CN108011797A - 一种基于1553b协议的以太网通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于1553B协议的以太网通信系统，涉及时频测量技术领域。本发明实现了具有类似1553B总线实时性、确定性和以太网总线高速低成本的以太网通信系统，并且该以太网通信系统兼容传统的1553B总线设备。该系统中网络控制器(NC)和网络终端(NT)采用一种基于1553B协议的以太网通信方法(1553oE)进行通信。本发明具有1553B的确定性和实时性，可以兼容传统的1553B设备；又具备以太网的高速和低成本等特点，可以提高总线数据传输速率，可以满足现代航空航天总线系统的发展。

Description

一种基于1553B协议的以太网通信系统
技术领域
本发明涉及以太网通信技术领域，具体涉及一种基于1553B协议的以太网通信系统。
背景技术
近年来航空航天器的更新升级，传统1553B总线的1Mb/s的速率已经远远不能满足视频、语音等大数量的、高速的传输需求，逐渐成为了航空航天总线系统发展的瓶颈。在航空航天领域，大量终端采用1553B协议，新的总线系统必须要兼容传统的1553B设备，实现总线系统的平稳升级。
近年来，以太网技术得到了飞速的发展。以太网是一种标准的开放式网络；数据传输速率高，支持10Mbps，100Mbps，1Gbps和10Gbps；支持多种物理介质和灵活的拓扑结构；成本和费用低廉。上述优点使得以太网得到了极为广泛的应用，已经成为商用通信主流的技术。
以太网各个终端设备之间完全自治，收发包没有统一的管理和控制，在占用以太网总线上产生冲突，竞争总线带宽，带来不确定性。以太网在应用到航空航天领域总线系统中遇到了很大的阻力。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现具有类似1553B总线实时性、确定性和以太网总线高速低成本的以太网通信系统，并且该以太网通信系统兼容传统的1553B总线设备。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于1553B协议的以太网通信系统，包括网络控制器NC以及网络终端NT，通过以太网交换网络实现NC、NT的互联，NC与NT均为网络设备，各网络设备之间采用一种基于1553B协议的以太网通信方法进行通信，该基于1553B协议的以太网通信方法利用1553oE以太网实现，所述1553oE以太网简称为1553oE，所述1553oE定义为：符合OSI七层网络模型，仅在OSI七层网络模型的数据链路层中增加1553oE控制子层，用于实现基于1553B协议的通信；所述1553oE的帧结构包括目的地址、源地址、类型/长度、1553oE帧头、上层协议数据和FCS校验；1553oE的控制和状态显示由1553oE帧头决定，1553oE帧头根据定义不同，分别表示命令帧头、状态帧头和数据帧头；1553oE命令帧、状态帧和数据帧通过以太网交换网络进行以太网帧交换，1553oE命令帧、状态帧和数据帧中源地址为发送设备的MAC地址，目的地址为接收设备的MAC地址；所述以太网交换网络只根据1553oE命令帧、状态帧和数据帧的目的地址进行以太网帧交换，交换到正确的接收网络设备；
所述1553oE的网络控制器NC，用于管理调度系统中各个NT终端的数据传输，任何时刻系统中有且只有一个NC工作，NC能够向NT发送1553oE命令帧和数据帧，能够接收NT发送的1553oE状态帧和数据帧，NC具有以太网交换网络中唯一的MAC地址；
所述1553oE的网络终端NT，不能主动发起数据传输，需按NC的管理调度实现数据传输，NT能够接收NC发送的1553oE命令帧和数据帧，能够向NC发送1553oE状态帧和数据帧，NT具有以太网交换网络中唯一的MAC地址。
优选地，1553oE命令帧用于实现1553协议的命令，可选携带数据，当1553oE命令帧的长度小于以太网最小帧长时，填充补足帧长；当1553oE命令帧的长度大于以太网最大帧长时，拆分成命令帧及，1个或多个数据帧；
1553oE状态帧用于实现1553协议的响应，可选携带数据；当1553oE状态帧的长度小于以太网最小帧长时，填充补足帧长；当1553oE状态帧的长度大于以太网最大帧长时，拆分成状态帧及，1个或多个数据帧；
1553oE数据帧不单独使用，跟随命令帧或状态帧，用于数据传输；
1553oE用于实现1553B协议的数据传输，1553oE的网络控制器NC相当于1553B总线的BC，1553oE的网络终端NT相当于1553B总线的RT，1553oE的NC用于发送命令帧和数据帧，1553oE的NT用于发送状态帧和数据帧。
优选地，1553oE实现1553B总线的BC到1553B总线的RT的数据传输方式为1553oE的NC发送命令帧，携带数据，可选发送数据帧；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，不携带数据；
优选地，1553oE实现1553B总线的RT到1553B总线的BC的数据传输方式为1553oE的NC发送命令帧，不携带数据，1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，携带数据，可选发送数据帧；
优选地，1553oE实现1553B用于控制的各种模式码，且1553oE模式码传输时，模式码命令帧头的子地址域的值为全0或全1；1553oE实现1553B总线的BC到1553B总线的RT的模式码的传输方式为1553oE的NC发送命令帧，格式为模式码命令帧头+模式码+填充；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，格式为状态帧头+填充；
优选地，1553oE实现1553B总线的RT到1553B总线的BC的模式码传输方式为1553oE的NC发送命令帧，格式为模式码命令帧头+填充；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，格式为状态帧头+模式码+填充。
优选地，所述系统采用1553oE网络桥NB，实现1553oE网络控制器NC和1553B总线RT的桥接，实现系统和1553B总线之间的数据通信；
所述1553B总线RT在系统中具有虚拟的MAC地址，在以太网交换网络中具有唯一性；
所述1553oE网络桥NB，用于实现1553oE网络MAC地址与1553B总线RT地址的相对映射；还用于实现1553oE命令帧与1553B总线命令字和数据字之间的相对映射，以及1553oE状态帧与1553B总线状态字和数据字之间的相对映射。
(三)有益效果
本发明提出了一种基于1553B协议的以太网通信系统，实现具有类似1553B总线实时性、确定性和以太网总线高速低成本的以太网通信系统，并且该以太网通信系统兼容传统的1553B总线设备。该系统中网络控制器(NC)和网络终端(NT)采用一种基于1553B协议的以太网通信方法(1553oE)进行通信。本发明具有1553B的确定性和实时性，可以兼容传统的1553B设备；又具备以太网的高速和低成本等特点，可以提高总线数据传输速率，可以满足现代航空航天总线系统的发展。
附图说明
图1为本发明的1553oE通信系统框图；
图2为本发明的NC-NT间数据传输格式示意图；
图3为本发明的NC-RT间数据传输格式示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1为本发明的一种基于1553B协议的以太网通信系统的实施例，该系统实施例中，有且只有一个工作的网络控制器(NC)，4个网络终端(NT)，通过以太网交换网络实现NC、NT的互联，网络设备采用一种基于1553B协议的以太网通信方法(1553oE)进行通信，该基于1553B协议的以太网通信方法利用1553oE以太网实现，所述1553oE以太网简称为1553oE。所述1553oE定义为：符合OSI七层网络模型，仅在OSI七层网络模型的数据链路层中增加1553oE控制子层，用于实现基于1553B协议的通信；所述1553oE的帧结构包括目的地址、源地址、类型/长度、1553oE帧头、上层协议数据和FCS校验；1553oE的控制和状态显示由1553oE帧头决定，1553oE帧头根据定义不同，分别表示命令帧头、状态帧头和数据帧头；1553oE命令帧、状态帧和数据帧通过以太网交换网络进行以太网帧交换，1553oE命令帧、状态帧和数据帧中源地址为发送设备的MAC地址，目的地址为接收设备的MAC地址；所述以太网交换网络只根据1553oE命令帧、状态帧和数据帧的目的地址进行以太网帧交换，交换到正确的接收网络设备。
所述1553oE的网络控制器NC，用来管理调度1553oE系统中各个NT终端的数据传输，任何时刻系统中有且只有一个NC工作。NC可以向NT发送1553oE命令帧和数据帧，可以接收NT发送的1553oE状态帧和数据帧。NC具有以太网交换网络中唯一的MAC地址。
所述1553oE的网络终端NT，不能主动发起数据传输，需按NC的管理调度实现数据传输。NT可以接收NC发送的1553oE命令帧和数据帧，可以向NC发送1553oE状态帧和数据帧。NT具有以太网交换网络中唯一的MAC地址。
1553oE命令帧用于实现1553协议的命令，可选携带数据，当1553oE命令帧的长度小于以太网最小帧长时，填充补足帧长；当1553oE命令帧的长度大于以太网最大帧长时，拆分成命令帧及，1个或多个数据帧；
1553oE状态帧用于实现1553协议的响应，可选携带数据；当1553oE状态帧的长度小于以太网最小帧长时，填充补足帧长；当1553oE状态帧的长度大于以太网最大帧长时，拆分成状态帧及，1个或多个数据帧；
1553oE数据帧不单独使用，跟随命令帧或状态帧，用于数据传输；
1553oE用于实现1553B协议的数据传输，1553oE的网络控制器NC相当于1553B总线的BC，1553oE的网络终端NT相当于1553B总线的RT，1553oE的NC用于发送命令帧和数据帧，1553oE的NT用于发送状态帧和数据帧。
1553oE实现1553B总线的BC到1553B总线的RT的数据传输方式为1553oE的NC发送命令帧，携带数据，可选发送数据帧；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，不携带数据；
1553oE实现1553B总线的RT到1553B总线的BC的数据传输方式为1553oE的NC发送命令帧，不携带数据，1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，携带数据，可选发送数据帧；
1553oE实现1553B用于控制的各种模式码，且1553oE模式码传输时，模式码命令帧头的子地址域的值为全0或全1；1553oE实现1553B总线的BC到1553B总线的RT的模式码的传输方式为1553oE的NC发送命令帧，格式为模式码命令帧头+模式码+填充；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，格式为状态帧头+填充；
1553oE实现1553B总线的RT到1553B总线的BC的模式码传输方式为1553oE的NC发送命令帧，格式为模式码命令帧头+填充；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，格式为状态帧头+模式码+填充。
所述的1553oE网络实现NC与NT的数据通信采用如下方式，如图2所示。
1)NC可以向NT发送1553oE命令帧。命令帧可以携带数据或跟随数据帧。命令帧和数据帧的源地址为NC的MAC地址，目的地址为NT的MAC地址。
2)以太网交换网络只根据1553oE命令帧和数据帧的目的地址进行以太网帧交换，将命令帧和数据帧交换到NT所在的网络端口。
3)NT接收到命令帧和数据帧，向NC发送状态帧，可以携带数据或跟随数据帧。状态帧和数据帧的源地址为NT的MAC地址，目的地址为NC的MAC地址。
4)以太网交换网络只根据1553oE状态帧和数据帧的目的地址进行以太网帧交换，将状态帧和数据帧交换到NC所在的网络端口。
5)NC接收NT发送的状态帧(和数据帧)，完成数据通信。
在实施例中，系统采用1553oE网络桥NB，实现1553oE网络控制器NC和1553B总线RT的桥接，实现1553oE系统和1553B总线之间的数据通信。
所述的1553B总线RT设备在系统中具有虚拟的MAC地址，在以太网交换网络中具有唯一性。
所述的1553oE网络桥NB，实现1553oE网络MAC地址与1553B总线RT地址的相对映射。
所述的1553oE网络桥NB，实现1553oE命令帧与1553B总线命令字和数据字，以及1553oE状态帧与1553B总线状态字和数据字之间的相对映射。
所述的1553oE网络实现NC与RT的数据通信采用如下方式，如图3所示。
1)NC向其中1个RT设备发起命令帧，命令帧的源地址为NC的MAC地址，目的地址为RT的虚拟MAC地址，在以太网中传输。
2)以太网交换网络只根据命令帧的目的地址，将命令帧转发到NB所在的网络端口。
3)NB接收到命令帧后，协议映射到1553B总线的命令字(可带数据字)，在1553B总线上传输。
4)NT接收到命令帧(可带数据字)后，根据1553B总线协议，发送响应状态字(可带数据字)。
5)NB接收到状态字(可带数据字)，协议映射到1553oE网络的状态帧，在以太网中传输，状态帧的源地址为RT的虚拟MAC地址，目的地址为NC的MAC地址，在以太网中传输。
6)以太网交换网络只根据状态帧的目的地址，将状态帧转发到NC所在的网络端口。
7)NC接收到RT发送的状态帧，完成数据通信。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于1553B协议的以太网通信系统，其特征在于，包括网络控制器NC以及网络终端NT，通过以太网交换网络实现NC、NT的互联，NC与NT均为网络设备，各网络设备之间采用一种基于1553B协议的以太网通信方法进行通信，该基于1553B协议的以太网通信方法利用1553oE以太网实现，所述1553oE以太网简称为1553oE，所述1553oE定义为：符合OSI七层网络模型，仅在OSI七层网络模型的数据链路层中增加1553oE控制子层，用于实现基于1553B协议的通信；所述1553oE的帧结构包括目的地址、源地址、类型/长度、1553oE帧头、上层协议数据和FCS校验；1553oE的控制和状态显示由1553oE帧头决定，1553oE帧头根据定义不同，分别表示命令帧头、状态帧头和数据帧头；1553oE命令帧、状态帧和数据帧通过以太网交换网络进行以太网帧交换，1553oE命令帧、状态帧和数据帧中源地址为发送设备的MAC地址，目的地址为接收设备的MAC地址；所述以太网交换网络只根据1553oE命令帧、状态帧和数据帧的目的地址进行以太网帧交换，交换到正确的接收网络设备；
所述1553oE的网络控制器NC，用于管理调度系统中各个NT终端的数据传输，任何时刻系统中有且只有一个NC工作，NC能够向NT发送1553oE命令帧和数据帧，能够接收NT发送的1553oE状态帧和数据帧，NC具有以太网交换网络中唯一的MAC地址；
所述1553oE的网络终端NT，不能主动发起数据传输，需按NC的管理调度实现数据传输，NT能够接收NC发送的1553oE命令帧和数据帧，能够向NC发送1553oE状态帧和数据帧，NT具有以太网交换网络中唯一的MAC地址。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
1553oE命令帧用于实现1553协议的命令，可选携带数据，当1553oE命令帧的长度小于以太网最小帧长时，填充补足帧长；当1553oE命令帧的长度大于以太网最大帧长时，拆分成命令帧及，1个或多个数据帧；
1553oE状态帧用于实现1553协议的响应，可选携带数据；当1553oE状态帧的长度小于以太网最小帧长时，填充补足帧长；当1553oE状态帧的长度大于以太网最大帧长时，拆分成状态帧及，1个或多个数据帧；
1553oE数据帧不单独使用，跟随命令帧或状态帧，用于数据传输；
1553oE用于实现1553B协议的数据传输，1553oE的网络控制器NC相当于1553B总线的BC，1553oE的网络终端NT相当于1553B总线的RT，1553oE的NC用于发送命令帧和数据帧，1553oE的NT用于发送状态帧和数据帧。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，1553oE实现1553B总线的BC到1553B总线的RT的数据传输方式为1553oE的NC发送命令帧，携带数据，可选发送数据帧；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，不携带数据。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，1553oE实现1553B总线的RT到1553B总线的BC的数据传输方式为1553oE的NC发送命令帧，不携带数据，1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，携带数据，可选发送数据帧。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，1553oE实现1553B用于控制的各种模式码，且1553oE模式码传输时，模式码命令帧头的子地址域的值为全0或全1；1553oE实现1553B总线的BC到1553B总线的RT的模式码的传输方式为1553oE的NC发送命令帧，格式为模式码命令帧头+模式码+填充；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，格式为状态帧头+填充。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，1553oE实现1553B总线的RT到1553B总线的BC的模式码传输方式为1553oE的NC发送命令帧，格式为模式码命令帧头+填充；1553oE的NT进行接收处理，向1553oE的NC进行响应，发送状态帧，格式为状态帧头+模式码+填充。
7.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统采用1553oE网络桥NB，实现1553oE网络控制器NC和1553B总线RT的桥接，实现系统和1553B总线之间的数据通信；
所述1553B总线RT在系统中具有虚拟的MAC地址，在以太网交换网络中具有唯一性；
所述1553oE网络桥NB，用于实现1553oE网络MAC地址与1553B总线RT地址的相对映射；还用于实现1553oE命令帧与1553B总线命令字和数据字之间的相对映射，以及1553oE状态帧与1553B总线状态字和数据字之间的相对映射。
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