判定为可修复性故障，利用终端故障处理程序解决故障；否则进入步骤S45 ;
[0027]S45、判断所有NT是否查询完毕；若是则处理结束；否则返回步骤S41。
[0028]本发明还提供了一种基于权利要求1所述的FC-AE-1553数据交换模式的节能方法，针对无源星型拓扑结构提出了半睡眠和全睡眠两种节能机制；
[0029]半睡眠节能机制的工作过程为:当NT需要发送上行数据时，该NT的光发射机、光接收机以及通信和控制模块均开启；在NT在没有上行数据交换的状态下仅保持光接收机和与接收相关的通信和控制模块开启，光发射机和与发送相关的通信和控制模块均关闭；
[0030]全睡眠节能机制的工作过程为:当NT收到定时睡眠指令后判断当前有无上行数据流量；若无，则同意进入全睡眠模式的定时睡眠状态，仅保持睡眠结束检测模块开启，光发射机、光接收机以及通信和控制模块均关闭，睡眠结束检测模块在指定的激活时刻到来之前唤醒光发射机、光接收机以及通信和控制模块，使NT在指定的上行首帧开始时刻之前完成对NC的同步；若有，则拒绝进入全睡眠模式的定时睡眠状态，