CN111698058A - 时间触发数据帧冗余管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络通信技术领域，提供了一种时间触发数据帧冗余管理方法，通过筛选接收时间、虚链路标识符和帧顺序号等满足要求的数据帧，利用时间触发数据按严格时间配置进行发送和接收的机制，以数据接收窗口开始时刻启动冗余管理过程，使用数据帧的CRC校验值进行多数表决选择多数一致的数据帧，不存在多数一致的情况下选择最新的数据帧，将选择的接收通道信息写入数据帧接口ID字段，指示出数据的可信程度和接收通道的工作状态，提交给上层协议处理，解决了时间触发数据帧的择优选择问题。

Description

时间触发数据帧冗余管理方法

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，涉及一种时间触发数据帧的冗余管理方法，能够提升时间触发数据帧传输的可靠性和完整性。

背景技术

随着飞机综合化程度的不断提高，综合化范围的不断扩大，机载网络逐渐涉及到机电、飞控等安全关键系统，在统一机载网络平台上兼容不同安全关键等级、传输带宽的通信传输，以同时满足航电、机电和飞控等系统的通信要求，已成为一种趋势。

时间触发以太网采用全局统一时钟，在网络配置过程中通过全局时间基准编排时间触发通信，为机载系统之间提供无冲突的时间触发通信，满足飞控、机电等安全关键数据的低延时高确定性的传输要求。对于任务关键数据和非关键数据，时间触发以太网提供兼容的AFDX网络和标准以太网支持。时间触发以太网的三种业务流通信正好契合机载网络的综合化发展方向。为了提升机载系统的任务可靠性和安全性，飞控、机电等机载系统通常采用多余度技术，相应地对机载网络提出的余度管理的要求。此时，需要解决时间触发数据帧的择优选择问题。

发明内容

为了解决时间触发数据帧的择优选择问题，本发明提出了一种时间触发数据帧冗余管理方法。

本发明的技术解决方案是：

一种时间触发数据冗余管理系统，其特殊之处在于：

包括虚拟链路参数表、数据接收单元、同步时钟单元、表决单元、数据输出单元；

虚拟链路参数表包括以太网数据帧的虚拟链路标识符及其对应的接收时间窗口；

数据接收单元包括并行设置、且相互独立的N路数据接收通道；N大于等于2；

每一路数据接收通道包括TTE接口单元、MAC接收单元、CRC计算单元和TT数据缓冲单元；TTE接口单元的输出端与MAC接收单元的输入端相连，MAC接收单元的输出端同时与CRC计算单元和TT数据缓冲单元的输入端相连，CRC计算单元的输出端与表决单元的输入端相连，TT数据缓冲单元的输出端与数据输出单元的输入端相连，表决单元的输出端与数据输出单元的控制端相连；

MAC接收单元用于接收数据帧，基于所述虚拟链路参数表判断数据帧的有效性，记录数据帧的顺序号；

CRC计算单元用于计算数据帧的校验值；

表决单元根据CRC计算单元输出的校验值以及MAC接收单元输出的数据帧、数据帧有效性标识符和顺序号，生成表决结果；

数据输出单元根据表决结果，从相应的TT数据缓冲单元中选择数据输出。

本发明还提供了一种基于上述的时间触发数据冗余管理系统进行时间触发数据的冗余管理方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：N路数据接收通道的MAC接收单元从N个TTE接口单元分别接收以太网数据帧F1、F2…FN，记录以太网数据帧F1、F2…FN的第一个比特位到达MAC接收单元时的网络时钟T1、T2…TN、以太网数据帧F1、F2…FN的虚链路标识符字段、以太网数据帧F1、F2…FN的顺序号S1、S2…SN；

步骤2：当MAC接收单元收到以太网数据帧类型字段时，判断数据帧是否为时间触发(TT)帧，

若是，进入步骤3；

若否，设定以太网数据帧F1、F2…FN的有效性标识V1、V2…VN为0，进入步骤7；0表示无效；

步骤3：MAC接收单元判断以太网数据帧的虚拟链路标识符字段是否在所述虚拟链路参数表中，

若是，则记录虚拟链路标识符字段在所述虚拟链路参数表中的索引，进入步骤4；

若否，设定以太网数据帧F1、F2…FN有效性标识V1、V2…VN为0，进入步骤7；0表示无效；

步骤4：MAC接收单元判断以太网数据帧的第一个比特位到达MAC接收单元时的网络时钟T1、T2…TN，是否位于所述索引对应的接收时间窗口内，

若是，设定以太网数据帧F1、F2…FN有效性标识V1、V2…VN为1；1表示有效，进入步骤5；

若否，设定以太网数据帧有效性标识V1、V2…VN为0，进入步骤7；0表示无效；

步骤5：CRC计算单元从MAC接收单元获取到以太网数据帧F1、F2…FN，将数据帧接口ID字段修改为“000”，删除数据帧内的FCS字段，然后对数据帧计算校验值，完成校验值计算后，记录校验值C1、C2…CN并向表决单元提供校验完成标识CF1、CF2…CFN，设CF1、CF2…CFN为1时，表示校验完成；同时，TT数据缓冲单元从MAC接收单元获取到以太网数据帧F1、F2…FN并缓存；

步骤6：表决单元从MAC接收单元中提取以太网数据帧F1、F2…FN的有效性标识V1、V2…VN和以太网数据帧F1、F2…FN的顺序号，从CRC计算单元中提取以太网数据帧F1、F2…FN的校验值C1、C2…CN及校验完成标识CF1、CF2…CFN；

步骤7：表决

若各数据接收通道满足下述条件

{(V1＝0)or(CF1＝1)}and{(V2＝0)or(CF2＝1)}...and{(VN＝0)or(CFN＝1)}

则根据每一路数据接收通道提供的以太网数据帧F1、F2…FN的顺序号S1、S2…SN、校验值C1、C2…CN进行表决，

若有效性标识Vi＝Vj＝1,且校验值Ci＝Cj，则数据接收通道i、j表决一致；i、j取1、2…N；i不等于j；

否则，数据接收通道i、j表决不一致；

步骤8：输出

如果有多路数据接收通道表决一致，选择其中一路数据接收通道的TT数据缓冲单元缓存的数据帧输出；

如果所有数据接收通道的表决都不一致，选择有效性标识等于1且数据帧顺序号最新(数据帧顺序号SN编号按旧到新排序0<1<2<…<255<1<2<…组成环形，新旧比较时按环上的最短路径比较)的接收通道的TT数据缓冲单元的数据帧输出。

进一步地，还包括步骤9：

如果有多路接收通道表决一致，修改以太网数据帧的接口ID字段中所有表决一致的数据接收通道对应位为1，并提交上层协议处理；

如果所有数据接收通道的表决都不一致，修改数据帧的接口ID字段中有效性标识等于1且数据帧顺序号最新的接收通道对应位为1，并提交上层协议处理。

本发明的有益效果：

1.本发明通过筛选接收时间、虚链路标识符和帧顺序号等满足要求的数据帧，利用时间触发数据按严格时间配置进行发送和接收的机制，以数据接收窗口开始时刻启动冗余管理过程，使用数据帧的CRC校验值进行多数表决选择多数一致的数据帧，不存在多数一致的情况下选择最新的数据帧，将选择的接收通道信息写入数据帧接口ID字段，指示出数据的可信程度和接收通道的工作状态，提交给上层协议处理，解决了时间触发数据帧的择优选择问题。

2.本发明使用数据帧的CRC校验值进行多数表决选择数据，相比标准AFDX网络先到且有效者胜出的冗余管理机制，提高了数据可靠性。

3.本发明将数据帧提交上层协议处理时，将选择的接收通道信息写入数据帧接口ID字段，指示出数据的可信程度和接收通道的工作状态。

附图说明

图1是本发明时间触发数据帧冗余管理系统的原理框图。

图2是时间触发数据帧相关字段定义示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例包含三路相同且相互独立的数据接收通道，三路数据接收通道的MAC接收单元210、220、230分别从TTE接口单元110、120、130接收以太网数据帧F1、F2和F3，即MAC接收单元210从TTE接口单元110接收以太网数据帧F1，MAC接收单元220从TTE接口单元120接收以太网数据帧F2，MAC接收单元230从TTE接口单元130接收以太网数据帧F3。以下以第一路数据接收通道接收以太网数据帧F1为例，说明第一路数据接收通道的接收过程，其余数据接收通道的接收过程相同，在此不再赘述。

第一路数据接收通道的接收过程具体包括下述环节：

1)MAC接收单元210从TTE接口单元110接收以太网数据帧F1，且接收开始时刻，从同步时钟单元300获取并记录以太网数据帧F1的第一个比特位到达MAC接收单元的网络时钟T1，记录太网数据帧F1的虚链路标识符字段、以太网数据帧F1的顺序号S1。

2)MAC接收单元210检查数据帧F1类型，根据数据帧类型字段判断数据帧F1是否为时间触发帧(TT)帧，若是，进入步骤3)；若否，则设定以太网数据帧F1的有效性标识V1为0，进入步骤7)进行表决；0表示无效。

3)MAC接收单元210判断以太网数据帧F1的虚拟链路标识符字段是否在静态配置的虚拟链路参数表中，若是，则记录以太网数据帧F1的虚拟链路标识符字段在所述虚拟链路参数表中的索引，进入步骤4)；若否，则设定以太网数据帧F1有效性标识V1为0，进入步骤7)进行表决；0表示无效。

4)MAC接收单元210判断以太网数据帧F1的第一个比特位到达MAC接收单元210时的网络时钟T1是否位于所述索引对应的接收时间窗口内，若是，设定以太网数据帧F1的有效性标识V1为1，1表示有效，进入步骤5)；若否，设定以太网数据帧F1的有效性标识V1为0，进入步骤7)进行表决；0表示无效。

5)CRC计算单元510从MAC接收单元210获取到以太网数据帧F1，将数据帧F1的接口ID字段修改为“000”，删除数据帧F1内的FCS字段，然后对数据帧F1计算校验值，完成校验值计算后，记录校验值C1并向表决单元600提供校验完成标识CF1，设CF1为1时，表示校验完成；同时，TT数据缓冲单元410从MAC接收单元210获取到以太网数据帧F1并缓存。

各数据接收通道按照上述步骤1)-5)接收以太网数据帧F1后，通过下述步骤6)-9)表决并输出：

6)表决单元600从MAC接收单元210中提取以太网数据帧F1的有效性标识V1和以太网数据帧F1的顺序号，从CRC计算单元510中提取以太网数据帧F1的校验值C1及校验完成标识CF1。

7)表决

若各数据接收通道满足下述条件

{(V1＝0)or(CF1＝1)}and{(V2＝0)or(CF2＝1)}...and{(VN＝0)or(CFN＝1)}

则根据每一路数据接收通道提供的以太网数据帧F1的顺序号S1、校验值C1进行表决，

若有效性标识Vi＝Vj＝1，且校验值Ci＝Cj，则数据接收通道i、j表决一致；i、j取1、2…N；i不等于j；

否则，数据接收通道i、j表决不一致。

8)输出

如果有多路数据接收通道表决一致，选择其中一路数据接收通道的TT数据缓冲单元缓存的数据帧输出；

如果所有数据接收通道的表决都不一致，选择有效性标识等于1且数据帧顺序号最新(数据帧顺序号编号按旧到新排序0<1<2<…<255<1<2<…组成环形，新旧比较时按环上的最短路径比较)的接收通道的TT数据缓冲单元的数据帧输出。

对于数据帧顺序号相同，校验值不同的数据，其中必然只存在一份数据正确。在MAC层接收时，错误的数据帧被MAC层CRC校验检出并丢弃，不会到达冗余管理功能。而完整性检查过程保证SN号的差值远小于环上的编号数量，具备在环上的可比性。

为了知道数据帧F1的可信度，还包括步骤9)：

如果有多路接收通道表决一致，修改以太网数据帧的接口ID字段中所有表决一致的数据接收通道对应位为1，并提交上层协议处理；

如果所有数据接收通道的表决都不一致，修改数据帧的接口ID字段中有效性标识等于1且数据帧顺序号最新的接收通道对应位为1，并提交上层协议处理。

Claims (3)

1.一种时间触发数据冗余管理系统，其特征在于：

包括虚拟链路参数表、数据接收单元、同步时钟单元、表决单元、数据输出单元；

虚拟链路参数表包括以太网数据帧的虚拟链路标识符及其对应的接收时间窗口；

数据接收单元包括并行设置、且相互独立的N路数据接收通道；N大于等于2；

每一路数据接收通道包括TTE接口单元、MAC接收单元、CRC计算单元和TT数据缓冲单元；TTE接口单元的输出端与MAC接收单元的输入端相连，MAC接收单元的输出端同时与CRC计算单元和TT数据缓冲单元的输入端相连，CRC计算单元的输出端与表决单元的输入端相连，TT数据缓冲单元的输出端与数据输出单元的输入端相连，表决单元的输出端与数据输出单元的控制端相连；

MAC接收单元用于接收数据帧，基于所述虚拟链路参数表判断数据帧的有效性，记录数据帧的顺序号；

CRC计算单元用于计算数据帧的校验值；

表决单元根据CRC计算单元输出的校验值以及MAC接收单元输出的数据帧、数据帧有效性标识符和顺序号，生成表决结果；

数据输出单元根据表决结果，从相应的TT数据缓冲单元中选择数据输出。

2.基于权利要求1所述的时间触发数据冗余管理系统进行时间触发数据的冗余管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：N路数据接收通道的MAC接收单元从N个TTE接口单元分别接收以太网数据帧F1、F2…FN，记录以太网数据帧F1、F2…FN的第一个比特位到达MAC接收单元时的网络时钟T1、T2…TN、以太网数据帧F1、F2…FN的虚链路标识符字段、以太网数据帧F1、F2…FN的顺序号S1、S2…SN；

步骤2：当MAC接收单元收到以太网数据帧类型字段时，判断数据帧是否为时间触发(TT)帧，

若是，进入步骤3；

若否，设定以太网数据帧F1、F2…FN的有效性标识V1、V2…VN为0，进入步骤7；0表示无效；

步骤3：MAC接收单元判断以太网数据帧的虚拟链路标识符字段是否在所述虚拟链路参数表中，

若是，则记录虚拟链路标识符字段在所述虚拟链路参数表中的索引，进入步骤4；

若否，设定以太网数据帧F1、F2…FN有效性标识V1、V2…VN为0，进入步骤7；0表示无效；

步骤4：MAC接收单元判断以太网数据帧的第一个比特位到达MAC接收单元时的网络时钟T1、T2…TN，是否位于所述索引对应的接收时间窗口内，

若是，设定以太网数据帧F1、F2…FN有效性标识V1、V2…VN为1；1表示有效，进入步骤5；

若否，设定以太网数据帧有效性标识V1、V2…VN为0，进入步骤7；0表示无效；

步骤5：CRC计算单元从MAC接收单元获取到以太网数据帧F1、F2…FN，将数据帧接口ID字段修改为“000”，删除数据帧内的FCS字段，然后对数据帧计算校验值，完成校验值计算后，记录校验值C1、C2…CN并向表决单元提供校验完成标识CF1、CF2…CFN，设CF1、CF2…CFN为1时，表示校验完成；同时，TT数据缓冲单元从MAC接收单元获取到以太网数据帧F1、F2…FN并缓存；

步骤6：表决单元从MAC接收单元中提取以太网数据帧F1、F2…FN的有效性标识V1、V2…VN和以太网数据帧F1、F2…FN的顺序号，从CRC计算单元中提取以太网数据帧F1、F2…FN的校验值C1、C2…CN及校验完成标识CF1、CF2…CFN；

步骤7：表决

若各数据接收通道满足下述条件

{(V1＝0)or(CF1＝1)}and{(V2＝0)or(CF2＝1)}...and{(VN＝0)or(CFN＝1)}

则根据每一路数据接收通道提供的以太网数据帧F1、F2…FN的顺序号S1、S2…SN、校验值C1、C2…CN进行表决，

若有效性标识Vi＝Vj＝1,且校验值Ci＝Cj，则数据接收通道i、j表决一致；i、j取1、2…N；i不等于j；

否则，数据接收通道i、j表决不一致；

步骤8：输出

如果有多路数据接收通道表决一致，选择其中一路数据接收通道的TT数据缓冲单元缓存的数据帧输出；

如果所有数据接收通道的表决都不一致，选择有效性标识等于1且数据帧顺序号最新(数据帧顺序号SN编号按旧到新排序0<1<2<…<255<1<2<…组成环形，新旧比较时按环上的最短路径比较)的接收通道的TT数据缓冲单元的数据帧输出。

3.根据权利要求1所述的时间触发数据的冗余管理方法，其特征在于：还包括步骤9：

如果有多路接收通道表决一致，修改以太网数据帧的接口ID字段中所有表决一致的数据接收通道对应位为1，并提交上层协议处理；

如果所有数据接收通道的表决都不一致，修改数据帧的接口ID字段中有效性标识等于1且数据帧顺序号最新的接收通道对应位为1，并提交上层协议处理。

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