CN108768810A - 一种基于fc的瞬态大数据高效传输方法 - Google Patents

一种基于fc的瞬态大数据高效传输方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108768810A
CN108768810A CN201810522666.1A CN201810522666A CN108768810A CN 108768810 A CN108768810 A CN 108768810A CN 201810522666 A CN201810522666 A CN 201810522666A CN 108768810 A CN108768810 A CN 108768810A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmission
data
priority
decision
data frame
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.)
Granted
Application number
CN201810522666.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108768810B (zh
Inventor
陶飞
邹孝付
左颖
金小辉
袁海生
闫明
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.)
BEIJING SPACEFLIGHT TUOPU HIGH TECHNOLOGY Co Ltd
Beihang University
Original Assignee
BEIJING SPACEFLIGHT TUOPU HIGH TECHNOLOGY Co Ltd
Beihang 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 BEIJING SPACEFLIGHT TUOPU HIGH TECHNOLOGY Co Ltd, Beihang University filed Critical BEIJING SPACEFLIGHT TUOPU HIGH TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201810522666.1A priority Critical patent/CN108768810B/zh
Publication of CN108768810A publication Critical patent/CN108768810A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108768810B publication Critical patent/CN108768810B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40143—Bus networks involving priority mechanisms
    • H04L12/40163—Bus networks involving priority mechanisms by assigning priority to messages according to a message field
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2589—Bidirectional transmission
    • H04B10/25891—Transmission components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40006—Architecture of a communication node
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/06—Notations for structuring of protocol data, e.g. abstract syntax notation one [ASN.1]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/08—Protocols for interworking; Protocol conversion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40208—Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
    • H04L2012/40215—Controller Area Network CAN
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40208—Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
    • H04L2012/40228—Modbus

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Communication Control (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法，包括：设计FC数据传输前端模块，该前端模块包括1个FC协议转换单元、1个FC优先级控制单元、1个FC发送单元，其中FC协议转换单元完成常用协议与FC协议的转换，FC优先级控制单元负责设定并添加传输速率、时延、误码率优先级字段到FC数据帧并添加新的校验码字段，FC发送单元完成数据帧的发送；设计FC数据传输后端模块，该后端模块包括1个FC接收单元、1个FC决策单元、1个FC交换单元，其中FC接收单元完成数据帧的接收，FC决策单元根据各数据帧的优先级进行决策处理，FC交换单元根据决策结果完成各数据帧的发送。本发明能够缓解FC总线上海量数据并发传输造成的效率低下难题。

Description

一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法
技术领域
本发明属于电子工程和计算机科学领域，具体涉及一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法。
背景技术
智能单元、智能车间、智能工厂是实现智能制造的首要前提，实现现场数据的有效采集、传输又是实现智能单元、智能车间、智能工厂的前提。制造现场存在着大量执行设备、传感设备、采集设备以及传输设备，如何在这些设备之间“架起一条高速公路”，实现制造现场设备之间以及制造现场与外界的高速通信是一个亟需进一步解决的问题。目前国内外的制造现场存在着各种各样的“公路”，从以双绞线传输的串行数据到以工业以太网传输的网络数据，在传输媒介、传输协议变迁的同时也伴随着传输速率的提高。但是随着智能制造的深入推进，制造现场需要传输的数据呈现几何式增长，特别是制造现场的核心装备--数控装备，不仅数据量大，而且要求在极短的时间内完成大数据传输，针对瞬间爆发出的海量数据传输需求(速率一般在Gbps)，传统的传输方式(从Kbps--Mbps)在传输速率、丢包率以及可靠性上显得捉襟见肘。目前，瞬态大数据(特别是当制造现场各个设备的数据需要并发传输时)与数据传输的快、稳、准之间是一个亟待解决的矛盾，受制于传统数据传输总线能力的限制，导致制造现场装备瞬态实况大数据传输呈现速率低和丢包率高的瓶颈。
FC(Fiber Channel，光纤通道)协议作为一种被欧美应用在F-22、F-35飞机上的机载总线协议，其传输速率、时延和误码率相比于传统的传输协议都具有很大优势，但是FC协议在智能制造中的应用还未见相关报道。
因此，实现对制造现场瞬态、并发大数据的高效传输亟需新方法，本发明公开了一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法，能够一定程度上缓解FC总线上海量数据并发传输造成的效率低下难题，满足瞬态大数据快、稳、准的传输要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：提供一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法，该方法能够一定程度上缓解FC总线上海量数据并发传输造成的效率低下难题，满足瞬态大数据快、稳、准的传输要求。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法，包括：
(1)设计FC数据传输前端模块，包括1个FC协议转换单元、1个FC优先级控制单元、1个FC发送单元，具体实现如下：
①FC协议转换单元完成常用协议与FC协议的转换，包括Modbus协议、Ethernet协议、EtherCAT协议、CAN协议以及OPC协议；建立1个前端一级缓存用于存储转换后的FC协议数据；
②FC优先级控制单元负责设定并添加传输速率、传输时延、传输误码率三个优先级字段到各个FC数据帧中，然后计算并添加1个新的校验码字段到各个FC数据帧中；建立1个前端二级缓存用于存储新数据帧；传输速率、传输时延、传输误码率优先级字段的长度均为1字节，取值范围为：大于等于0且小于等于1；新的校验码字段长度为4字节；
③FC发送单元将前端二级缓存中的数据进行8b/10b编码和并/串转换后发送出去；
(2)设计FC数据传输后端模块，包括1个FC接收单元、1个FC决策单元、1个FC交换单元，具体实现如下：
①FC接收单元接收FC数据传输前端模块发送的数据，并将数据进行8b/10b解码和串/并转换后保存在后端一级缓存中；
②FC决策单元负责设定各个优先级的权重，并读取后端一级缓存中的数据帧，然后根据该数据帧的各个优先级完成决策处理，具体决策处理过程如下：
i：设传输速率权重为wv，传输时延权重为wd，传输误码率权重为we，且wv+wd+we＝1；设传输速率优先级为pv，传输时延优先级为pd，传输误码率优先级为pe；
ii：设决策结果为R，则R＝wv×pv+wd×pd+we×pe；
iii：当R大于等于0.7且小于等于1时，将该数据帧去除3个优先级字段和1个新添加的校验码字段后保存在后端二级缓存中；当R大于等于0.4且小于0.7时，将该数据帧去除3个优先级字段和1个新添加的校验码字段后保存在后端三级缓存中；当R大于等于0且小于0.4时，将该数据帧去除3个优先级字段和1个新添加的校验码字段后保存在后端四级缓存中；
③FC交换单元将各数据帧进行8b/10b编码和并/串转换后发送出去，优先发送后端二级缓存中的数据帧，其次发送后端三级缓存中的数据帧，最后发送后端四级缓存中的数据帧。
本发明设计的一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法适用于Xilinx公司Virtex-7系列FPGA芯片。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出的一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法能够完成FC协议与常用传输协议的转换，能够对各FC数据帧添加优先级字段，该优先级字段的取值用户可根据实际情况做出调整；用户也可以根据实际情况设定各优先级字段的权重。该方法能够使用户根据实际情况灵活控制重要数据的优先发送。
(2)本发明提出的方法基于FC协议，同时根据实际情况优化了FC协议，即通过FPGA控制器对不同的数据源灵活添加不同数值的优先级字段，达到了对原始FC数据帧的重新组帧，能够提高FC总线海量数据并发传输的效率。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的FC数据帧对比图；
图3为本发明的应用框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
本发明涉及一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法，采用Xilinx公司Virtex-7系列FPGA芯片。瞬态大数据与数据传输的快、稳、准之间是一个亟待解决的矛盾，受制于传统数据传输总线能力的限制，导致制造现场装备瞬态实况大数据传输呈现速率低和丢包率高的瓶颈。该方法针对制造现场瞬间爆发出的海量数据传输需求(速率一般在Gbps)，以及传统的传输方式(从Kbps--Mbps)在传输速率、丢包率以及可靠性上的不足等现状，提出的方法能够一定程度上缓解FC总线上海量数据并发传输造成的效率低下难题，满足瞬态大数据快、稳、准的传输要求。
本发明的结构框图如图1所示、本发明的FC数据帧对比图如图2所示、本发明的应用框图如图3所示，具体实施方式如下：
(1)图1中的FC数据传输前端模块1，具体实现如下：
①设计的FC数据传输前端模块包括1个FC协议转换单元、1个FC优先级控制单元、1个FC发送单元；FC数据传输前端模块部署在现场层(图3中的1)，完成对制造现场异构设备的数据采集和传输；
②FC协议转换单元完成常用协议与FC协议的转换，包括Modbus协议、Ethernet协议、EtherCAT协议、CAN协议以及OPC协议，实现对不同协议设备的数据采集；建立1个前端一级缓存用于存储转换后的FC协议数据；
③FC优先级控制单元负责设定并添加传输速率、传输时延、传输误码率三个优先级字段到各个FC数据帧中，然后计算并添加1个新的校验码字段到各个FC数据帧中，完成对原始FC数据帧(图2中的1)的二次封装，新添加的校验码字段也保证了新数据帧(图2中的2)传输的可靠性；建立1个前端二级缓存用于存储新数据帧；传输速率、传输时延、传输误码率优先级字段的长度均为1字节，取值范围为：大于等于0且小于等于1；新的校验码字段长度为4字节；
④FC发送单元将前端二级缓存中的各个数据帧进行8b/10b编码和并/串转换后，再将电信号转成光信号通过光纤媒介发送出去；
(2)图1中的FC数据传输后端模块2，具体实现如下：
①设计的FC数据传输后端模块包括1个FC接收单元、1个FC决策单元、1个FC交换单元；FC数据传输后端模块部署在车间层(图3中的2)，完成对现场层中各个FC数据传输前端模块发送的数据的接收、处理和交换，实现各个FC数据传输前端模块之间以及与工厂层集中监控系统的数据传输；
②FC接收单元首先将FC数据传输前端模块发送的光信号转换成电信号，然后将数据进行8b/10b解码和串/并转换后保存在后端一级缓存中；
③FC决策单元负责设定传输速率、传输时延、传输误码率优先级的权重，并读取后端一级缓存中的数据帧，然后根据该数据帧中的各个优先级完成决策处理，具体过程如下：
i：设传输速率优先级的权重为wv，传输时延优先级的权重为wd，传输误码率优先级的权重为we，且wv+wd+we＝1；设传输速率优先级为pv，传输时延优先级为pd，传输误码率优先级为pe；
ii：设决策结果为R，则R＝wv×pv+wd×pd+we×pe；
iii：当R大于等于0.7且小于等于1时，将该数据帧保存在后端二级缓存中；当R大于等于0.4且小于0.7时，将该数据帧保存在后端三级缓存中；当R大于等于0且小于0.4时，将该数据帧保存在后端四级缓存中；在将数据帧保存进后端二级缓存、后端三级缓存、后端四级缓存中前，先将该数据帧去除3个优先级字段和1个新添加的校验码字段；
④FC交换单元将各数据帧进行8b/10b编码和并/串转换后，再将电信号转成光信号通过光纤媒介发送出去；优先发送后端二级缓存中的数据帧，其次发送后端三级缓存中的数据帧，最后发送后端四级缓存中的数据帧。
综上所述，本发明公开了一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法，包括设计FC数据传输前端模块和FC数据传输后端模块，该方法能够一定程度上缓解FC总线上海量数据并发传输造成的效率低下难题，满足瞬态大数据快、稳、准的传输要求。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法，其特征在于：包括：
(1)设计FC数据传输前端模块，包括1个FC协议转换单元、1个FC优先级控制单元、1个FC发送单元，具体实现如下：
①FC协议转换单元完成常用协议与FC协议的转换，包括Modbus协议、Ethernet协议、EtherCAT协议、CAN协议以及OPC协议；建立1个前端一级缓存用于存储转换后的FC协议数据；
②FC优先级控制单元负责设定并添加传输速率、传输时延、传输误码率三个优先级字段到各个FC数据帧中，然后计算并添加1个新的校验码字段到各个FC数据帧中；建立1个前端二级缓存用于存储新数据帧；传输速率、传输时延、传输误码率优先级字段的长度均为1字节，取值范围为：大于等于0且小于等于1；新的校验码字段长度为4字节；
③FC发送单元将前端二级缓存中的数据进行8b/10b编码和并/串转换后发送出去；
(2)设计FC数据传输后端模块，包括1个FC接收单元、1个FC决策单元、1个FC交换单元，具体实现如下：
①FC接收单元接收FC数据传输前端模块发送的数据，并将数据进行8b/10b解码和串/并转换后保存在后端一级缓存中；
②FC决策单元负责设定各个优先级的权重，并读取后端一级缓存中的数据帧，然后根据该数据帧的各个优先级完成决策处理，具体决策处理过程如下：
i：设传输速率权重为wv，传输时延权重为wd，传输误码率权重为we，且wv+wd+we＝1；设传输速率优先级为pv，传输时延优先级为pd，传输误码率优先级为pe；
ii：设决策结果为R，则R＝wv×pv+wd×pd+we×pe；
iii：当R大于等于0.7且小于等于1时，将该数据帧去除3个优先级字段和1个新添加的校验码字段后保存在后端二级缓存中；当R大于等于0.4且小于0.7时，将该数据帧去除3个优先级字段和1个新添加的校验码字段后保存在后端三级缓存中；当R大于等于0且小于0.4时，将该数据帧去除3个优先级字段和1个新添加的校验码字段后保存在后端四级缓存中；
③FC交换单元将各数据帧进行8b/10b编码和并/串转换后发送出去，优先发送后端二级缓存中的数据帧，其次发送后端三级缓存中的数据帧，最后发送后端四级缓存中的数据帧。
2.如权利要求1所述的一种基于FC的瞬态大数据高效传输方法，其特征在于：所述的方法适用于Xilinx公司Virtex-7系列FPGA芯片。
CN201810522666.1A 2018-05-28 2018-05-28 一种基于fc的瞬态大数据高效传输方法 Expired - Fee Related CN108768810B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810522666.1A CN108768810B (zh) 2018-05-28 2018-05-28 一种基于fc的瞬态大数据高效传输方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810522666.1A CN108768810B (zh) 2018-05-28 2018-05-28 一种基于fc的瞬态大数据高效传输方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108768810A true CN108768810A (zh) 2018-11-06
CN108768810B CN108768810B (zh) 2019-06-14

Family

ID=64002866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810522666.1A Expired - Fee Related CN108768810B (zh) 2018-05-28 2018-05-28 一种基于fc的瞬态大数据高效传输方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108768810B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109710554A (zh) * 2018-11-29 2019-05-03 北京计算机技术及应用研究所 Fc-ae-1553总线与can总线非透明桥接系统
CN112148652A (zh) * 2020-09-15 2020-12-29 北京神州飞航科技有限责任公司 一种fc协议分层架构实现方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103888293A (zh) * 2014-02-25 2014-06-25 电子科技大学 多通道fc网络数据仿真系统的数据通道调度方法
CN105553765A (zh) * 2015-12-11 2016-05-04 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种fc-av协议处理芯片网络通信鲁棒性测试方法
CN106204402A (zh) * 2016-09-23 2016-12-07 浙江万里学院 基于云平台的物流状态实时监控方法
CN106447260A (zh) * 2016-09-23 2017-02-22 浙江万里学院 基于空闲频段选择的物流信息远程实时监测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103888293A (zh) * 2014-02-25 2014-06-25 电子科技大学 多通道fc网络数据仿真系统的数据通道调度方法
CN105553765A (zh) * 2015-12-11 2016-05-04 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种fc-av协议处理芯片网络通信鲁棒性测试方法
CN106204402A (zh) * 2016-09-23 2016-12-07 浙江万里学院 基于云平台的物流状态实时监控方法
CN106447260A (zh) * 2016-09-23 2017-02-22 浙江万里学院 基于空闲频段选择的物流信息远程实时监测方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109710554A (zh) * 2018-11-29 2019-05-03 北京计算机技术及应用研究所 Fc-ae-1553总线与can总线非透明桥接系统
CN112148652A (zh) * 2020-09-15 2020-12-29 北京神州飞航科技有限责任公司 一种fc协议分层架构实现方法
CN112148652B (zh) * 2020-09-15 2023-10-13 北京神州飞航科技有限责任公司 一种fc协议分层架构实现方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108768810B (zh) 2019-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108768810B (zh) 一种基于fc的瞬态大数据高效传输方法
CN106385390A (zh) 一种基于fpga实现万兆以太网电口传输的方法及系统
CN106254018B (zh) 高速信号接收与多路解复用的集成系统以及数据处理方法
CN101707629A (zh) 电网安全稳定控制装置信息自组织的镜像同步通信方法
CN204539379U (zh) 一种支持业务隔离的光网络单元
CN205354341U (zh) 一种基于配用电光通信芯片的光纤采集器
CN103888372B (zh) 一种流量整形方法和数据处理设备
CN1479459A (zh) 以太网光纤收发器及用于该收发器的数据收发方法
CN104135448B (zh) 包含多类型以太网传输接口的交换机
CN203933689U (zh) 基于fpga的电力系统高速数据通信设备
CN102355609B (zh) 一种双通道光模块RSSI Trigger处理装置
CN101030844A (zh) 一种光纤通道业务复用器、数据传送系统及数据传送方法
CN105872060A (zh) 一种通信方法及系统、数据采集端装置
CN209472629U (zh) 基于pcie总线的rs422通信与can通信设备
CN106961338A (zh) 一种rtds仿真仪与千兆网卡快速交换数据的方法
CN103888189B (zh) 适用于大规模电力电子系统的单光纤环网通讯方法
CN106506118B (zh) Usxgmii多通道ipg精确补偿的方法及系统
CN102223366A (zh) 基于用电信息采集系统的多媒体广告推送系统和方法
CN202395859U (zh) 一种基于无源光网络通信的高清网络摄像机
CN212137275U (zh) 一种集成防雷功能的网络通讯板卡
CN100372334C (zh) 一种实现在光网络中传输InfiniBand数据的设备及方法
CN206401989U (zh) 合并单元智能终端集成装置
CN207283590U (zh) 一种智能变电站千兆交换机
CN1272936C (zh) 一种传送数据通信信道信息的方法
CN202094928U (zh) 基于用电信息采集系统的多媒体广告推送系统

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190614

Termination date: 20210528

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee