CN108199944B - 一种动态菊花链环网的机载客舱核心系统及动态定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动态菊花链环网的机载客舱核心系统及动态定位方法。所述系统包括客舱接口单元和多个乘客控制单元，所述客舱接口单元及各个乘客控制单元采用菊花链环网方式互相连接。所述客舱接口单元及每个乘客控制单元获取设备信息，将获取的设备信息提供给外部的网络管理系统，从而动态生成客舱接口单元及乘客控制单元连接的网络拓扑图，并根据拓扑图计算乘客控制单元与座椅位置的映射表，从而实现动态定位。本发明的系统采用环网网络架构，网络布线大大缩小，系统可靠性提高。另外，动态定位方法采用动态网络拓扑图的方式实现乘客控制单元和座椅的定位，这样所有的布线都是一样的，大大减轻维修人员的工作量。

Description

一种动态菊花链环网的机载客舱核心系统及动态定位方法

技术领域

本发明涉及计算机网络，尤其涉及一种动态菊花链环网的机载客舱核心系统及动态定位方法。

背景技术

机载客舱核心系统中的客舱接口单元主要处理客舱设备的数据，如舱门信号数据、水废水信号数据、乘客呼叫信号数据，将这些数据传输给客舱人机交互界面，乘客控制单元主要是用于处理客舱乘客呼叫、阅读灯控制、禁止吸烟紧急安全带等功能。目前客机上安装的乘客控制单元设备通信一般采用RS485信号，随着网络技术技术的发展，网络在飞机上的运用越来越多，网络相对于RS485通信速率更快，带宽更大。然而，常用的网络架构以星型网络为主，每个终端只有一个网口，这样整个客舱的布线很多。

此外，客舱里一般布置33个乘客控制单元，具体哪个乘客控制单元控制哪排座椅的定位问题，采用静态的方式比较简单，静态的设备常常用拨码和插针的方式，只要事先约定好哪排对应的什么拨码方式或者插针方式就可以，乘客控制单元根据拨码或者插针的不同设置不同的IP。如果是拨码的方式，每次更换设备的时候要依照设备维护手册去拨动码盘，因为是人工操作就避免不了产生出错，而且很繁琐。采用插针的方式，减轻更换设备的繁琐，但是布线的时候每根线都不能错，都是按顺序进行布置，这样增加了布线的工作量。

此外，在现有的客舱娱乐系统中，设备多采用分离的处理模块和交换机板组合在一起，这样功耗、体积和成本都大大提高，不能满足乘客控制单元的功耗体积的需要。如果只采用交换机板并且利用交换机板去处理乘客呼叫控制、阅读灯控制等功能，那么资源不够用，一般交换机的ROM空间很小，不够存储乘客控制单元的一些机内测试(BIT)信息，而且阅读灯是通过PWM方式去实现缓亮和缓灭的，交换板缺乏足够的资源。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种动态菊花链环网的机载客舱核心系统及动态定位方法，以提高系统的可靠性，减少布线量并且方便设备的更换。

按照本发明的一个方面，提供一种动态菊花链环网的机载客舱核心系统，所述系统包括客舱接口单元和多个乘客控制单元，所述客舱接口单元具有网络端口A和网络端口B，所述乘客控制单元都包括内嵌交换模块的处理模块，所述交换模块具有网络端口1和网络端口2。所述客舱接口单元和乘客控制单元通过有线网络互相连接，各个乘客控制单元也通过有线网络相互连接，所述相互连接是客舱接口单元的网络端口A和网络端口B，以及每个乘客控制单元的网络端口1和网络端口2采用菊花链环网方式实现的。

其中，所述客舱接口单元及每个乘客控制单元获取设备信息，将获取的设备信息提供给外部的网络管理系统，从而动态生成客舱接口单元及乘客控制单元连接的网络拓扑图，并根据拓扑图计算乘客控制单元与座椅位置的映射表。所述设备信息可包括自身设备的MAC地址信息、端口信息和邻居设备的MAC地址信息。

上述菊花链环网方式的实现包括所述客舱接口单元网络端口A产生Ring报文，所述的乘客控制单元依次转发接收的Ring报文，所述客舱接口单元网络端口B接收Ring报文，从而生成环网协议。

此外，乘客控制单元的交换模块上的网络数据如果与本乘客控制单元相关，则相关数据通过直接内存存取(DMA)方式传递到内存，供处理模块处理；如果与本乘客控制单元无关，则相关数据被转发，不传输给处理模块处理；如果是网桥协议数据单元(BPDU)数据将只转发给处理模块，交换模块不转发BPDU数据。

按照本发明的另一个方面，提供一种动态菊花链环网的机载客舱核心系统的动态定位方法，所述方法包括：客舱接口单元设置静态IP地址，乘客控制单元从客舱接口单元动态获取IP地址，客舱接口单元及乘客控制单元获取设备信息，乘客控制单元每隔预定时间向外部网络管理系统发生心跳报文，外部网络管理系统收到心跳报文后，查询发送心跳报文的乘客控制单元的设备信息及客舱接口单元的设备信息，从而动态生成客舱接口单元及乘客控制单元连接的网络拓扑图，并根据拓扑图计算乘客控制单元与座椅位置的映射表，实现乘客控制单元与座椅的动态定位。

本发明的系统采用环网的网络架构，在环网中，每个设备终端有两个网口，一进一出，这样网络布线将大大缩小。跟本设备无关的数据只被转发，本设备CPU不参加数据处理，本设备CPU只负责处理本设备的网络数据和本设备的功能模块，因此可以增加系统的可靠性，减轻本设备的负担。此外，环网可避免在单链路中，如果一台设备发生故障，那么这个设备后面的设备都不能通信的情况，在发生设备故障的情况下，环网的话链路会自动从另一端恢复，大大增加了系统的可靠性。

另外，本发明的动态菊花链环网的机载客舱核心系统的动态定位方法采用动态网络拓扑图的方式实现乘客控制单元和座椅的定位，这样所有的布线都是一样的，需要更换乘客控制单元设备的时候，从备用的产品中随便拿一台换上去就可以了，可大大减轻维修人员的工作量。

另外，本发明系统中的乘客控制单元采用内嵌2个端口的交换模块的处理模块，这样功能、功耗和体积都能满足乘客控制单元的要求，降低了功耗节约了成本。

附图说明

图1是本发明的系统中的乘客控制单元的内部组成图；

图2是本发明的系统中的客舱接口单元和乘客控制单元连的接架构图。

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明的动态菊花链环网的机载客舱核心系统包括客舱接口单元和多个乘客控制单元，所述客舱接口单元由两块低功耗ARM数据处理板和一块三层交换板组成，两块数据处理板用于处理客舱信号如舱门信号、水废水信号、乘客呼叫信号。正常工作时候，只有一块数据处理板工作，另一块数据处理板起冗余备份作用。三层交换板用于连接客舱其他网络设备，其中网络端口A和网络端口B用于连接乘客控制单元。所述乘客控制单元都包括内嵌低功耗的交换模块的处理模块，所述交换模块具有网络端口1和网络端口2。在实施例中，所述乘客控制单元采用ARM926EJ-S内核，ARM是低功耗的微处理器，满足乘客控制单元功耗低的要求；外围包括128MB的RAM、256MB的NAND FLASH、6路PWM及10路GPIO；其中6路PWM信号是用于控制阅读灯的缓亮和缓灭功能，10路GPIO口用于阅读灯控制及乘客呼叫，采用嵌入式Linux操作系统，满足乘客控制单元多任务调度的要求，乘客控制单元的内部组成如图1所示。客舱接口单元和乘客控制单元的两个网络端口一进一出，用于物理网络连接到外部设备。客舱接口单元和乘客控制单元通过有线网络互相连接，各个乘客控制单元也通过有线网络相互连接，所述相互连接是客舱接口单元的网络端口A和网络端口B，以及每个乘客控制单元的网络端口1和网络端口2采用菊花链环网方式实现的，从而形成如图2所示的环网。

上述菊花链环网方式的实现包括所述客舱接口单元网络端口A产生Ring报文，所述的乘客控制单元依次转发接收的Ring报文，所述客舱接口单元网络端口B接收Ring报文，从而生成环网协议。

所述客舱接口单元及每个乘客控制单元获取设备信息，比如可通过链路层发现协议获取设备信息，将获取的设备信息提供给外部的网络管理系统，从而动态生成客舱接口单元及乘客控制单元连接的网络拓扑图，并根据拓扑图计算乘客控制单元与座椅位置的映射表。所述设备信息可包括自身设备的MAC地址信息、端口信息和邻居设备的MAC地址信息。更具体地，客舱接口单元设置静态IP地址，乘客控制单元从客舱接口单元动态获取IP地址，客舱接口单元及乘客控制单元获取设备信息，乘客控制单元每隔预定时间，比如1秒向外部网络管理系统发生心跳报文，外部网络管理系统收到心跳报文后，查询发送心跳报文的乘客控制单元的设备信息及客舱接口单元的设备信息，从而动态生成客舱接口单元及乘客控制单元连接的网络拓扑图，并根据拓扑图计算乘客控制单元与座椅位置的映射表，实现乘客控制单元与座椅的动态定位。

此外，当网络上有数据，如果数据跟本设备无关，那么数据只会在端口1和端口2进行数据转发，不会将数据转发给CPU，这样提高了效率，减轻了CPU的负担。当数据和该设备相关的时候，交换模块会将数据通过直接内存存取(DMA)映射到内存中，CPU再将数据报文交给协议栈，最后通过应用层去处理网络数据。如果是网桥协议数据单元(BPDU)数据将只转发给CPU，交换模块不转发BPDU数据。

所述乘客控制单元可采用Linux操作系统，Linux操作系统是支持多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统，广泛应用于移动设备中。

按照上面所述，乘客控制单元应支持转发Ring环网协议。Ring报文的目的MAC地址为01:80:C2:4A:44:0E，为组播报文，不属于网桥协议数据单元(BPDU)报文，每个乘客控制单元会转发Ring报文。客舱接口单元每隔100ms从网络端口A发送Ring报文，如果在网络端口B能收到从A端口发送的报文，那么链路中会有环路，这个时候阻塞掉B端口(端口处于阻塞状态的时候只能收发BPDU报文，其他的报文无法通过)，如何B一定时间内收不到Ring报文就会转发B端口，一旦收到Ring报文就会立刻将B端口阻塞掉。

乘客控制单元启动之后默认是将端口0(如图1所示)阻塞掉，延时5s再将端口0转发。如果上电不将端口0阻塞掉，乘客控制单元启动之后网卡还没有正常工作前，Ring环网还没有生效，这时候链路上是环网，容易产生风暴会造成乘客控制单元内核崩溃。上电将端口0阻塞掉，乘客控制单元的端口1和端口2会转发Ring报文，在5s的时间内就会将环网算好，再将端口0设置为转发模式，使得系统正常工作。

所述的乘客控制单元上电后都是通过动态主机配置协议(DHCP)动态获取IP地址，其中所述客舱接口单元提供DHCP服务器，所述乘客控制单元通过DHCP客户端去获取自己的IP地址。这样维护的时候就算更换乘客控制单元，也不用设置固定的IP地址，更不用担心由于人为操作失误使得乘客控制单元的IP地址和其他的设备设置成一样，造成IP地址冲突。

按照上面所述，乘客控制单元支持BPDU(网桥协议数据单元)功能设置，我们把目的MAC地址为01:80:C2:00:00:00到01:80:C2:00:00:0F、01:80:c2:00:00:10、01:80:C2:00:00:20到01:80:C2:00:00:2F这一类的报文都属于BPDU报文，对于BPDU报文，乘客控制单元不转发此类报文，只是将这些报文发送给CPU。链路层发现协议(LLDP)报文的目的MAC地址为01:80:c2:00:00:0E，属于BPDU报文，如果这些报文互相转发，那么生成的拓扑图会出现乘客控制单元将连接网络上所有的设备，这不是正确的结果。乘客控制单元将BPDU报文只发送给CPU，不转发该类的报文。如图1所示，当乘客控制单元端口1收到BPDU报文的，将这些报文通过端口0发送给CPU而这些报文不转发给端口2，同样的当端口2收到BPDU报文的，将这些报文通过端口0发送给CPU而这些报文不转发给端口1。这样每个乘客控制单元只是会收到和它相连接的乘客控制单元的LLDP信息。

按照上面所述，客舱接口单元及乘客控制单元支持链路层发现协议(LLDP)协议，LLDP协议使得接入网络的一台设备可以将其MAC地址、设备标识和接口标识等信息发送给接入局域网的其他设备。当一个设备从网络中接收到其他设备的这些信息时，它就将这些信息以(管理信息库)MIB库的形式存储起来。

如图2所示，以乘客控制单元为例，乘客控制单元会将自己的MAC地址信息、端口信息和邻居设备的MAC地址信息填进LLDP报文里面，然后将LLDP报文通过网络端口1和网络端口2发送出去，同时乘客控制单元也会接收LLDP报文，这些LLDP报文是和这个乘客控制单元物理上相连得邻居设备发送过来的，但是不转发LLDP报文，乘客控制单元将这些LLDP信息存储到本地的MIB库中，供需要查询的设备获取。乘客控制单元会每隔一段周期发送LLDP的报文，每个乘客控制单元会定期检测LLDP是否失效，如果超过一定的时候收不到邻居的LLDP报文的话，说明这个邻居的链路状态变为断开，删除这个邻居的MAC地址，更新到MIB库中，表示这条链路连接断开；如果过一段时候收到了LLDP报文，说明这条链路恢复正常了，重新增加邻居的MAC地址，更新到MIB库中。

所述的客舱接口单元及乘客控制单元支持SNMP(简单网络管理协议)协议,网络中客舱接口单元及乘客控制单元都存在一个管理信息库(MIB)用于收集并存储管理信息。通过SNMP协议，外部网络管理系统可以获取这些MIB信息。所述的客舱接口单元及乘客控制单元用SNMP作为LLDP协议的MIB库的代理(agent)。

客舱接口单元及乘客控制单元正常工作后会将自己的MAC地址信息和收到的LLDP信息存储到MIB库中，乘客控制单元会每隔1s向外部网络管理系统发生心跳报文，外部网络管理系统根据收到的心跳报文后，通过snmpwalk指令获取发送心跳报文的乘客控制单元相关的MIB信息。以乘客控制单元为例，具体通过snmpwalk指令加上一些参数信息，参数信息如乘客控制单元的IP地址、LLDP协议的OID信息(因为MIB库存储有很多信息，OID信息是对应MIB库中的指定信息)等，对应的乘客控制单元会将己MAC地址信息、端口信息和邻居设备的MAC地址信息返回给外部网络管理系统。

如图2所示安装乘客控制单元的时候，左侧第一排和第二排对应的乘客控制单元1的网络接口和客舱接口单元网络接口A相连接，右侧第一排和第二排对应的乘客控制单元n的网络接口和客舱接口单元网络接口B相连接，这样外部网络管理系统默认跟客舱接口单元网络接口A所连接的乘客控制单元是管理的左侧第一排和第二排，跟客舱接口单元网络接口B所连接的乘客控制单元是管理的右侧第一排和第二排。

具体如外部网络管理系统运行snmpwalk指令加上的一些参数，如回复的心跳报文的乘客控制单元1的IP地址、获取设备信息的OID指令，那么乘客控制单元1会将自己的MAC地址、客舱接口单元的MAC地址和乘客控制单元2的MAC地址返回给客舱网络管理系统；同样的客舱网络管理系统运行snmpwalk指令加上的一些参数，回复的心跳报文的乘客控制单元2的IP地址、获取设备信息的OID指令，那么乘客控制单元2会将自己的MAC地址、乘客控制单元1的MAC地址和乘客控制单元3的MAC地址返回给客舱网络管理系统，依次进行下去；客舱接口单元的IP地址是固定的，客舱网络管理系统运行snmpwalk指令加上客舱接口单元的IP地址及获取设备信息的OID指令，客舱接口单元将会返回自己的MAC地址、端口A及和端口A相连接的乘客控制单元1的MAC地址、端口B及和端口B相连接的乘客控制单元n的MAC地址。客舱网络管理系统可以根据返回的MAC信息生成如图2所示网络拓扑图。因为事先规定和客舱接口单元的网络接口A相连的乘客控制单元为管理左侧第一排第二排，即乘客控制单元1，根据之前返回的MAC信息可以找出跟乘客控制单元1相连的乘客控制单元2的MAC地址及IP地址，它是管理第3排和第4排的乘客控制单元，依次按以上步骤就可以将乘客控制单元与管理第几排座椅对应起来，生成地址映射表，正常工作后某个乘客控制单元上报数据，可以根据地址映射表中对应的关系查找出是第几排乘客发出的呼叫。

Claims (4)

1.一种动态菊花链环网的机载客舱核心系统，所述系统包括客舱接口单元和多个乘客控制单元，所述客舱接口单元具有网络端口A和网络端口B，所述乘客控制单元都包括内嵌交换模块的处理模块，所述交换模块具有网络端口1和网络端口2，所述客舱接口单元和乘客控制单元通过有线网络相互连接，各个乘客控制单元也通过有线网络相互连接，所述相互连接是客舱接口单元的网络端口A和网络端口B，以及每个乘客控制单元的网络端口1和网络端口2采用菊花链环网方式实现的，

其中客舱接口单元设置静态IP地址，乘客控制单元从客舱接口单元动态获取IP地址，客舱接口单元及乘客控制单元获取设备信息，乘客控制单元每隔预定时间向外部网络管理系统发送心跳报文，外部网络管理系统收到心跳报文后，查询发送心跳报文的乘客控制单元的设备信息及客舱接口单元的设备信息，动态生成客舱接口单元及乘客控制单元连接的网络拓扑图，并根据拓扑图计算乘客控制单元与座椅位置的映射表，

其中所述菊花链环网方式的实现包括所述客舱接口单元网络端口A产生Ring报文，所述的乘客控制单元依次转发接收的Ring报文，所述客舱接口单元网络端口B接收Ring报文，从而生成环网协议。

2.按照权利要求1所述的系统，其中所述设备信息包括自身设备的MAC地址信息、端口信息和邻居设备的MAC地址信息。

3.按照权利要求1所述的系统，其中所述乘客控制单元的交换模块上的网络数据如果与本乘客控制单元相关，则相关数据通过直接内存存取DMA方式传递到内存，供处理模块处理；如果与本乘客控制单元无关，则相关数据被转发，不传输给处理模块处理；如果是网桥协议数据单元BPDU数据将只转发给处理模块，交换模块不转发BPDU数据。

4.按照权利要求1所述的动态菊花链环网的机载客舱核心系统的动态定位方法，所述方法包括：

客舱接口单元设置静态IP地址；

乘客控制单元从客舱接口单元动态获取IP地址；

客舱接口单元及乘客控制单元获取设备信息；

乘客控制单元每隔预定时间向外部网络管理系统发送心跳报文；

外部网络管理系统收到心跳报文后，查询发送心跳报文的乘客控制单元的设备信息及客舱接口单元的设备信息，动态生成客舱接口单元及乘客控制单元连接的网络拓扑图，并根据拓扑图计算乘客控制单元与座椅位置的映射表，实现乘客控制单元与座椅的动态定位。

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