CN111522513B - 一种可扩展的高性能多接口星载存储系统 - Google Patents

一种可扩展的高性能多接口星载存储系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了可扩展的高性能多接口星载存储系统，包括：至少一套存储系统，存储系统包括电源模块、存储模块和网络交换模块；存储模块包括第一存储单元和第二存储单元，第一存储单元和第二存储单元分别包括一个提供标准PCIe及以太网接口的固存模块和一个提供定制接口与PCIe接口相互转换的接口模块；电源模块用于为所述存储模块和网络交换模块供电；网络交换模块用于提供可扩展及标准以太网接口。本发明利用成熟的以太网交换通信技术，提升了星载存储系统数传接口通用性同时保留了定制化设计、提高了星载存储系统的可扩展性，提升存储性能的同时保留了传统星载存储系统可靠性，对于提高星载数传系统传输速率、可扩展性及可靠性保障有着积极的借鉴意义。

Description

一种可扩展的高性能多接口星载存储系统
技术领域
本申请涉及星载高速数据传输技术领域，具体涉及一种可扩展的高性能多接口星载存储系统。
背景技术
随着星载载荷技术的进步，载荷数据量的大大增加，在星载数传领域传统的LVDS数据传输链路不论从速率上还是通用性上已经不能满足高速数传的的需求。
高速且可靠的数传通信方式的需求越来越高，但若单独开发一种自定义的高速数传通信方案不论从成本上还是可靠性上都是难以实现的，因此对传统、通用的高速数传通信方案进行相应的可靠性设计，保证其在空间环境中的可靠性成为最可行的方案之一。
发明内容
本申请提供一种可扩展的高性能多接口星载存储系统，以解决目前星载数传方案中定制化程度高；接口不兼容；存储容量一旦设定难以扩容等问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种可扩展的高性能多接口星载存储系统，包括：至少一套存储系统，所述存储系统包括电源模块、存储模块和网络交换模块；
所述存储模块包括第一存储单元和第二存储单元，所述第一存储单元和第二存储单元分别包括一个提供标准PCIe及以太网接口的固存模块和一个提供定制接口与PCIe接口相互转换的接口模块；
所述电源模块用于为所述存储模块和网络交换模块供电；
所述网络交换模块用于提供可扩展及标准以太网接口。
进一步优选地，所述第一存储单元和第二存储单元的工作模式控制如下：
默认状态下，控制所述电源模块为所述第一存储单元和网络交换模块供电；
若判断需求数据带宽时，通过遥控指令控制所述电源模块为所述第一存储单元、第二存储单元及网络交换模块均供电；
若通过遥测判断所述第一存储单元工作状态异常时，通过遥控指令关闭所述第一存储单元，并控制所述电源模块为所述第二存储单元供电；
通过遥测判断所述第一存储单元和第二存储单元的工作状态均处于异常时，进一步通过遥测区分所述第一存储单元和第二存储单元的异常工作部分，并判断所述第一存储单元和第二存储单元的异常工作部分是否相同，若异常工作部分不相同，则通过遥控指令切换所述接口模块与固存模块的通信方式，将所述第一存储单元和第二存储单元的正常工作部分组合成一个新的可用的存储单元。
进一步优选地，包括两套所述存储系统。
进一步优选地，所述两套存储系统的工作模式控制如下：
若第一套存储系统通过遥测判断第一存储单元和第二存储单元的工作状态均处于异常时，通过遥控指令关闭第一套存储系统，并开启第二套存储系统。
进一步优选地，所述两套存储系统的工作模式控制如下：
根据实际工作模式或各自存储系统的存储单元的工作状态遥测，通过遥控指令分别对两套存储系统进行开关操作。
进一步优选地，所述电源模块分别向所述第一存储单元、第二存储单元及网络交换模块独立供电，其中，所述电源模块向所述第一存储单元或/和第二存储单元供供电的同时也向所述网络交换模块供电。
进一步优选地，所述固存模块和接口模块对应提供的PCIe接口非同时工作。
进一步优选地，所述第一存储单元或第二存储单元内各自的固存模块及接口模块之间通过标准PCIe接口进行数据交换；同一套存储系统中的第一存储单元和第二存储单元之间的固存模块和接口模块通过不同的PCIe接口进行数据交换；在同一时刻，针对任意一个固存模块或者接口模块仅有一个PCIe接口可用，另一个PCIe接口为断开。
进一步优选地，所述两套存储系统通过以太网接入网络交换模块，采用菊花链连接方式复接。
进一步优选地，所述两套存储系统的工作方式如下：
若根据接口或数据带宽需求引入两套存储系统，则每套存储系统的存储单元的接口数据均接入各自独立的固存模块；
若根据容量需求引入两套存储系统，则统一采用第一套存储系统的接口作为对外数据接口，超过第一套存储系统存储容量的数据通过以太网交换模块传递到第二套存储系统的存储单元进行存储；
若根据寿命需求引入两套储系统，则第二套存储系统作为第一套存储系统的备份使用。
本申请的有益效果是：
本发明通过利用成熟的以太网交换通信技术，并进行针对性可靠性设计提升了星载存储系统数传接口通用性同时保留了定制化设计、提高了星载存储系统的可扩展性，提升存储性能的同时保留了传统星载存储系统可靠性，对于提高星载数传系统传输速率、可扩展性及可靠性保障有着积极的借鉴意义，在航天领域具有较好的实际工程应用价值。
附图说明
图1为可扩展的高性能多接口星载存储系统原理图；
图2为冗余备份控制流程图；
图3为多套可扩展的高性能多接口星载存储系统原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本申请实施例中，采用了工业及商业数传领域应用度最高之一的以太网总线通信方式为基础，利用其高速、通用及可扩展的特点；同时针对一些传统载荷难以适应以太网接口需求；针对宇航领域的高温、高辐射的工作环境特点；兼顾宇航产品在轨不可修复特点，增加了存储备份、接口备份并且同时兼容存储及接口交叉备份功能，设计了一种可用于宇航领域的新型星载存储系统。
本实施例提供一种可扩展的高性能多接口星载存储系统，其原理图如图1所示，包括至少一套存储系统100，存储系统100包括电源模块101、存储模块102和网络交换模块103。
其中，电源模块101为整机供电，也即是，电源模块101为存储模块102和网络交换模块103供电。
存储模块102包括第一存储单元A-1和第二存储单元A-2，第一存储单元A-1和第二存储单元A-2分别包括一个提供标准PCIe接口及以太网接口的固存模块1021和一上提供定制接口与标准PCIe接口相互转换的接口模块1022。
网络交换模块103用于提供可扩展及标准以太网接口。
其中，电源模块101的功能设计需求是：电源模块101可以提供三路完全独立的供电分别为第一存储单元A-1、第二存储单元A-2及网络交换模块供电；其中为第一存储单元A-1、第二存储单元A-2供电可以分别独立控制开关，通过OC信号进行切换；为网络交换模块供电在第一存储模块A-1或者第二存储单元A-2供电时或两模块同时供电时必须供电，网络交换模块不可以单独关闭。也即是，电源模块101向第一存储单元A-1或/和第二存储单元A-2供供电的同时也向网络交换模块供电。
存储模块120的功能设计需求为：每个存储单元均需要具备一个固存模块和一个接口模块；其中固存模块对外提供一路千兆以太网接口作为标准通用模块，接口模块可按实际需求定制非标准接口，为定制模块；每个固存模块及接口模块均应具备两组PCIe接口，但不可同时工作；同一个存储单元内的固存模块与接口模块之间通过标准PCIe接口进行数据交换，同一个可扩展的高性能多接口星载存储系统内的不同的存储单元间的固存模块和接口模块也可通过不同的PCIe接口进行数据交换；在同一时刻，针对任意一个固存模块或者接口模块仅有一个PCIe接口可用，另一个PCIe接口为断开。
本实施例提供的高性能多接口星载存储系统，通过设置两个存储单元，且各个存储单元提供有固存模块和接口模块，使得该存储系统具有存储备份、接口备份并且同时兼容存储及接口交叉备份功能。
实际应用中，可根据具体需求配置多于一套的存储系统，例如，配置两套存储系统、配置三套存储系统等，多套存储系统之间也可以相互转换备用。
各套存储系统中的两个存储单元的工作模式如下：
默认状态下，控制所述电源模块为所述第一存储单元和网络交换模块供电；
若判断需求数据带宽时，通过遥控指令控制所述电源模块为所述第一存储单元、第二存储单元及网络交换模块均供电；
若通过遥测判断所述第一存储单元工作状态异常时，通过遥控指令关闭所述第一存储单元，并控制所述电源模块为所述第二存储单元供电；
通过遥测判断所述第一存储单元和第二存储单元的工作状态均处于异常时，进一步通过遥测区分所述第一存储单元和第二存储单元的异常工作部分，并判断所述第一存储单元和第二存储单元的异常工作部分是否相同，若异常工作部分不相同，则通过遥控指令切换所述接口模块与固存模块的通信方式，将所述第一存储单元和第二存储单元的正常工作部分组合成一个新的可用的存储单元。
下面对一套存储系统中两个存储单元之间的存储备份、接口备份、及交叉备份的实现过程进行说明，如图2所示。
S100：控制电源模块101为网络交换模块103及存储模块102供电；
S200：遥测第一存储单元A-1的工作状态，判断到第一存储单元A-1工作正常时，返回步骤S100，判断到第一存储单元A-1工作异常时，执行步骤S300。
S300：控制电源模块101为第一存储单元A-1断电，并控制电源模块101为第二存储单元A-2供电。
S400：遥测第二存储单元A-2的工作状态，判断到第一存储单元A-2工作异常时，执行步骤S500。
S500：判断第一存储单元A-1和第二存储单元A-2的故障位置是否相同，若相同，控制电源模块101断电，关机，若不相同，执行步骤S600。
S600：控制电源模块101为第一存储单元A-1和第二存储单元A-2供电。
S700：判断第一存储单元A-1的固存模块是否发生故障，判断第二存储单元A-2中的接口模块是否发生故障，若发生故障执行步骤S900，若未发生故障执行步骤S800。
S800：通过遥控指令控制第二存储单元A-2的接口模块与第一存储单元A-1的固存模块之间PCIe接口通信，并且重新加载接口模块程序。
S900：通过遥控指令控制第一存储单元A-1的接口模块与第二存储单元A-2的固存模块之间PCIe接口通信，并且重新加载接口模块程序。
本实施还提供包括两套存储系统的可扩展的高性能多接口星载存储系统，其原理图如图3所示，通过两套存储系统可以实现接口及可靠性扩展，如图3(a)所示，及存储容量扩展，如图3(b)所示。该两套存储系统通过以太网接入网络交换模块，采用菊花链连接方式复接。
下面对两套存储系统(分别称为第一套存储系统和第二套存储系统)的控制过程进行说明。
一种控制方式是：若第一套存储系统通过遥测判断第一存储单元和第二存储单元的工作状态均处于异常时，通过遥控指令关闭第一套存储系统，并开启第二套存储系统。
另一种控制方式是：根据实际工作模式或各自存储系统的存储单元的工作状态遥测，通过遥控指令分别对两套存储系统进行开关操作。
两套存储系统的工作方式如下：
若根据接口或数据带宽需求引入两套存储系统，则每套存储系统的存储单元的接口数据均接入各自独立的固存模块；
若根据容量需求引入两套存储系统，则统一采用第一套存储系统的接口作为对外数据接口，超过第一套存储系统存储容量的数据通过以太网交换模块传递到第二套存储系统的存储单元进行存储；
若根据寿命需求引入两套储系统，则第二套存储系统作为第一套存储系统的备份使用。
上述提供的可扩展的高性能多接口星载存储系统，其设计原理和设计思路概括为如下两部分：
(1)参考标准网络交换拓扑，通过以太网交换实现不同功能扩展需求，融合标准以太网接口及非标准接口的数据通信功能；
(2)通过功能划分，在传统冗余备份基础上增加了主功能区和备份功能区的交叉备份，实现双机硬件情况下的三机备份。
通过上述设计原理和设计思路，本实施例提供的可扩展的高性能多接口星载存储系统，具有以下效果：
本发明通过利用成熟的以太网交换通信技术，并进行针对性可靠性设计提升了星载存储系统数传接口通用性同时保留了定制化设计、提高了星载存储系统的可扩展性，提升存储性能的同时保留了传统星载存储系统可靠性，对于提高星载数传系统传输速率、可扩展性及可靠性保障有着积极的借鉴意义，在航天领域具有较好的实际工程应用价值。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种可扩展的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，包括：至少一套存储系统，所述存储系统包括电源模块、存储模块和网络交换模块；
所述存储模块包括第一存储单元和第二存储单元，所述第一存储单元和第二存储单元分别包括一个提供标准PCIe及以太网接口的固存模块和一个提供定制接口与PCIe接口相互转换的接口模块；
所述第一存储单元和第二存储单元的工作模式控制如下：
默认状态下，控制所述电源模块为所述第一存储单元和网络交换模块供电；
若判断需求数据带宽时，通过遥控指令控制所述电源模块为所述第一存储单元、第二存储单元及网络交换模块均供电；
若通过遥测判断所述第一存储单元工作状态异常时，通过遥控指令关闭所述第一存储单元，并控制所述电源模块为所述第二存储单元供电；
通过遥测判断所述第一存储单元和第二存储单元的工作状态均处于异常时，进一步通过遥测区分所述第一存储单元和第二存储单元的异常工作部分，并判断所述第一存储单元和第二存储单元的异常工作部分是否相同，若异常工作部分不相同，则通过遥控指令切换所述接口模块与固存模块的通信方式，将所述第一存储单元和第二存储单元的正常工作部分组合成一个新的可用的存储单元；
所述电源模块用于为所述存储模块和网络交换模块供电；
所述网络交换模块用于提供可扩展及标准以太网接口。
2.如权利要求1所述的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，包括两套所述存储系统。
3.如权利要求2所述的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，所述两套存储系统的工作模式控制如下：
若第一套存储系统通过遥测判断第一存储单元和第二存储单元的工作状态均处于异常时，通过遥控指令关闭第一套存储系统，并开启第二套存储系统。
4.如权利要求2所述的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，所述两套存储系统的工作模式控制如下：
根据实际工作模式或各自存储系统的存储单元的工作状态遥测，通过遥控指令分别对两套存储系统进行开关操作。
5.如权利要求1-4任一项所述的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，所述电源模块分别向所述第一存储单元、第二存储单元及网络交换模块独立供电，其中，所述电源模块向所述第一存储单元或/和第二存储单元供供电的同时也向所述网络交换模块供电。
6.如权利要求1所述的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，所述固存模块和接口模块对应提供的PCIe接口非同时工作。
7.如权利要求1所述的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，所述第一存储单元或第二存储单元内各自的固存模块及接口模块之间通过标准PCIe接口进行数据交换；同一套存储系统中的第一存储单元和第二存储单元之间的固存模块和接口模块通过不同的PCIe接口进行数据交换；在同一时刻，针对任意一个固存模块或者接口模块仅有一个PCIe接口可用，另一个PCIe接口为断开。
8.根据权利要求2所述的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，所述两套存储系统通过以太网接入网络交换模块，采用菊花链连接方式复接。
9.根据权利要求8所述的高性能多接口星载存储系统，其特征在于，所述两套存储系统的工作方式如下：
若根据接口或数据带宽需求引入两套存储系统，则每套存储系统的存储单元的接口数据均接入各自独立的固存模块；
若根据容量需求引入两套存储系统，则统一采用第一套存储系统的接口作为对外数据接口，超过第一套存储系统存储容量的数据通过以太网交换模块传递到第二套存储系统的存储单元进行存储；
若根据寿命需求引入两套储系统，则第二套存储系统作为第一套存储系统的备份使用。
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