CN112636816B - 一种双冗余fc网络传输系统 - Google Patents

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Abstract

一种双冗余FC网络传输系统，包括发送端和接收端；发送端包括两个缓冲区，分别与两个缓冲区串联的两个FC端口，用于将数据帧同时发送至两个缓冲区的发送端控制器；还包括当其中一个FC端口发生堵塞时用于接收该FC端口发出的堵塞信号的发送控制模块；接收端包括分别用于接收两个FC端口传输的数据并对SN的连续性进行检测和过滤的序号检查模块，与序号检查模块相串联的进行重复帧的剔除的冗余剔除模块，与冗余剔除模块相串联的对接收到的乱序帧重新排序并上报数据帧的乱序重排模块；本发明提出的双冗余FC网络传输系统，解决现有FC冗余网络方法中存在的丢帧、乱序等风险，对提高安全关键应用中FC网络的数据传输可靠性有明显的效果。

Description

一种双冗余FC网络传输系统
技术领域
本发明属于FC光纤通道冗余传输技术领域，具体涉及一种双冗余FC网络传输系统。
背景技术
FC(光纤通道)网络在安全关键信息传输应用中应用非常普遍，并且为了进一步提高网络的可靠性，一般采用双冗余的网络，即信号通过相同的两个网络同时发送、传递和接收，只要有一个网络正常，信号即可成功传输，详见图1。
则现有的FC冗余方法中存在以下不足：
(1)存在乱序的风险：
若A网络发生故障，B网络正常，一段时间后，A网络故障恢复，B网络则一直正常；B网络通道中各处缓存中有数据，而A网络缓存中没有数据，因此经由A网络传递的数据将早于由B网络到达接收端，容易造成接收乱序。
(2)有丢帧风险：
若A网络的数据传输延时大于B网络且有若干帧的差距，当B网络丢一帧数据时，现有的冗余方法，无法通过A网络后到的数据补齐，而最终形成丢帧。
发明内容
针对现有方法中存在的乱序和丢帧的风险，现有冗余方法不能用于在高可靠信息传输的问题，本发明的目的在于提供一种双冗余FC网络传输系统。
本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的，本发明提供一种双冗余FC网络传输系统,包括发送端和接收端；发送端包括两个缓冲区，分别与两个缓冲区串联的两个FC端口，用于将系统下发的数据帧同时发送至两个缓冲区的发送端控制器；还包括当其中一个FC端口发生堵塞时用于接收该FC端口发出的堵塞信号的发送控制模块，发送控制模块接收到该堵塞信号后向与该FC端口串联的缓冲区发出不再向该堵塞的FC端口发送数据帧命令同时也向发送端控制器发出当与该FC端口串联的缓冲区装满时发送端控制器不再向该缓冲区发送数据帧的命令；
接收端包括分别用于接收两个FC端口传输的数据并对SN的连续性进行检测和过滤的序号检查模块，与序号检查模块相串联的进行重复帧的剔除的冗余剔除模块，与冗余剔除模块相串联的对接收到的乱序帧重新排序并上报数据帧的乱序重排模块。
优选的，FC端口采用“先到接收，后到丢弃”的冗余策略，利用基于S_ID和D_ID的SN进行帧顺序识别，从而实现两个FC端口同时发送和接收数据。
优选的，发送端控制器同时向两个缓冲区所在的网络发送数据，并以传输延时大的网络为基准进行控制。
优选的，其中一个链路掉线时，链路掉线的时间达到LDTOV后清空通道中间的缓存，否则保持缓存内容。
优选的，发送控制模块的功能如下：
(1)发送控制模块的发送端以滞后的FC端口的SN端口为基准，对两个缓冲区同步发送控制，保证两个缓冲区输出的SN相同；
(2)链路掉线超过LDTOV再恢复时，在HDLDR内不发包，使正常一路链路缓存数据清空；并使新回复一路链路中缓存充满数据；避免造成乱序；HDLDR≥端口数量*最低速率下最大帧长传输时间*缓冲区深度；
(3)从系统下发的数据同步写进缓冲区，有滞后SN端口情况向系统侧进行反压；
(4)控制生成SN。
优选的，控制生成SN的方法为：
(1)保证两个FC端口发出去的两个复制帧的SN相同；
(2)每个终端发送端口，针对每个DID单独控制SN生成；
(3)系统复位后从“0”开始，其它情况每发一帧就“+”1；
(4)对于广播和组播帧，每个目的DID都要“+”1；要求在每个节点都要维护整个网络的设备列表；
(5)DID空间不小于256。
优选的，序号检查模块的过滤规则为：
(1)接收范围为：[PSN“+”1,PSN“+”2]，PSN，本链路前一个正常接收帧SN，在此范围内的帧送给冗余剔除模块；同时记录SN不连续情况下缺失的SN，其中任一个FC端口收到缺失的SN也通过序号检查模块将该SN发送至冗余剔除模块；
(2)接收端复位、SN＝“0”或者链路掉线时间超过LDTOV时，IC检查接收所有到达的帧；
(3)丢弃不满足上述条件的帧，并统计上报。
优选的，冗余剔除模块进行重复帧的剔除的方法为：
(1)每个终端节点，除了自身节点外，为网络上的所有SID建立FIT；
(2)采用“先到接收，后到丢弃”的剔除策略，即ER模块对先收到的数据帧留用，对后收到的数据帧进行丢弃；
(3)采用FITS进行重复冗余帧剔除，FIT主要存储SID和交换ID(简称OXID)字段，共5B；FIT的深度为512；
(4)通过序号检查模块过滤的帧，将OXID与相应SID的FIT进行比对，如果FIT中已经有该信息，将该帧丢弃；否则将OXID信息存入FIT中；
5)FIT采用循环覆盖的方式更新，写满后重头开始覆盖，终端系统复位后清空FIT。
优选的，乱序重排模块的排序方法为：
(1)针对每个SID设置缓冲区，后来收到的帧按顺序填充到该缓冲区后上报；
(2)设置乱序重排超时时间阈值，超过时间或者帧个数的将放弃重排序，上报缓冲区的数据帧；
(3)针对每个SID设置跳跃SN表，并设置老化时间，收到对应SN的数据帧或者到达老化时间后清除该表项；
(4)重排序缓冲时间和缓存帧数可配置或关闭，兼顾重排序功能和延时特性。
优选的，当故障网络通道恢复后，发送端控制器主动控制在一段时间T内不发送数据帧，在该时间T内，另一正常网络通道中缓冲区将缓存数据传递清空，从而保证再次发送时,两个冗余网络的状态一致。
本发明具有如下优点：
1、本发明提出的双冗余FC网络传输系统，有效解决现有FC冗余网络方法中存在的丢帧、乱序等风险，对提高安全关键应用中FC网络的数据传输可靠性有明显的效果，能够提高整个网络的品质，避免由于数据传输错误可能造成的各种事故。
以上说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下：
附图说明
图1是现有冗余FC的应用示意图。
图2是本实施例中的发送端框图。
图3是本实施例中接收端框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采用的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实例，对依据本发明提出的一种双冗余FC网络传输系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提供一种双冗余FC网络传输系统，包括发送端和接收端。
请参阅图2，发送端包括发送端控制器，输入端与发送端控制器的输出端相连接的第一缓冲区，输入端与第一缓冲区的输出端相连接的第一FC端口，输入端与发送端控制器的输出端相连接的第二缓冲区，输入端与第二缓冲区的输出端相连接的第二FC端口，第一FC端口和第二FC端口的输出端均与接收端相连接；发送端还包括发送控制模块，发送控制模块的输入端分别与第一FC端口的输入端、第二FC端口的输入端相连接，发送控制模块的输出端分别与第一缓冲区、第二缓冲区、发送端控制器的输入端相连接。
第一缓冲区或第二缓冲区在接受发送端控制器下发的数据的同时还根据发送流控模块的控制向第一FC端口或第二FC端口发数，同时方便后续兼容双路独立功能，缓冲区的深度按照现有设计。
请参阅图3，接收端包括冗余剔除模块、乱序重排模块以及分别位于两个链路上的序号检查模块；两个冗余通道分别设计有第一序号检查模块和第二序号检查模块，第一序号检查模块的输入端与第一F C端口的输出端相连接，第二序号检查模块的输入端与第二FC端口的输出端相连接，第一序号检查模块和第二序号检查模块的输出端均与冗余剔除模块的输入端相连接，乱序重排模块的输入端与冗余剔除模块的输出端相连接。
发送端控制器将系统下发的数据帧同时发送给位于A链路上的第一缓冲区和位于B链路上的第二缓冲区；第一缓冲区将接收到的数据帧通过第一FC端口传递至接收端的第一序号检查模块，第二缓冲区将接收到的数据帧通过第二FC端口传递至第二序号检查模块。
若位于A链路上的第一FC端口发生堵塞，则第一FC端口向发送控制模块发出该端口堵塞的信号，发送控制模块在接收到该堵塞信号时向第一缓冲区发出不再向第一FC端口发送数据帧的命令，发送控制模块同时向发送端控制器发出当第一缓冲区装满时发送端控制器不再向第一缓冲区发送数据帧的命令。
若位于B链路上的第二FC端口发送堵塞，同理第二FC端口向发送控制模块发出该端口堵塞的信号，发送控制模块在接收到该堵塞信号时向第二缓冲区发出不再向第二FC端口发送数据帧的命令，发送控制模块同时向发送端控制器发出当第二缓冲区充满时发送端控制器不再向第二缓冲区发送数据帧的命令。
第一FC端口和第二FC端口均采用“先到接收，后到丢弃”的冗余策略，利用基于S_ID和D_ID的SN(下文简称序列号)进行帧顺序识别，从而实现第一FC端口和第二FC端口同时发送和接收数据。
按照通用方法，利用FC帧OXID字段作为SN，可用范围：0～65535，其中0表示终端设备(模块、板卡)复位后的第一帧，其它情况SN从1～65535每帧“1”循环，达到65535后回绕到1。
第一FC端口和第二FC端口除了(上述)标准规定的功能外，需要实现如下功能。
(1)链路掉线超时后线速发数，并回RDY，链路掉线的超时时间(简称LDTOV)可配置，可根据网络的规模和网络负载和节点数量计算和测试出LDTOV；
(2)链路掉线不超过LDTOV情况下，FC端口不清缓存，不发数据，继续反压，例如错误检测超时，根据网络的规模和网络负载和节点数量计算和测试出错误检测超时时间，即错误检测超时的时间比较短，不像链路超时时间一样长，出现错误检测超时FC端口亦不清缓存，不发数据，从而便于链路快速恢复。
发送控制模块主要实现如下功能：
(1)发送控制模块的发送端以滞后的FC端口的SN(序列号)端口为基准，即以发送慢的FC端口中为基准，对第一缓冲区和第二缓冲区同步发送控制，保证第一缓冲区和第二缓冲区输出的SN相同；
(2)链路掉线超过LDTOV再恢复时，压住一段时间HDLDR(即在掉线恢复后保持时间内)不发包，使正常一路链路缓存数据清空；并使新回复一路链路中缓存充满数据；避免造成乱序；HDLDR应该可配置，建议≥端口数量*最低速率下最大帧长传输时间*缓冲区深度，可根据速率配置自动匹配；
(3)从系统下发的数据同步写进缓冲区，有滞后SN端口情况向系统侧进行反压，即发送控制模块向发送端控制器和位于该掉线链路上的缓冲区进行反馈；
(4)控制生成SN，其控制的方法为：
1)保证两个FC端口发出去的两个复制帧的SN相同；
2)每个FC端口的发送端口，针对每个DID单独控制SN生成；
3)系统复位后从“0”开始，其它情况每发一帧就“+”1；
4)对于广播和组播帧，每个目的DID都要“+”1；要求在每个节点都要维护整个网络的设备列表；
5)DID空间不小于256。
第一序号检查模块和第二序号检查模块主要进行SN连续性的检测和过滤，其主要过滤规则为：
(1)一般情况下接收范围为：[PSN“+”1,PSN“+”2]，PSN(即前一个SN)，本链路前一个正常接收帧SN，在此范围内的帧送给冗余剔除模块；同时记录SN不连续情况下缺失的SN，A或B网络收到缺失的SN时也送给ER模块，即位于A或B网络上的FC端口收到缺失的SN也通过序号检查模块将该SN发送至冗余剔除模块；
(2)序号检查模块的接收端复位、SN＝“0”或者链路掉线时间超过LDTOV时，IC(即完整性检查)检查接收所有到达的帧；
(3)丢弃不满足上述条件的帧，并统计上报。
冗余剔除模块主要根据策略进行重复帧的剔除，主要方法如下：
(1)每个终端节点，除了自身节点外，为网络上的所有源地址(简称SID)建立帧信息表(简称FIT)；
(2)采用“先到接收，后到丢弃”的剔除策略，即ER模块对先收到的数据帧留用，对后收到的数据帧进行丢弃；
(3)采用帧信息表策略(简称FITS)进行重复冗余帧剔除，FIT主要存储SID和OXID字段，共5B；DPFIT(即FIT的深度)＝512；
(4)通过序号检查模块过滤的帧，将OXID与相应SID的FIT进行比对，如果FIT中已经有该信息，将该帧丢弃；否则将OXID信息存入FIT中；
(5)FIT采用循环覆盖的方式更新，写满后重头开始覆盖，终端系统复位后清空FIT。
乱序重排模块主要针对接收到的乱序帧重新排序并上报数据帧，其排序方法为：
(1)针对每个SID设置缓冲区，后来收到的帧按顺序填充到该缓冲区后上报；
(2)设置乱序重排超时时间阈值，超过时间或者帧个数的将放弃重排序，上报缓冲区的数据帧，超时时间阈值可根据系统应用的需求进行设定；
(3)针对每个SID设置跳跃SN表，并设置老化时间，收到对应SN的数据帧或者到达老化时间后清除该表项；
(4)重排序缓冲时间和缓存帧数可配置或关闭，兼顾重排序功能和延时特性。
本发明双冗余FC网络传输方法的网络通道故障恢复发送控制机制为：
故障网络通道恢复后，发送端控制器主动控制在一段时间T内不发送数据帧，在该时间T内，另一正常网络通道中缓冲区将缓存数据传递清空；该时间T可根据网络情况灵活配置；保证再次发送时,网络A、B两个冗余网络的状态一致；否则将造成接收乱序。
本发明双冗余FC网络传输方法的滞后基准发送控制机制为：
发送端控制器同时向A、B两个网络发送数据，并以传输延时大的网络为基准进行控制；否则，在A、B网络负载不均衡的情况下，链路传输延时差不收敛。
可配置的通道中间缓存清空时间：该时间定义为链路掉线超时时间(简称LDTOV)。链路问题导致链路掉线，链路掉线的时间达到LDTOV后可以清空通道中间的缓存，否则保持缓存内容，主要用于链路的快速恢复。该方法有别于常规的错误检测超时后马上清空缓存，延长链路恢复时间。
设计乱序重排机制，并设置可配置的乱序恢复时间，按照网络7层模型，乱序恢复一般由传输层实现，FC的一些标准要求链路层交付的数据包顺序和发送端的顺序相同，因此本发明在链路层设计乱序恢复机制；并为了某些时间敏感应用，设计可配置的乱序检测恢复时间，兼顾乱序重排和时间敏感传输应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：包括发送端和接收端；
发送端包括两个缓冲区，分别与两个缓冲区串联的两个FC端口，用于将系统下发的数据帧同时发送至两个缓冲区的发送端控制器；还包括当其中一个FC端口发生堵塞时用于接收该FC端口发出的堵塞信号的发送控制模块，发送控制模块接收到该堵塞信号后向与该FC端口串联的缓冲区发出不再向该堵塞的FC端口发送数据帧命令同时也向发送端控制器发出当与该FC端口串联的缓冲区装满时发送端控制器不再向该缓冲区发送数据帧的命令；
接收端包括分别用于接收两个FC端口传输的数据并对SN的连续性进行检测和过滤的序号检查模块，与序号检查模块相串联的进行重复帧的剔除的冗余剔除模块，与冗余剔除模块相串联的对接收到的乱序帧重新排序并上报数据帧的乱序重排模块；
发送控制模块的功能如下：
（1）发送控制模块的发送端以滞后的FC端口的SN端口为基准，对两个缓冲区同步发送控制，保证两个缓冲区输出的SN相同；
（2）链路掉线超过LDTOV再恢复时，在HDLDR内不发包，使正常一路链路缓存数据清空；并使新回复一路链路中缓存充满数据；避免造成乱序；HDLDR≥端口数量*最低速率下最大帧长传输时间*缓冲区深度；
（3）从系统下发的数据同步写进缓冲区，有滞后SN端口情况向系统侧进行反压；
（4）控制生成SN。
2.根据权利要求1所述的一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：FC端口采用“先到接收，后到丢弃”的冗余策略，利用基于SID和DID的SN进行帧顺序识别，从而实现两个FC端口同时发送和接收数据。
3.根据权利要求1所述的一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：发送端控制器同时向两个缓冲区所在的网络发送数据，并以传输延时大的网络为基准进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：其中一个链路掉线时，链路掉线的时间达到LDTOV后清空通道中间的缓存，否则保持缓存内容。
5.根据权利要求1所述的一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：控制生成SN的方法为：
（1）保证两个FC端口发出去的两个复制帧的SN相同；
（2）每个终端发送端口，针对每个DID单独控制SN生成；
（3）系统复位后从“0”开始，其它情况每发一帧就“+”1；
（4）对于广播和组播帧，每个目的DID都要“+”1；要求在每个节点都要维护整个网络的设备列表；
（5）DID空间不小于256。
6.根据权利要求1所述的一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：序号检查模块的过滤规则为：
（1）接收范围为：[PSN“+”1,PSN“+”2]，PSN，本链路前一个正常接收帧SN，在此范围内的帧送给冗余剔除模块；同时记录SN不连续情况下缺失的SN，其中任一个FC端口收到缺失的SN也通过序号检查模块将该SN发送至冗余剔除模块；
（2）接收端复位、SN=“0”或者链路掉线时间超过LDTOV时，IC检查接收所有到达的帧；
（3）丢弃不满足上述条件的帧，并统计上报。
7.根据权利要求1所述的一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：冗余剔除模块进行重复帧的剔除的方法为：
（1）每个终端节点，除了自身节点外，为网络上的所有SID建立FIT；
（2）采用“先到接收，后到丢弃”的剔除策略，即ER模块对先收到的数据帧留用，对后收到的数据帧进行丢弃；
（3）采用FITS进行重复冗余帧剔除，FIT主要存储SID和交换ID（简称OXID）字段，共5B；FIT的深度为512；
（4）通过序号检查模块过滤的帧，将OXID与相应SID的FIT进行比对，如果FIT中已经有该信息，将该帧丢弃；否则将OXID信息存入FIT中；
（ 5）FIT采用循环覆盖的方式更新，写满后重头开始覆盖，终端系统复位后清空FIT。
8.根据权利要求1所述的一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：乱序重排模块的排序方法为：
（1）针对每个SID设置缓冲区，后来收到的帧按顺序填充到该缓冲区后上报；
（2）设置乱序重排超时时间阈值，超过时间或者帧个数的将放弃重排序，上报缓冲区的数据帧；
（3）针对每个SID设置跳跃SN表，并设置老化时间，收到对应SN的数据帧或者到达老化时间后清除该表项；
（4）重排序缓冲时间和缓存帧数可配置或关闭，兼顾重排序功能和延时特性。
9.根据权利要求1所述的一种双冗余FC网络传输系统，其特征在于：当故障网络通道恢复后，发送端控制器主动控制在一段时间T内不发送数据帧，在该时间T内，另一正常网络通道中缓冲区将缓存数据传递清空，从而保证再次发送时,两个冗余网络的状态一致。
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