CN107508640B - 基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络构建方法，采取双环冗余自愈拓扑结构，与已有技术相比，本发明的双环冗余自愈拓扑结构具有网络构建简单、不需要仲裁或交换、实时性高、定长数据包的传输延迟小而且固定等优势，一方面保证信息传输的可靠性，另一方面保证了线路受损或节点受损情况下的传输畅通，自行维护通信，能够处置各种异常情形。

Description

基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络构建方法

技术领域

本发明涉及光纤通信网络，属于有限节点组网交互数据和信息的光纤网络技术，涉及到组网拓扑和网络协议等，具体来讲是一种基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络构建方法。

背景技术

在某些应用场景下，如弹载、无人机载、艇载设备之间的数据和信息交互传输有以下几个特点：

（1）设备数量有限，通信节点数一般不超过100个；

（2）数据率高低混合，不同设备的输入输出接口不同；

（3）数据种类多样，而且类似指令数据传输高可靠性要求；

（4）工作环境较为恶劣，要求传输抗干扰性强；

（5）需要具有地面检查测试和维护信息接口；

（6）部分节点脱落或受损、失效后其他节点之间要能够正常通信；

（7）通信构建有低成本约束前提。

传统的以太网和高速大规模光纤网络结构存在着实时性不满足要求或成本过高等问题。

发明内容

本发明的目的是改进已有技术存在的缺陷，提供一种基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络构建方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络构建方法，包括下列步骤：

1、建立双环冗余自愈网络拓扑结构，数据传输路径为：

①、正常情况下，两个环路都能进行数据传输；

②、若某一个环路出现故障时，通过网络协议引擎判断并自动切换至另一个环路进行工作；若环路中某个传输节点断开，则通过网络协议引擎判断网络中的节点连接情况，在正常传输节点中自动切换传输路径完成数据传输。

2、基于双环冗余自愈网络拓扑结构，建立光纤网络协议架构；

①、帧格式：

在通信协议帧方面采用光纤通道协议的帧格式；

②、网络通信过程：

网络工作过程包括网络链路检查和确认、网络状态监测和维护、数据传输和环回消除，其中，由网络中节点发起网路链路检查动作，分两个步骤进行：

a、对本节点的每一个端口进行连接状态检查，对于有连接的端口发送链路检查包，得到回应后记录节点地址等，用以确认相邻连接的拓扑状态；

b、对于有连接的端口发送链路检查包，检查记录相邻节点的通路状态和节点地址，依次传输环回用以确认环形连接的拓扑状态；

网络数据的传输路径有三种：正环、逆环和双环冗余，环路的数据环回一周回到本节点后消除，不再继续传输；

③、建立网络协议引擎，内容包括：

a、网络链路拓扑状态的监测与维护，包括下列步骤：

第一，各个节点自行检查本节点光纤接口的通断状态，对每个光纤接口发出链路状态检查帧，

第二，节点将自身的节点信息加上后再环出，

第三，若各节点为正常的情形下，该检查帧经过环形拓扑传输后环回本节点，本节点便可以获知整个环路通畅，若链路检查帧发出后超时没有环回，则获知链路系统不畅通，最终各个节点将拓扑关系更新到状态寄存器，判断网络中的节点连接情况，确定数据传输路径；

b、数据组帧与拆帧分析：

按照协议组装发送数据帧，通信节点收到数据帧后，按照定义的帧格式拆解数据帧，判断该数据帧的类型，确定数据帧的去向，再结合当前的链路状态确定路由控制码，来切换数据传输路径，读取数据载荷；

c、控制和状态寄存器的使用与置位，根据引擎的当前状态置位状态寄存器，读取控制寄存器内容确定协议引擎的相关工作模式和方式；

d、数据传输或交换的优先级控制，确定同时到达的数据源发送的优先级别，按照优先级控制数据流。

与已有技术相比，本发明的双环冗余自愈拓扑结构具有以下优势：

（1）网络构建简单，不需要仲裁或交换；

（2）实时性高，定长数据包的传输延迟小而且固定；

（3）双冗余设计一方面保证了信息传输的可靠性，另一方面还能够保证线路受损或节点受损情况下的传输畅通；

（4）不占用节点的设备的处理器开销，底层自行维护通信，能够处置各种异常情形。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1——本发明的一种双环冗余自愈光纤网络拓扑结构示意图。

图2——本发明环路中某个传输节点断开时的数据传输路径自动切换示意图。

图3——本发明环路中某个传输节点去掉时的数据传输路径自动切换示意图。

图4——光纤通道（FC）通用的帧格式。

图5——本发明网络协议引擎中的链路拓扑状态检查与维护的工作流程图。

图6——本发明的网络路由控制的工作流程图。

图7——本发明的网络数据收发流程图。

具体实施方式

本发明是一种基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络技术，其核心内容包括以下两点：

（1）采取双环冗余自愈拓扑结构，一方面保证信息传输的可靠性，一方面保证线路受损或节点受损情况下的传输畅通；

（2）基于光纤通道（FC）协议的双环通信协议进行改进，保证基本通信，处置各种异常情形。

本发明的基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络构建方法，包括下列步骤：

1、建立双环冗余自愈网络拓扑结构，参见图1所示（以四个节点为例）：

正常情况下两个环路都可以进行数据传输，同时网络引擎具有自动断环检测功能，在一个环路出现故障的时候可以使用另外一个环路工作，即网络可以自愈，能够提高系统工作可靠性。

当某个传输环节断开的情况下通信路径也能够自动切换，如图2所示。节点A与节点B之间断开，数据传送至B（或A）点时，通过网络协议引擎判断并自动由1路切换至2路传回至A（或）B点，组成A——B——C——D——A传输环路。

而当某个传输节点去掉的情况下通信路径也能够自行调整，如图3所示。图中去掉节点A，则通过网络协议引擎判断并自动由1路切换至2路，组成D——B——C——D传输环路将数据传送传回。

2、基于双环冗余自愈网络拓扑结构，建立光纤网络协议架构；

①、帧格式：

基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络在通信协议帧方面遵循光纤通道（FC）的帧格式，如图4所示。

数据帧由帧起始标记界定符（SOF）、帧头、载荷区、循环冗余校验（CRC）和帧结束标记界定符（EOF）组成。帧内容包括了帧头、载荷区和CRC三部分。帧的最大容量为2140字节。其中帧头由24字节组成，包含了与服务相关的控制信息。载荷区的最大载荷量为2112字节，具体的大小视传输情况而定。最后是4字节的CRC校验位。

SOF和EOF均属于有序集，由4个传输字符构成。SOF和EOF可以依据自己所处位置和服务类型的不同，而具有不同的类型。

双环冗余自愈光纤网络的传输路径有三种：正环、逆环和双环冗余，相应的R_CTL路由定义为：0、1、2。

②、网络通信过程：

完整的网络工作过程包括网络链路检查和确认、网络状态监测和维护、数据传输和环回消除等。

通电后，由网络中节点发起网路链路检查动作，分两个步骤进行：

a、对本节点的每一个端口进行连接状态检查，对于有连接的端口发送链路检查包，得到回应后记录节点地址等，用以确认相邻连接的拓扑状态。

b、对于有连接的端口发送链路检查包，检查记录相邻节点的通路状态和节点地址，依次传输环回用以确认环形连接的拓扑状态。

网络数据的传输在环路上进行，可以在单环上传输，出现故障的情况下切换到内环，也可以直接双环热冗余传输。

环路的数据环回一周回到本节点后消除，不再继续传输。

③、建立网络协议引擎：

基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络的核心为网络协议引擎，协议引擎实现的主要功能及内容包括：

a、拓扑状态监测与维护，拓扑结构由物理连接方式确定，协议引擎需要判断网络中的节点连接情况，确定数据传输路径。

协议引擎中，链路拓扑状态检查与维护的主要工作流程如图5所示。

进入链路状态检查与维护流程后，各个节点自行检查本节点光纤接口的通断状态，对于接通的光纤接口发出链路检查帧，链路检查帧每到一个节点，该节点将自身的节点信息加上后再环出；各节点正常的情形下，该检查帧经过环形拓扑传输后环回本节点，本节点便可以获知整个环路通畅；若链路检查帧发出后超时没有环回，则获知链路系统不畅通，但通过接受其他节点的信息可以获知本节点能够到哪个节点在哪个环路上是通畅的；最终各个节点将拓扑关系更新到状态寄存器。

b、数据组帧与拆帧分析，按照协议组装发送数据帧，填充发送数据帧的相关状态与控制信息；对接收的数据帧进行拆解分析，确定数据帧的去向，读取数据载荷。

c、控制和状态寄存器的使用与置位，根据引擎的当前状态置位状态寄存器，读取控制寄存器内容确定协议引擎的相关工作模式和方式。

基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络的路由控制的工作流程如图6所示。

通信节点收到数据帧后，按照定义的帧格式拆解数据帧，判断该数据帧是本点发出环回帧还是链路检查帧还是本节点接收帧还是转发帧，在结合当前的链路状态确定路由控制码，来切换数据传输路径。

d、数据传输或交换优先级控制，确定同时到达的数据源发送的优先级别，按照优先级控制数据流。

基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络的数据收发流程如图7所示。

每个节点的发送数据来源主要是本节点设备发出的数据和从光纤接收到需要转发的数据，两者发生碰撞时，可以根据既定的优先级确定发送的先后顺序。

从光纤接收到的数据包进行拆解后，根据帧头信息决定路由路径，将接收包送至设备数据接口，将转发包组帧后再行发出，将本地发出后环回的数据包进行比对确认无误后丢弃，退出环路传输。

Claims (1)

1.一种基于光纤通道技术的双环冗余自愈光纤网络构建方法，包括下列步骤：

（1）建立双环冗余自愈网络拓扑结构，数据传输路径为：

①、正常情况下，两个环路都能进行数据传输；

②、若某一个环路出现故障时，通过网络协议引擎判断并自动切换至另一个环路进行工作；若环路中某个传输节点断开，则通过网络协议引擎判断网络中的节点连接情况，在正常传输节点中自动切换传输路径完成数据传输；

（2）基于双环冗余自愈网络拓扑结构，建立光纤网络协议架构；

①、帧格式：

在通信协议帧方面采用光纤通道协议的帧格式；

②、网络通信过程：

网络工作过程包括网络链路检查和确认、网络状态监测和维护、数据传输和环回消除，其中，由网络中节点发起网路链路检查动作，分两个步骤进行：

a、对本节点的每一个端口进行连接状态检查，对于有连接的端口发送链路检查包，得到回应后记录节点地址等，用以确认相邻连接的拓扑状态；

b、对于有连接的端口发送链路检查包，检查记录相邻节点的通路状态和节点地址，依次传输环回用以确认环形连接的拓扑状态；

网络数据的传输路径有三种：正环、逆环和双环冗余，环路的数据环回一周回到本节点后消除，不再继续传输；

③、建立网络协议引擎，内容包括：

a、网络链路拓扑状态的监测与维护，包括下列步骤：

第一，各个节点自行检查本节点光纤接口的通断状态，对每个光纤接口发出链路状态检查帧，

第二，节点将自身的节点信息加上后再环出，

第三，若各节点为正常的情形下，该检查帧经过环形拓扑传输后环回本节点，本节点便可以获知整个环路通畅，若链路检查帧发出后超时没有环回，则获知链路系统不畅通，最终各个节点将拓扑关系更新到状态寄存器，判断网络中的节点连接情况，确定数据传输路径；

b、数据组帧与拆帧分析：

按照协议组装发送数据帧，通信节点收到数据帧后，按照定义的帧格式拆解数据帧，判断该数据帧的类型，确定数据帧的去向，再结合当前的链路状态确定路由控制码，来切换数据传输路径，读取数据载荷；

c、控制和状态寄存器的使用与置位，根据引擎的当前状态置位状态寄存器，读取控制寄存器内容确定协议引擎的相关工作模式和方式；

d、数据传输或交换的优先级控制，确定同时到达的数据源发送的优先级别，按照优先级控制数据流。

Images