CN108712289A - 采用硬件实现的tte端系统网络管理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用硬件实现的TTE端系统网络管理装置，主要解决了现有时间触发以太网中由于网络管理所引起的实时性差的问题。其包括捕获模块、拆帧模块、UDP首部校验模块、数据缓存模块、执行模块、组帧模块和插入模块。捕获模块与拆帧模块连接，以完成网络管理数据的接收和字段提取；拆帧模块与UDP首部校验模块、数据缓存模块和执行模块连接，以完成网络管理指令的实施；组帧模块与执行模块、数据缓存模块和拆帧模块连接，以完成网络管理响应信息的生成；插入模块与组帧模块连接，以完成网络管理响应信息的发送。本发明对时间触发以太网端系统的网络管理简单高效，保证了对业务数据处理的实时性，可用于时间触发以太网端系统中。

Description

采用硬件实现的TTE端系统网络管理装置
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种网络管理装置，可用于时间触发以太网TTE网络中。
背景技术
时间触发以太网TTE建立在以太网通信网络基础上，时间触发以太网不仅支持传统以太网业务的传输，还支持实时业务的通信，这对端系统的业务处理时延有着极高的要求，而端系统对网络管理数据的处理也消耗了一定的系统资源。因此，针对如何高效实现时间触发以太网TTE网络端系统的网络管理且不影响实时业务性能是一个亟待解决的问题。
上海斐讯数据通信技术有限公司在其申请的专利文献“基于SNMP的网络管理系统及网络管理方法”(申请号：201410822314.X，公开号：CN104506358A)中公开了一种基于简单网络管理协议SNMP的网络管理系统。该系统采用了基于传输控制协议/因特网互联协议TCP/IP的SNMP协议，通过软件实现协议栈功能。首先服务器向节点设备发送匹配设备IP地址的心跳报文，节点设备返回匹配服务器IP地址的报文以初步判断服务器与节点设备通信状态正常；计算节点设备向服务器发送的报文接收时刻与当前时刻的时间间隔是否小于预设时间间隔以确认服务器与节点设备的通信状态正常。该系统的不足之处在于，第一，这种系统是由主机的中央处理器CPU完成对协议的处理，不仅加重了CPU的负担，同时也会影响业务的处理时延，导致业务实时性变差；第二，在远端对硬件的配置管理时，需要先经过软件处理，过程低效复杂；第三，所采用的TCP协议对系统资源要求较多，并且TCP的重传机制也会产生较大的延时。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种采用硬件实现的TTE端系统网络管理装置，以减少网络管理数据对CPU资源的占用和对实时业务的处理时延，同时支持本地和远端对TTE端系统硬件的直接网络管理。
为实现上述目的技术方案是：基于现场可编程门阵列FPGA构建用户数据报协议/网络互联协议UDP/IP硬件协议栈，实现对时间触发以太网TTE网络中端系统的网络管理，其包括：
捕获模块1，用于从本地数据发送接口或远端数据接收接口捕获属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据，将捕获的数据发送至拆帧模块2；
拆帧模块2，用于按照专用网络管理控制协议提取数据帧的帧信息，并将提取的用户数据报协议UDP首部发送到用户数据报协议UDP首部校验模块3，将提取的专用网络管理控制协议报文发送到数据缓存模块4，将提取的专用网络管理控制协议首部发送到执行模块5，将提取的MAC首部发送到组帧模块6；
用户数据报协议UDP首部校验模块3，用于对用户数据报协议UDP的首部进行校验，并将校验结果发送给执行模块5；
数据缓存模块4，用于缓存提取的专用网络管理控制协议报文，缓存待发送的专用网络管理控制协议报文；
执行模块5，用于执行专用网络管理控制协议的控制内容，并根据执行结果生成待发送的专用网络管理控制协议报文发送给数据缓存模块4，生成IP首部和专用网络管理控制协议首部，并发送给组帧模块6；
组帧模块6、用于将待发送的专用网络管理控制协议报文、IP首部、专用网络管理控制协议首部以及MAC首部重组成以太网帧，并发送到插入模块7；
插入模块7、用于根据不同的管理终端将以太网帧插入到本地数据接收缓存中或远端数据发送缓存中。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，本发明由于对本地网络管理数据或远端管理数据进行捕获，并将响应的数据帧插入本地接收缓存或远端发送缓存中，加快了网络管理的响应速率，方式更为简单高效，可实现本地和远端对TTE端系统的直接网络管理；
第二，本发明在基于FPGA构建的用户数据报协议/网络互联协议UDP/IP硬件协议栈内执行网络管理控制指令，减轻了上层设备的负担，能保证CPU对实时业务处理时不会因为网络管理业务数据的处理而等待或阻塞，增强了业务的实时性；
第三，本发明采用基于用户数据报协议UDP的专用网络管理控制协议，由于UDP相较于TCP具有更好的实时性，工作效率比TCP高，因而更适用于TTE这种对高速传输和实时性有较高要求的网络中。
附图说明
图1为时间触发以太网端系统结构框图；
图2为本发明装置的结构框图；
图3为本发明中所应用的专用网络管理控制协议的帧格式结构图；
图4为本发明中所应用的专用网络管理控制协议首部的结构图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明进行进一步的详细说明。
参照图1，时间触发以太网端系统包括TTE端系统上位机和TTE端系统板卡两部分，其中TTE端系统板卡包括上位机数据接口、本地数据发送接口、本地数据接收缓存、发送处理模块、接收处理模块、TTE端系统网络管理装置、远端数据发送缓存、远端数据接收接口、以太网MAC核。其工作原理分为TTE端系统数据发送和TTE端系统数据接收两部分。
TTE端系统数据发送过程为：
TTE端系统上位机通过上位机数据接口发送数据到TTE端系统板卡，该发送的数据包括业务数据和网络管理数据；
上位机数据接口收到数据后将该数据发送到本地数据发送接口，本地数据发送接口将该接收到的数据发送到发送处理模块；
TTE端系统网络管理装置从发往发送处理模块的数据中捕获属于该时间触发以太网TTE端系统的本地网络管理数据；TTE端系统网络管理装置将要发送到远端的网络管理数据插入到远端数据发送缓存中；
远端数据发送缓存将插入的以太网帧和发送处理传来的业务数据一起发送到以太网MAC核，通过以太网MAC核一起发送到网口后输出。
TTE端系统数据接收过程为：
网络数据通过以太网MAC核接收到TTE端系统板卡，该接收的数据包括业务数据和网络管理数据；
以太网MAC核收到数据后将该数据发送到远端数据接收接口，远端数据接收接口将该接收到的数据发送到接收处理模块；
TTE端系统网络管理装置从发往接收处理模块的数据中捕获属于该时间触发以太网TTE端系统的本地网络管理数据；TTE端系统网络管理装置将要发送到本地的网络管理数据插入到本地数据接收缓存中；
本地数据接收缓存将插入的以太网帧和接收处理发来的业务数据一起发送到上位机数据接口，通过上位机数据接口一起上传到TTE端系统上位机。
本发明涉及上述时间触发以太网端系统中TTE端系统网络管理装置。
参照图2，本发明装置包括：捕获模块1、拆帧模块2、用户数据报协议UDP首部校验模块3、数据缓存模块4、执行模块5、组帧模块6和插入模块7。
所述捕获模块1，用于捕获属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据，将捕获的数据发送至拆帧模块2，该捕获模块1由本地发送数据捕获子模块11和远端接收数据捕获子模块12组成，各子模块功能如下：
该本地发送数据捕获子模块11，当TTE端系统上位机通过本地发送数据接口进行数据下发时，对该下发数据是否属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据进行识别，并根据识别结果判断数据流向：若该数据属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据，则将其捕获；若该数据不属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据，则使其下发到时间触发以太网TTE端系统的发送处理模块；
该远端接收数据捕获子模块12，当TTE端系统板卡通过远端数据接收接口进行数据接收时，对该接收数据是否属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据进行识别，并根据识别结果判断数据流向：若该数据属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据，则将其捕获；若该数据不属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据，则使其上传到时间触发以太网TTE端系统的接收处理模块；
所述拆帧模块2，在接收到捕获的本地网络管理数据后，按照专用网络管理控制协议的帧格式提取数据的帧信息，并将提取的用户数据报协议UDP首部发送到用户数据报协议UDP首部校验模块3，将提取的专用网络管理控制协议报文发送到数据缓存模块4，将提取的专用网络管理控制协议首部发送到执行模块5，将提取的MAC首部发送到组帧模块6；
所述用户数据报协议UDP首部校验模块3，对拆分提取到的用户数据报协议UDP的首部进行校验，此处校验采用16位二进制反码求和的方法，校验结束后将校验结果发送给执行模块5；
所述数据缓存模块4，用于缓存提取的专用网络管理控制协议报文，并响应执行模块5的指令，将该缓存的报文交给执行模块5，用于缓存待发送的专用网络管理控制协议报文，并响应组帧模块6的指令，将该缓存的报文交给组帧模块6；
所述执行模块5，用于执行专用网络管理控制协议的控制内容，并根据执行结果生成待发送的专用网络管理控制协议报文，并发送给数据缓存模块4，生成IP首部和专用网络管理控制协议首部，并发送给组帧模块6；
所述组帧模块6，用于将待发送的专用网络管理控制协议报文、IP首部、专用网络管理控制协议首部以及MAC首部重组成以太网帧，并发送到插入模块7；
所述插入模块7，用于根据不同的管理终端将以太网帧插入到本地数据接收缓存中或远端数据发送缓存中，该插入模块7由本地接收数据插入子模块71和远端发送数据插入子模块72组成，各子模块的功能如下：
该本地接收数据插入子模块71，当管理终端为本地网络管理终端时，将包含网络管理响应数据的以太网帧插入到本地数据接收缓存中；
该远端发送数据插入子模块72，当管理终端为远端网络管理终端时，用于将包含网络管理响应数据的以太网帧插入到远端数据发送缓存中。
参照图3，网络管理数据采用基于用户数据报协议UDP的专用网络管理控制协议的帧格式包含，长度为22字节的MAC首部、长度为20字节的IP首部、长度为8字节的UDP首部、长度为4字节的专用网络管理控制协议首部和专用网络管理控制协议报文。
参照图4，专用网络管理控制协议首部，包括：
长度为2字节的帧序列号；
长度为1字节的保留字段；
长度为1字节的控制操作类型，其中前4比特为控制类型，分为存储器控制、寄存器控制和上传控制三种类型，后4比特为操作类型，分为读操作、写操作和上传原因操作三种类型。
本发明装置的工作原理：
本发明的TTE端系统网络管理装置通过捕获模块1完成对属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据的捕获，并将该捕获数据发送到拆帧模块2；
该捕获数据在拆帧模块2按照专用网络管理控制协议的帧格式提取数据的帧信息，并将提取到的不同的数据发送到不同的模块，即将提取的用户数据报协议UDP首部发送到用户数据报协议UDP首部校验模块3，将提取的专用网络管理控制协议报文发送到数据缓存模块4，将提取的专用网络管理控制协议首部发送到执行模块5，将提取的MAC首部发送到组帧模块6；
用户数据报协议UDP首部完成首部校验后，将校验结果发送给执行模块5，执行模块开始读取专用网络管理控制协议首部和缓存模块4传来的专用网络管理控制协议报文，并执行专用网络管理控制协议中的控制内容；
执行完成后，根据执行结果生成响应的专用网络管理控制协议报文，并将该报文发送给数据缓存模块4，生成IP首部和专用网络管理控制协议首部，并发送给组帧模块6；
组帧模块6接收到IP首部、专用网络管理控制协议首部和MAC首部后，向缓存模块4请求专用网络管理控制协议报文，并按照专用网络管理控制协议的帧格式将对应字段重组成以太网帧，并将该以太网帧发送到插入模块7；
插入模块7根据不同的管理终端将以太网帧插入到本地数据接收缓存中或远端数据发送缓存中完成一次时间触发以太网端系统的网络管理。
以上仅为本发明的优选实例，不构成对本发明的任何限制，显然根据本发明的构思，本领域的技术人员均可做出不同的修改和置换，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (5)

1.一种采用硬件实现的TTE端系统网络管理装置，其特征在于，包括：
捕获模块(1)，用于从本地数据发送接口或远端数据接收接口捕获属于该时间触发以太网TTE端系统的网络管理数据，将捕获的数据发送至拆帧模块(2)；
拆帧模块(2)，用于按照专用网络管理控制协议提取数据帧的帧信息，并将提取的用户数据报协议UDP首部发送到用户数据报协议UDP首部校验模块(3)，将提取的专用网络管理控制协议报文发送到数据缓存模块(4)，将提取的专用网络管理控制协议首部发送到执行模块(5)，将提取的MAC首部发送到组帧模块(6)；
用户数据报协议UDP首部校验模块(3)，用于对用户数据报协议UDP的首部进行校验，并将校验结果发送给执行模块(5)；
数据缓存模块(4)，用于缓存提取的专用网络管理控制协议报文，缓存待发送的专用网络管理控制协议报文；
执行模块(5)，用于执行专用网络管理控制协议的控制内容，并根据执行结果生成待发送的专用网络管理控制协议报文发送给数据缓存模块(4)，生成IP首部和专用网络管理控制协议首部，并发送给组帧模块(6)；
组帧模块(6)，用于将待发送的专用网络管理控制协议报文、IP首部、专用网络管理控制协议首部以及MAC首部重组成以太网帧，并发送到插入模块(7)；
插入模块(7)，用于根据不同的管理终端将以太网帧插入到本地数据接收缓存中或远端数据发送缓存中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述捕获模块(1)，包括：
本地发送数据捕获子模块(11)，用于从本地发送数据接口捕获属于该时间触发以太网TTE端系统的本地网络管理数据；
远端接收数据捕获子模块(12)，用于从远端接收数据接口捕获属于该时间触发以太网TTE端系统的远端网络管理数据。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述插入模块(7)，包括：
本地接收数据插入子模块(71)，用于将包含网络管理响应数据的以太网帧插入到本地数据接收缓存中；
远端发送数据插入子模块(72)，用于将包含网络管理响应数据的以太网帧插入到远端数据发送缓存中。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：网络管理数据采用基于用户数据报协议UDP的专用网络管理控制协议的帧格式，该帧格式包含，长度为22字节的MAC首部、长度为20字节的IP首部、长度为8字节的UDP首部、长度为4字节的专用网络管理控制协议首部和专用网络管理控制协议报文。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，专用网络管理控制协议首部，包括：
长度为2字节的帧序列号；
长度为1字节的控制操作类型，其中前4比特为控制类型，分为存储器控制、寄存器控制和上传控制三种类型，后4比特为操作类型，分为读操作、写操作和上传原因操作三种类型；
长度为1字节的保留字段。
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