CN107395400A - 航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法 - Google Patents

航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107395400A
CN107395400A CN201710516241.5A CN201710516241A CN107395400A CN 107395400 A CN107395400 A CN 107395400A CN 201710516241 A CN201710516241 A CN 201710516241A CN 107395400 A CN107395400 A CN 107395400A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ethernet
streams
redundancy
node
message
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710516241.5A
Other languages
English (en)
Inventor
汪清
滕立平
杨耀通
赵爽
崔鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710516241.5A priority Critical patent/CN107395400A/zh
Publication of CN107395400A publication Critical patent/CN107395400A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/06—Management of faults, events, alarms or notifications
    • H04L41/0654—Management of faults, events, alarms or notifications using network fault recovery
    • H04L41/0663—Performing the actions predefined by failover planning, e.g. switching to standby network elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/22—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received using redundant apparatus to increase reliability

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明涉及航天通信领域，为提出一种新的冗余至节点的航天以太网冗余方案，既消除故障恢复时间实现无缝冗余，又不增加网络通信负荷保证精确时间同步，提高以太网的稳定性和可靠性。本发明采用的技术方案是，航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法，步骤是：(1)节点采用冗余至节点的双以太网结构；(2)对步骤(1)中的流进行冗余处理；(3)TT流同时从A,B两个端口同时发出，以保障一条链路出现故障时，重要的TT流不丢失；(4)对于RC流与BE流，分散到A,B两个端口发送；(5)接收节点对于接收到的相同TT流根据报文标签不同进行处理，保留原始TT流。本发明主要应用于航天通信场合。

Description

航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法
技术领域
本发明涉及航天通信领域，时间触发以太网领域，具体讲,涉及航太以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法。
背景技术
随着航天科技的不断发展进步，航天技术已在民用领域广泛造福于全人类，尤其在空间探测、卫星导航、气象观测以及地外生命探索等领域达到了前所未有的高度。但同时也造成了航天器整体系统的日益复杂，虽经历了电子技术的多次更新换代，每一个单机设备的处理能力得到了巨大提升，但设备间的互联传输系统略显落后。
航空电子系统体系结构的发展，促进了时间触发通信机制的引入。在分布式嵌入式实时系统领域提出的TT体系架构，在时间同步的基础上按照精确的资源使用计划来引导整个系统的活动，对资源进行充分使用。在此基础上发展而来的时间触发以太网 (Time-triggeredEthernet,TTE)，即以TT代替事件触发，在全局时钟精确同步的条件下，使网络任务通信具有完全的实时性，有望成为分布式综合模块化航空电子系统的互连基础设施。
在很多工业应用中，要求网络具有零故障恢复时间，现在普遍使用网络冗余来增加网络的可靠性。然而，以太网协议和TCP/IP协议本身未定义冗余通信方式，因此冗余以太网通信得到广泛研究。
以太网高可用性自动化网络标准IEC CDV 62439提出了“冗余至网络”和“冗余至节点”两类以太网冗余方案。前一类方案只提供线路和交换机冗余，节点本身没有冗余通道。比较典型的应用有STP、RSTP和MSTP。它们采用物理环网连接交换机和网桥。正常工作时阻断一个方向的通道防止“广播风暴”。故障发生后，通过启用阻断通道实现冗余通信。这类方案实现成本低，但是存在一定的故障恢复时间，且无法解决因节点网卡故障引起的通信中断。后一类方案中的节点和两个独立的冗余以太网连接，节点同时在两个网络上收发数据，因此能消除网络的故障恢复时间。其典型代表为PRP。PRP节点上连接冗余以太网的两个通道具有相同的MAC地址和IP地址。所有报文同时在两个网络上发送，接收节点通过报文时间标签筛选冗余报文。这种方案不可避免地增加了网络上报文的数量，且不能实现精确的时间同步。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种新的冗余至节点的航天以太网冗余方案，既消除故障恢复时间实现无缝冗余，又不增加网络通信负荷保证精确时间同步，提高以太网的稳定性和可靠性。本发明采用的技术方案是，航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法，步骤是：
(1)节点采用冗余至节点的双以太网结构，每个节点配备两个完全独立的网络接口，构成了A、B两个独立以太网物理通道，报文同时在A、B两个网络上发送，对TT流量，RC流量，BE流量进行流的分类；
TT流，速率限制RC(Rate-Constrained)流和“尽力传”BE(Best-Effort)流是三种类别，TT流用于具有严格时延、时延抖动和确定性需求的应用，具有最高优先级；
(2)对步骤(1)中的流进行冗余处理，在以太网报文数据区设计报文时间标签，利用时间标签，采用时间优先处理冗余报文，对TT流进行双备份；
(3)TT流同时从A,B两个端口同时发出，经过主要通道交换机以及冗余备份交换机发送到相同的目的节点，以保障一条链路出现故障时，重要的TT流不丢失；
(4)对于RC流与BE流，则经过冗余处理后，不进行双备份发送，而是分散到A,B两个端口发送，不再占用冗余通道，同时利用双通道提高信息流的发送速率；
(5)接收节点对于接收到的相同TT流根据报文标签不同进行处理，将由冗余标签的相同TT流进行舍弃，保留原始TT流。
时间标签设计在数据报文区域的前半部分，占用一个时隙的长度。
本发明的特点及有益效果是：
本发明根据报文实时性、可靠性和响应性的不同，将网络中的报文分成重要报文和次要报文，对不同报文采用不同的冗余传输机制，保证重要报文的可靠通信，又充分利用带宽，保证精确时间同步。
附图说明：
图1冗余结构图。
图2TTE基本周期与矩阵周期示意图。
图3自适应双以太网冗余拓扑结构。
图4本发明流程示意图。
具体实施方式
一、实现结构
本发明的实现结构如图1所示。
采用冗余至节点的双以太网结构，每个节点配备了两个完全独立的网络接口，构成了A、 B两个独立以太网物理通道。
报文同时在A、B两个网络上发送，当一个通道出现故障时，发送节点仍能通过另一个通道及时发送报文，实现零故障恢复时间。
二、理论依据
(1)现有冗余技术难点
网络通信在追求高速的同时对通信的可靠性和稳定性也有着严格的需求。因此，在某些特定的网络中要求网络终端设备采用冗余备份的网卡，即网络终端设备通过两天条链路与网络相连，其中一条用于工作，另一条用于备份。当发现当前工作链路断开后，切换到备用链路上进行网络通信。基于链路故障监测的方法切换冗余链路，往往故障发生后再进行切换，冗余链路切换时间较长，开销大，难以满足航天领域应用要求。基于PRP协议，节点同时在两条链路上收发数据的方法，无链路切换时间和故障恢复时间，但这种方法协议复杂，增加了网络上的报文数量，必须设置丢弃算法的冗余报文，丢弃窗口的设置会带来网络的延迟，无法实现高精度的时间同步。
(2)TTE网络流的类型
在TTE网络中，由于需要在一个物理网络上支持具有不同实时性和安全性需求应用之间的通信，因此它提供3种类型的流量:TT流量，速率限制(Rate-Constrained,RC)流量和“尽力传”(Best-Effort,BE)流量。TT消息用于具有严格时延、时延抖动和确定性需求的应用，具有最高优先级。RC消息用于对确定性和实时需求的严格程度稍弱一些的应用，具有次高优先级。BE消息实现的是传统的以太网通信方法，优先级最低。
(3)TTE网络调度机制
TTE基本周期与矩阵周期示意图如图2所示。
TTE网络调度采用时分复用技术,通过时间规划保证关键流量和非关键流量在同一条物理链路上进行传输，彼此之间互不冲突在TTE网络中，常用的调度方式是在各发送端预先离线设计好任务调度表，然后根据调度表进行消息的发送。调度表中包含一个矩阵周期(Matrix Cycle，MC)，它由若干个基本周期(Basic Cycle，BC)组成。BC在MC的数目是所有TT帧周期的最小公倍数除以基本周期，BC可以看作所有周期性TT流量的最小可能周期。实际应用中可以以BC作为时间单位，其他周期任务与它形成2的幂次的关系，则最大的周期等于 MC。每个基本周期又分为两段，前一段专门发送TT数据帧，后一段专门发送RC帧和BE帧，为了不对下一个基本周期的TT帧发送造成延迟，RC+BE段的最后需要留出一个当前所有通信任务中最大帧长的时间作为保护间隔。
三、自适应双以太网冗余实现
自适应双以太网冗余拓扑结构如图3所示。
自适应双以太网冗余方案是在以太网报文数据区设计报文时间标签，利用时间标签，采用时间优先处理冗余报文，可以实现具有零故障恢复时间的双网冗余传输通信，提高系统的实时性。
报文时间标签位置图如图4所示。对冗余报文进行时间标签的设置，目的在于接收端同时收到原信息流与冗余信息流时，可以优先选择处理冗余报文。时间标签设计在数据报文区域的前半部分，占用一个时隙的长度。
TT流、RC流、BE流通过终端板卡发送，在A,B两个通道同时复制TT流，双通道发送相同的TT流，讲过交换机A与交换机B实现双冗余备份发送TT流，保证一条通道或者交换机出现故障，重要TT流信息不丢失。
根据报文的重要性将其进行分类，次要报文将在网络状态良好时在双网上分散传输。对于次要报文如RC流以及BE流，将流分散发送，保证信息的高效传输，减小链路延迟。
(1)节点采用冗余至节点的双以太网结构，每个节点配备了两个完全独立的网络接口，构成了A、B两个独立以太网物理通道。报文同时在A、B两个网络上发送，对TT流，RC流，BE流进行流的分类。
(2)对流进行冗余处理，在以太网报文数据区设计报文时间标签，利用时间标签，采用时间优先处理冗余报文，对TT流进行双备份。
(3)TT流同时从A,B两个端口同时发出，经过主要通道交换机以及冗余备份交换机发送到相同的目的节点。以保障一条链路出现故障时，重要的TT流不丢失。
(4)对于RC流与BE流，则经过冗余处理后，不进行双备份发送，而是分散到A,B两个端口发送，不再占用冗余通道，同时利用双通道提高信息流的发送速率。
(5)接收节点对于接收到的相同TT流根据报文标签不同进行处理，将由冗余标签的相同TT流进行舍弃，保留原始TT流。

Claims (2)

1.一种航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法，其特征是，步骤是：
(1)节点采用冗余至节点的双以太网结构，每个节点配备两个完全独立的网络接口，构成了A、B两个独立以太网物理通道，报文同时在A、B两个网络上发送，对TT流量，RC流量，BE流量进行流的分类；
TT流，速率限制RC(Rate-Constrained)流和“尽力传”BE(Best-Effort)流是三种类别，TT流用于具有严格时延、时延抖动和确定性需求的应用，具有最高优先级；
(2)对步骤(1)中的流进行冗余处理，在以太网报文数据区设计报文时间标签，利用时间标签，采用时间优先处理冗余报文，对TT流进行双备份；
(3)TT流同时从A,B两个端口同时发出，经过主要通道交换机以及冗余备份交换机发送到相同的目的节点，以保障一条链路出现故障时，重要的TT流不丢失；
(4)对于RC流与BE流，则经过冗余处理后，不进行双备份发送，而是分散到A,B两个端口发送，不再占用冗余通道，同时利用双通道提高信息流的发送速率；
(5)接收节点对于接收到的相同TT流根据报文标签不同进行处理，将由冗余标签的相同TT流进行舍弃，保留原始TT流。
2.如权利要求1所述的航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法，其特征是，时间标签设计在数据报文区域的前半部分，占用一个时隙的长度。
CN201710516241.5A 2017-06-29 2017-06-29 航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法 Pending CN107395400A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710516241.5A CN107395400A (zh) 2017-06-29 2017-06-29 航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710516241.5A CN107395400A (zh) 2017-06-29 2017-06-29 航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107395400A true CN107395400A (zh) 2017-11-24

Family

ID=60334490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710516241.5A Pending CN107395400A (zh) 2017-06-29 2017-06-29 航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107395400A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109413094A (zh) * 2018-11-28 2019-03-01 北京宇航系统工程研究所 基于hs-adix网络的航天数据传输系统
CN111698058A (zh) * 2020-05-28 2020-09-22 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 时间触发数据帧冗余管理方法
CN111884891A (zh) * 2020-06-10 2020-11-03 上海宇航系统工程研究所 一种用于运载火箭的以太网总线系统
CN112468318A (zh) * 2020-11-05 2021-03-09 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种双余度时间触发网络重构方法
CN112953803A (zh) * 2021-02-10 2021-06-11 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 机载冗余网络数据传输方法
CN113806290A (zh) * 2021-08-27 2021-12-17 中国航空无线电电子研究所 一种用于综合模块化航空电子系统的高完整性片上系统
CN113985763A (zh) * 2021-10-12 2022-01-28 江苏清盐智能科技有限公司 无人战车控制系统时间触发以太网络架构
CN114002944A (zh) * 2021-10-12 2022-02-01 江苏清盐智能科技有限公司 无人战车控制系统时间触发总线
CN115038136A (zh) * 2022-05-25 2022-09-09 中国科学院国家空间科学中心 一种多通道自适应带宽切换方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101075945A (zh) * 2006-05-19 2007-11-21 中国科学院沈阳自动化研究所 实时以太网确定性通信方法
US20150172122A1 (en) * 2013-12-13 2015-06-18 International Business Machines Corporation Multipath fiber channel over ethernet networks

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101075945A (zh) * 2006-05-19 2007-11-21 中国科学院沈阳自动化研究所 实时以太网确定性通信方法
US20150172122A1 (en) * 2013-12-13 2015-06-18 International Business Machines Corporation Multipath fiber channel over ethernet networks

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘晚春，李峭，何锋: "时间触发以太网同步及调度机制", 《航空计算技术》 *
黄文君，谢东凯，卢山，何伟挺: "一种高可用性的冗余工业实时以太网涉及", 《仪器仪表学报》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109413094A (zh) * 2018-11-28 2019-03-01 北京宇航系统工程研究所 基于hs-adix网络的航天数据传输系统
CN109413094B (zh) * 2018-11-28 2021-07-09 北京宇航系统工程研究所 基于hs-adix网络的航天数据传输系统
CN111698058A (zh) * 2020-05-28 2020-09-22 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 时间触发数据帧冗余管理方法
CN111698058B (zh) * 2020-05-28 2022-12-06 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 时间触发数据帧冗余管理方法
CN111884891B (zh) * 2020-06-10 2022-02-08 上海宇航系统工程研究所 一种用于运载火箭的以太网总线系统
CN111884891A (zh) * 2020-06-10 2020-11-03 上海宇航系统工程研究所 一种用于运载火箭的以太网总线系统
CN112468318A (zh) * 2020-11-05 2021-03-09 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种双余度时间触发网络重构方法
CN112468318B (zh) * 2020-11-05 2023-03-14 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种双余度时间触发网络重构方法
CN112953803A (zh) * 2021-02-10 2021-06-11 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 机载冗余网络数据传输方法
CN113806290A (zh) * 2021-08-27 2021-12-17 中国航空无线电电子研究所 一种用于综合模块化航空电子系统的高完整性片上系统
CN113806290B (zh) * 2021-08-27 2023-10-27 中国航空无线电电子研究所 一种用于综合模块化航空电子系统的高完整性片上系统
CN113985763A (zh) * 2021-10-12 2022-01-28 江苏清盐智能科技有限公司 无人战车控制系统时间触发以太网络架构
CN114002944A (zh) * 2021-10-12 2022-02-01 江苏清盐智能科技有限公司 无人战车控制系统时间触发总线
CN115038136A (zh) * 2022-05-25 2022-09-09 中国科学院国家空间科学中心 一种多通道自适应带宽切换方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107395400A (zh) 航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法
CN105991384B (zh) 兼容时间触发以太网与1553b的航天以太网通信方法
CN109560959B (zh) 异构时间触发多网冗余传输方法
CN100525234C (zh) 用于减轻环形网络中的客户端过订的系统和方法
US7983195B2 (en) Method of routing virtual links in a frame-switching network with guaranteed determinism
CN101471854A (zh) 一种转发报文的方法及装置
CN103179046A (zh) 基于openflow的数据中心流量控制方法及系统
CN108847961B (zh) 一种大规模、高并发的确定性网络系统
CN113678414A (zh) 用于tsn网络上的增强可调度性和吞吐量的交换设备、控制设备和对应方法
CN104836750A (zh) 一种基于时间片轮转的数据中心网络流调度方法
Abuteir et al. Simulation environment for time-triggered ethernet
CN114124689B (zh) 用于实现tsn流配置的系统和方法
CN103441960A (zh) 电力系统实时多业务数据通信复用方法
CN114245424A (zh) 用于通信网络的方法和装置
CN1980189A (zh) 通信业务隔离及控制
CN108965013A (zh) Ip和光网络业务快速开通系统及方法
Li et al. Worst-case delay analysis on a real-time heterogeneous network
Zheng et al. Mix-flow scheduling for concurrent multipath transmission in time-sensitive networking
US9647960B2 (en) Switched data transmission system allowing the cancellation of time dependent loops and usable in particular in avionics applications
US20140177432A1 (en) Protection switching method and system provision by a distributed protection group
CA2632729A1 (en) Method and device for remotely controlling the congestion of meshed flow in a packet mode telecommunication network
Mifdaoui et al. Real-time ethernet solutions supporting ring topology from an avionics perspective: A short survey
Tang et al. Online schedule of sporadic life-critical traffic in ttethernet
Ansah et al. Application topology-aware virtual network mapping and service provisioning in programmable networks
CN110098967A (zh) 一种通信方法、装置、设备及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171124