CN105227279A - 一种用于双光纤通道网络通信系统的冗余管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于双光纤通道网络通信系统的冗余管理系统，包含冗余码插入模块、完整性检查模块、数据缓存模块和冗余管理模块。冗余码插入模块用于构建FC帧，并将每个FC帧同时通过FC终端的两个光纤通道进行发送；所述完整性检查模块用于在FC终端接收到通过两个光纤通道发送的FC帧后，根据FC帧中的源地址和交换序号索引接收源序号表对二个FC帧进行检查，将合格的FC帧存入数据缓存模块；所述冗余管理模块根据先到先赢的原则向上层传送先到数据缓存模块的FC帧。本发明可靠并且高效地实现FC冗余帧管理，而且兼容单光纤通道网络系统。

Description

一种用于双光纤通道网络通信系统的冗余管理系统

技术领域

本发明涉及双冗余光纤通道(FiberChannel)网络通信系统中，针对航空电子双机冗余通信系统的特点，提出一种高效且可靠的光纤通道冗余管理的方法。

背景技术

航空电子技术不断发展下，光纤通道(FC)技术的航空匿名消息协议(FC-AE)已经得到了广泛应用与发展。图1显示了双光纤网络系统结构。

现代先进航空电子系统中，对通信系统的带宽要求和可靠性要求越来越高。光纤通道虽然可以满足系统通信带宽的需求，但光纤通道协议(FC-FS-2)本身并没有针对冗余通信系统这种应用的相关描述。

发明内容

为了实现双光纤通道冗余网络系统通信，本发明的发明目的在于提供一种用于双光纤通道网络通信系统的冗余管理系统。该冗余管理系统具有占用资源小，不影响系统通信性能的特点，可以很快地在现有光纤系统上进行部署(通过可编程器件或者软件实现)而无需改变系统输入控制文件(ICD)和相关应用，完全兼容单光纤网络通信系统。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种用于双光纤通道网络通信系统的冗余管理系统，包含冗余码插入模块、二个完整性检查模块、数据缓存模块和冗余管理模块：

所述冗余码插入模块用于维护发送目的序号表，以及构建FC帧，并将每个FC帧同时通过FC终端的两个光纤通道进行发送；其中所述FC帧中包含目的地址D_ID、源地址S_ID和交换序号OX_ID，所述交换序号OX_ID的值是依据目的地址D_ID索引发送目的序号表后获得；

所述二个完整性检查模块用于维护接收源序号表，以及在两个光纤通道终端分别接收FC帧，根据FC帧中的源地址S_ID和交换序号OX_ID索引接收源序号表，若当前接收到的FC帧的交换序号OX_ID值在下述区间内则将FC帧送入数据缓存模块完成接收：

[OX_ID_pre+1,OX_ID_pre+2]，

其中，OX_ID_pre表示同一S_ID的前一个FC帧的交换序号OX_ID。

所述冗余管理模块用于根据“先到先赢”的规则，向上层传送数据缓存模块中先来到的FC帧，并删除另一个FC帧。

依据上述特征，所述冗余码插入模块维护发送目的序号表的方法为：

A1、根据待发送的FC帧的目的地址D_ID读取发送目的序号表中对应的交换序号OX_ID值；

A2、待发送的FC帧完成发送后，将发送目的序号表中对应的交换序号OX_ID值加1。

依据上述特征，所述完整性检查模块维护接收源序号表的方法为：

B1、根据接收到的FC帧的源地址S_ID读取接收源序号表中对应的交换序号OX_ID值；

B2、将接收到的FC帧中的OX_ID值替换接收源序号表中对应的交换序号OX_ID值。

依据上述特征，所述冗余管理模块还用于为每个源地址S_ID都配置一个时间参数skew_max，若FC终端接收的同一源地址S_ID的前后二帧时间超过时间参数skew_max，则不管后一FC帧的交换序号OX_ID为多少都接收并向上层传送。

与现有技术相比，本发明实现了一种机载双冗余光纤网络通信系统。并对双光纤通道FC终端给出了冗余管理的设计方法。本发明在不影响现有应用的情况下，实现可靠的并且高效的FC冗余帧管理，而且同样地兼容单光纤通道网络系统。该方法设计灵活，占用资源低，适用性强，具有显著的经济效益和应用前景。

附图说明

图1为双光纤网络系统结构示意图。

图2为本发明一种用于双光纤通道网络通信系统的冗余管理系统的结构示意图；

图3为本发明中冗余码插入模块的工作流程示意图；

图4为本发明中完整性检查模块的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

对于双光纤通信网络系统，冗余管理就是在提高系统可靠性的同时，在不浪费系统资源的前提下，进行有效地冗余数据帧剔除的方法。图2给出了一种双光纤通道网络通信系统中，网络终端节点的冗余管理系统。从图2中可以看出冗余管理系统的发送端包括冗余码插入模块，各个光纤通道接收包括独立的完整性检查模块、数据缓存模块和冗余管理模块。

对于单光纤通道网络，FC终端通过数据帧头中的目的地址ID(D_ID)和交换序号ID(OX_ID)来确定网络中数据帧发送的唯一性。同时，FC终端通过源地址ID(S_ID)和OX_ID来确保数据帧接收的有序性和一致性。对于双光纤通道网络也是如此。

对于任一双光纤通道终端的FC帧发送，规定发送同一D_ID的FC帧，其OX_ID在相邻两个连续的FC帧中是递增的。这使得终端在接收FC帧时，可以根据来自同一个S_ID的帧和OX_ID构造出一条单一的、有序的数据帧流，而其中不包括冗余的复制帧。这样对于上层系统不会感知到网络是冗余的，而且应用只需建立一个通信接口即可。

默认情况下，每个FC帧同时通过FC终端的两个光纤通道被发送，在FC终端采用“先到先赢”的策略来接收数据帧。这就意味着，从其中一个光纤通道中，同一个S_ID得到的带有下一个有效OX_ID序号的第一帧将被接收，并传送到应用层。而带有这个OX_ID的同样的S_ID的帧从另一光纤通道被接收到时，将被简单地丢弃。

(一)冗余码插入模块

双光纤通道冗余网络中，FC终端对应同样的目的地址D_ID所发出的FC帧都在该帧的帧头交换序号OX_ID字段处填入相应的序号。序号的取值范围从0到255。在FC帧头组成过程中，根据该帧发往的目的地址D_ID去索引发送目的序号表[D_ID]，获得的序号值填入FC帧头的OX_ID部分，陆续完成FC帧头余下部分后，填入负载，CRC和EOF后发送出去。其流程描述如图3所示，并在图左侧附上FC帧组成。

发送目的序号表[D_ID]中各个目的地址D_ID所对应的序号OX_ID初值为0。并只在FC终端复位后赋以初值0。对于同一个D_ID的相继传输的FC帧，交换序号OX_ID应该加1递增，并且在其值递增到255后回绕到1。每个D_ID都有各自独立的序号管理。并且为了简化接收端系统设计，采用一个发送控制器将FC帧同时在两个光纤通道上传输。

例如：当前有3个源节点S1，S2和S3，他们各自发往一个目的节点D1。则S1-D1的OX_ID第一帧为0，简单表示s1d1(0)，陆续后头的帧的OX_ID逐次累加为1，2，3……。我们记为s1d1(1)，s1d1(2)，s1d1(3)……。同样的，S2发往D1的帧的OX_ID是独自累加的，也是从0开始，s2d1(0)，s2d1(1)，s2d1(2)，s2d1(3)……，S3发往D1的就是s3d1(0)，s3d1(1)，s3d1(2)，s3d1(3)……。再多一个目的节点D2也一样，S1-D1和S1-D2的序号[D1]和序号[D2]是分别累加的，他们是独立的序号数组。

(二)完整性检查模块

FC终端每个光纤通道接收都具有一个独立的完整性检查模块。如果(基于S_ID和OX_ID序号)发现问题，完整性检查将对该光纤通道上判别为无效的帧进行丢弃。完整性检查是对同一个S_ID的OX_ID序号处于如下区间的每一帧进行检查，该区间是：

[OX_ID_pre+1,OX_ID_pre+2]；

其中，OX_ID_pre表示来自这个S_ID的前一个数据帧的OX_ID序号。运算符“+”是将序号回绕考虑在内。例如，当OX_ID_pre＝254，则OX_ID_pre+1＝255，并且OX_ID_pre+2＝1。OX_ID_pre值始终被更新为当前FC帧的OX_ID值。

完整性检查流程如图4所示。接收FC帧时先解析帧头中源地址S_ID，根据S_ID来索引接收源序号表，获取上一帧的交换序号OX_ID。将这值与当前帧的OX_ID值进行比较，如果符合上述提出的范围区间，则将该FC帧写入接收缓存，完成接收。如果当前OX_ID值不在区间范围内，则丢弃当前FC帧。无论接收还是丢弃，都会将当前帧的OX_ID值更新到序号[S_ID]的数组中去。接收端对于每个S_ID都有各自独立的序号管理。

例如：目的节点D1在接收来自S1，S2和S3的帧时候，分别根据发送序号表[S_ID]和当前帧的OX_ID来判断是否在区间范围内。他们是独立计算的，也就是说序号[S1]，序号[S2]和序号[S3]是各自独立累加的。收到帧s1d1(0)，s1d1(1)，s1d1(2)，s1d1(3)后接收源序号表中节点S1对应的交换序号OX_ID依次变为0,1,2,3。同样地，节点S2的交换序号OX_ID、节点S3的交换序号OX_ID值也同样变化，不会互为冲突的。

严格的完整性检查可以消除卡塞帧或单个非正常帧，并减少链路上错误帧的影响。光纤通道上丢失一个数据帧被认为是正常事件，因为链路的bit位错误的概率不为0。

在下面特殊情况下，完整性检查应该将如下的帧作为有效的帧接收：

1.OX_ID等于0的帧；只有在发送端复位后，才发送OX_ID为0的帧；

2.任何接收终端复位后，接收到的第一帧。

而没有满足上述条件的帧将被丢弃。

(三)冗余管理模块

冗余管理是在“先到先赢”的规则下，向上层传送先来到的FC帧，并使用其OX_ID作为拒绝或接收帧的准则，以此来剔除另一个光纤通道上的复制帧。对于每个S_ID，冗余管理应该保证FC帧的OX_ID以递增的次序被接收。检查规则与上述完整性检查相同。

由于单光纤通道网络在规范中只有1路发送和1路接收通道，但在本方案中为了能够提高数据在网络传输中的可靠性，在发送端采用了两个光纤通道将数据复制后分别从两个通道发送，在接收通道中就会在两个通道中接收到完全一样的数据，但后端应用只需要一份数据就可以，因此数据的复制发送和重复接收就需要在底层做完所有的冗余管理功能。为此在发送端通过插入冗余管理码后再通过发送通道进行发送，接收通道收到两份同样的数据后由冗余管理模块利用冗余码的规则选择一份有效数据后提交后端使用，完整性检查模块主要是分别在两个接收通道入口对收到的数据进行帧数据内容的完整和正确进行检查后提交给数据缓冲区，后端的冗余管理模块对确认正确的数据进行二选一的操作，最后提交一份有效数据给数据接收帧模块。

冗余管理通过一个时间参数skew_max来表示收到的两个光纤通道上冗余帧之间的最大时间。这个值依赖于网络拓扑(帧被转发的次数)，并且对于每个S_ID都配置skew_max值。如果接收到一帧后超过skew_max时间，则无论下一帧OX_ID是什么，它都将被接收。

冗余管理仅仅按照顺序对帧进行转发，但不会对帧进行重新排序。在某些情况下，一个光纤通道上某个帧丢失也会导致它在另一个通道上的复制帧的丢失。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于双光纤通道网络通信系统的冗余管理系统，包含冗余码插入模块、二个完整性检查模块、数据缓存模块和冗余管理模块，其特征在于：

所述冗余码插入模块用于维护发送目的序号表，以及构建FC帧，并将每个FC帧同时通过FC终端的两个光纤通道进行发送；其中所述FC帧中包含目的地址D_ID、源地址S_ID和交换序号OX_ID，所述交换序号OX_ID的值是依据目的地址D_ID索引发送目的序号表后获得；

所述二个完整性检查模块用于维护接收源序号表，以及在两个光纤通道终端分别接收FC帧，根据FC帧中的源地址S_ID和交换序号OX_ID索引接收源序号表，若当前接收到的FC帧的交换序号OX_ID值在下述区间内则将FC帧送入数据缓存模块完成接收：

[OX_ID_pre+1,OX_ID_pre+2]，

其中，OX_ID_pre表示同一S_ID的前一个FC帧的交换序号OX_ID；

所述冗余管理模块用于根据“先到先赢”的规则，向上层传送数据缓存模块中先来到的FC帧，并删除另一个FC帧。

2.根据权利要求1所述的冗余管理系统，其特征在于所述冗余码插入模块维护发送目的序号表的方法为：

A1、根据待发送的FC帧的目的地址D_ID读取发送目的序号表中对应的交换序号OX_ID值；

A2、待发送的FC帧完成发送后，将发送目的序号表中对应的交换序号OX_ID值加1。

3.根据权利要求1所述的冗余管理系统，其特征在于所述完整性检查模块维护接收源序号表的方法为：

B1、根据接收到的FC帧的源地址S_ID读取接收源序号表中对应的交换序号OX_ID值；

B2、将接收到的FC帧中的OX_ID值替换接收源序号表中对应的交换序号OX_ID值。

4.根据权利要求1所述的冗余管理系统，其特征在于所述冗余管理模块还用于为每个源地址S_ID都配置一个时间参数skew_max，若FC终端接收的同一源地址S_ID的前后二帧时间超过时间参数skew_max，则不管后一FC帧的交换序号OX_ID为多少都接收并向上层传送。