WO2020117094A2 - Система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени - Google Patents
Система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020117094A2 WO2020117094A2 PCT/RU2019/000837 RU2019000837W WO2020117094A2 WO 2020117094 A2 WO2020117094 A2 WO 2020117094A2 RU 2019000837 W RU2019000837 W RU 2019000837W WO 2020117094 A2 WO2020117094 A2 WO 2020117094A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- optical
- network
- multiplexer
- real
- output
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J14/00—Optical multiplex systems
- H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
- H04J14/0227—Operation, administration, maintenance or provisioning [OAMP] of WDM networks, e.g. media access, routing or wavelength allocation
- H04J14/0241—Wavelength allocation for communications one-to-one, e.g. unicasting wavelengths
- H04J14/0242—Wavelength allocation for communications one-to-one, e.g. unicasting wavelengths in WDM-PON
- H04J14/0249—Wavelength allocation for communications one-to-one, e.g. unicasting wavelengths in WDM-PON for upstream transmission, e.g. ONU-to-OLT or ONU-to-ONU
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J14/00—Optical multiplex systems
- H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
- H04J14/0278—WDM optical network architectures
Definitions
- Real-time information transmission system based on a fully optical spectrally-compacted on-board real-time network
- the invention relates to the field of information transfer in the form of packets, without switching channels, with the organization of distributed memory between terminal systems, the possibility of dynamic reconfiguration and can be used in various fields of science and technology for transmitting information messages between electronic devices of various degrees of intelligence to ensure a guaranteed time delivery and increased reliability under conditions of dynamically changing traffic in especially critical control systems operating in real time, in particular, the present invention can be used on board an aircraft.
- the operation of which delays the transmission of data - on the input port of the switch, the messages are checked for integrity, belonging to the number of configured channels, as well as for compliance with the intensity reserved for the virtual channel, and if an error is detected or the intensity quota is violated in case of a malfunction of the node connected to the input port, the flow is thinned out, all this loss of time and loss of information;
- the well-known "Bidirectional data line between multiple data sources and a data processing unit on the avionics platform” (US patent N ° 8032032 ⁇ 2 of 11/14/2008), containing an array of pairs of optical transmitters / receivers connected to the platform's integrated network.
- the data modules are connected to some of the data sources and include a receiver for detecting control data and a modulator for modulating the light signal in accordance with the signals from the data sources of the module.
- At least one optical fiber connects the pair of optical transmitters / receivers of the array and the corresponding data module.
- a radiation source associated with each transmitter delivers a light signal with control data to the corresponding data module downstream of the optical fiber.
- the light signal is modulated by signals from the data module, while the modulated light signal is returned to the array of receivers upstream of the optical fiber.
- the disadvantages of this analogue include the use of a switch, which leads to time delays, and in some cases, loss of information, as well as the fact that the line indicated in the analogue data transmission can operate in one or more ranges selected from among 850 Nm, 980 Nm, 1300 Nm and 1500 Nm.
- the technical result of the invention is to increase the reliability of the exchange of information between on-board systems in real time with guaranteed message delivery, as well as the implementation of the reconfiguration of the complex of on-board equipment in case of failures, which leads to increased flight safety.
- the real-time information transmission system based on a fully optical spectrally-densified real-time on-board network contains at least two computing modules in which software applications, an optical communication line, an optical multiplexer and an optical demultiplexer operate and characterized in that the computing module is connected via a system interface bus with a spectral network terminal containing transmitting and receiving optical modules.
- the transmitting optical module consists of a transmitting controller, at least one optical transmitter, an optical multiplexer, and the receiving optical module consists of a receiving controller, at least one optical receiver and an optical demultiplexer, also a real-time information transmission system based on a fully optical spectral sealed on-board real-time network contains a network spectral multiplexer, consisting of a network optical multiplexer and an optical splitter, and the transmitting controller, in which the output memory region and the output ring buffer are organized, is connected in series with each optical transmitter and optical multiplexer by its output.
- the output of the optical multiplexer is connected in series with the network optical multiplexer, the optical splitter of the network spectral multiplexer, and the output of the network spectral multiplexer is connected with the optical demultiplexer of the receiving optical module, the output of which is connected in series with at least one optical receiver, the receiving controller, in which the memory area and an input ring buffer, the receiving controller being connected to the computing module.
- each receiving and transmitting controller receives control signals from the computing module via the system interface bus, and the output of each transmitting controller is connected to the inputs of the optical transmitter and optical multiplexer by a communication line through which the control signals are transmitted, and the output of each receiving controller is connected to the inputs of the optical receiver and an optical demultiplexer, a communication line through which control signals are transmitted.
- FIG. 1 Block diagram of a real-time information transmission system based on a fully optical spectrally-densified real-time on-board network.
- FIG. 1 In FIG. 1 are presented:
- 5 is a network spectral multiplexer, forming a common informational optical spectrally-compressed data stream lo from many separate private informational optical spectrally-compressed data streams generated by each on-board system.
- FIG. 2 is a block diagram of a spectral network terminal.
- FIG. 3 Block diagram of the implementation of the spectral network multiplexer.
- the first group includes the total number of software applications transmitting information 1 about
- the second group includes the total number of software applications receiving information 1 wp (in general, l inp ⁇ l out ).
- a spectrally-densified channel group is defined as:
- the first approach is based on a pre-selected ready-made component base of a real-time information transmission system, namely, on selected transmitting optical modules corresponding, for example, to a spectrally densified channel group l A 0H ⁇ , as well as on optical multiplexers forming a spectrally densified stream for each an on-board system, for example, A o , and combining them into a common channel, with spectrally densifying all output channels from each on-board system:
- the second approach is based on the ability to programmatically configure each group of optical components in each component of the BWC to its own output group of wavelengths (for example, l N 0M ,). This means that for implementation it is necessary that at the level of the device responsible for the formation of the optical signal (transmitter), it is possible to programmatically control the value of the output optical wavelength.
- the first approach has a real technological, component base.
- the second approach more promising, but at this stage is significantly limited due to the inability to make settings for all wavelength ranges required to cover the entire set of output channels out , with large quantities of X about .
- the total number of input l i ⁇ hr is determined in the MTR of each onboard BWC system.
- Three approaches are possible to determine X, pr - channels: - the first approach is based on the reception of the entire set of l-channels of each MTR, and in this case but this approach requires high costs for the component base;
- the second approach is based on a pre-selected ready-made component base of the optical network, namely, an optical demultiplexer that receives and demultiplexes a spectrally-densified channel l ° oii ⁇ with the output of a group of individual optical l 1hr channels necessary for the operation of this system (for example, l k ⁇ hr )
- the third approach is based on the ability to programmatically configure each group of optical components, in each component of the BWC, to its own input group of wavelengths (for example, l A ⁇ hr ). This is ensured by the ability to programmatically control the reception of the value of the input optical wavelength at the level of the receiver of the optical signal (receiver).
- the second approach is for implementation.
- the present invention uses a fully optical on-board information exchange network based on the technology of wavelength division multiplexing (WDM), and at the information level, Distributed Shared Memory (DSM), using which each calculator The system provides copies of the memory of all other calculators.
- WDM wavelength division multiplexing
- DSM Distributed Shared Memory
- Wavelength Division Multiplexing allows information to be transmitted over multiple independent channels, on optical waves of different lengths, over a single optical fiber.
- the general logic of the real-time information transmission system based on a fully optical spectrally-densified on-board real-time network is explained below (Fig. 1).
- Each of the many software applications of the on-board systems 1 forming the output data V out is associated with one fixed wavelength l ⁇ over which this software application will transmit information, and the memory region M ° ut of the transmitting controller 11 (Fig. 2) CCO 3 for this software application, i.e. M ° ut ⁇ .
- Each MTR 3 is a spectral network device and provides access to the BWC to the information transmission system according to the principle of distributed memory (DSM-memory) and consists of a transmitting optical module (POM) 10, which includes: a transmitting controller 11, an optical transmitter 12, an optical multiplexer 13, as well as from the receiving optical module (PROM) 6, which includes: the receiving controller 7, the optical receiver 8, the optical demultiplexer 9.
- POM transmitting optical module
- PROM optical module
- Each CCO 3 is connected via the system interface bus to the computing module 2.
- Each transmitting controller 11 performs the formation of a data packet for transmission, encoding a data packet, transferring a data packet to the output memory area, constructed on the basis of the FIFO ring buffer (first in - first out, first-in-first-out).
- the transmitting optical module 10 of the spectral network terminal 3 splits the message into frames, performs the necessary encoding of the output message, and sequentially transfers the received frames to the output ring buffer based on FIFO F ° ut installed in the POM controller 11 10.
- Serial code output from the transmitter F ° ut ring buffer controller 11 is transferred to optical transmitter 12, forming an optical signal l ,, and through it performs cyclic data transmission on the corresponding output optical path of X.
- This optical signal is fed to an optical multiplexer 13, which includes l, in the private spectrally-multiplexed optical channel l of this on-board system formed by it.
- the ring buffer F ° ut cyclically transmits the received message to the optical channel l until the moment of information change.
- the optical channel l from the output of the optical multiplexer 13 goes to the input of the optical amplifier 14 of the spectral network multiplexer (CCM) 5.
- CCM 5 consists of: optical amplifiers 14, a network optical multiplexer 15, an optical splitter (splitter) 16.
- CCM 5 of all the input of private optical channels forms a general informational optical spectrally-compressed data stream - l °.
- channel l ⁇ data is supplied to all optical demultiplexers 9 of all onboard systems 1 of the BWC.
- Each receiving controller 7 decodes the input data packet, verifies the accuracy of the received information, generates a packet of received data, which fits into the memory area of the receiving controller 7 for transmission to the software application of computing module 2.
- the received data packet is defined as a message M ⁇ pr ⁇ .
- CCM 5 receives private spectrally densified optical output channels from each CCO 3, each on-board system 1.
- FIG. 3 shows channels starting with 8) for l ⁇ 7 64 y.
- the input optical channels pass through the optical amplifiers 14 and go to the optical multiplexer 15.
- a common informational optical spectrally-compressed data stream is formed - l ° ( ⁇ ... 64) .
- the stream l ° ( ⁇ ... 64) is multiplied into eight lines (a special case, the number of output optical channels of the splitter 16 is determined by the structure of the real-time information transmission system), by which information is transmitted to the MTR 3 of computing modules 2 airborne systems 1 CCD.
- CX control signals provide the ability to configure the operation of optical receivers 8, optical transmitters 11, optical multiplexer 12 and optical demultiplexer 9 to work with different wavelengths li circulating in a real-time information transmission system.
- the need to tune the optical components of CCO 3 at different wavelengths is determined by: - a limited number of wavelengths used in spectral multiplexing (this figure ranges from 96 to 128, although there are publications reporting work with 256 wavelengths);
- Each POM 10 of each MTR 3, depending on the state, is controlled by a vector:
- the permissible set of CCCO control vectors form a control matrix for the formation of the output channels of optical transmitters 8 (transmitters), each row of which determines one of the possible sets of optical wavelengths for one of the MCO 3 of the computing module of the onboard system included in the BWC.
- control vector of the transmitting optical module is additionally introduced:
- the logic of the MTR 3 will be as follows (Fig. 3).
- the number of optical transmitters 12 in each MTR 3 consists of two groups:
- T CCO the total number of optical transmitters in each MTR
- T CCO - a basic set of optical transmitters in each MTR
- the total number of optical transmitters 12 in the complex under consideration is respectively equal to:
- the total number of channels l k in the real-time information transmission system can be formed as:
- a list of redundant optical transmitters 12 is formed, which should compensate for the failed channels.
- a list of conditionally redundant optical transmitters 12 is formed, which should compensate for the failed channels.
- the real-time information transmission system thus formed is free from a number of disadvantages: - information exchange between on-board systems is carried out in real time with guaranteed message delivery due to the use of spectral network terminals and a spectral network multiplexer in the proposed invention, forming a spectrally-densified stream that combines l-channels;
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области передачи информации. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности при выполнении обмена информацией между бортовыми системами в режиме реального времени, а также при реализации процедуры реконфигурации комплекса бортового оборудования при отказах. Система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотненной бортовой сети реального времени содержит линию оптической связи, бортовые системы (1), входящие в комплекс бортового оборудования (КБО) и включающие по меньшей мере два вычислительных модуля бортовых систем (2), соединенные по системной интерфейсной шине со спектральным сетевым оконечником (3), который содержит принимающий и передающий оптические модули. Передающий оптический модуль (10) состоит из передающего контроллера (11), по меньшей мере одного оптического передатчика (12), оптического мультиплексора (13), а принимающий оптический модуль (6) состоит из принимающего контроллера (7), по меньшей мере одного оптического приемника (8) и оптического демультиплексора (9). Также система передачи информации в реальном времени содержит сетевой спектральный мультиплексор (5), состоящий из оптических усилителей (14), сетевого оптического мультиплексора (15) и оптического разветвителя (16).
Description
Система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени
Изобретение относится к области передачи информации в виде пакетов, без коммутации каналов, с организацией между оконечными системами распределённой памяти, возможностью проведения динамической реконфигурации и может быть использовано в различных областях науки и техники для передачи информационных сообщений между электронными устройствами различной степени интеллекта для обеспечения гарантированного времени доставки и повышенной надежности условиях динамически изменяющегося трафика в особо ответственных системах управления, работающих в режиме реального времени, в частности, предлагаемое изобретение может быть использовано на борту летательного аппарата.
Так известен «Способ передачи информации в реальном времени с использованием локальных сетей ограниченного размера на базе модификации протокола FC-AE-ASM» (патент РФ N° 2536659, дата приоритета от 01.07.2013). При реализации способа определяют количество необходимых оконечных станций и коммутаторов с определением необходимой топологии связи между ними, определяют количество и приоритеты виртуальных каналов и их топологии, накладываемых на физическую топологию сети, с относительно равномерным потоком сообщений по каждому виртуальному каналу. Интенсивность и равномерность передачи по каждому виртуальному каналу задают в терминах максимального размера сообщения, идущего по
каналу, и длительности скользящего интервала времени, в течение которого допускается либо одно, либо два сообщения, с предварительным расчетом времени доставки сообщений по различным виртуальным каналам, сформированным с возможностью удовлетворять заданным требованиям по своей величине. Конфигурируют сеть, сообщая узлам перечень и характеристики затрагивающих их виртуальных каналов, а коммутаторам сообщая дополнительно таблицы маршрутизации. Дополнительно используют физическое удвоение числа коммутаторов и линий связи и синхронизацию при приеме на оконечных станциях дубликатов сообщений, приходящих по дублирующим физическим каналам за счет нумерации сообщений индивидуально на каждом виртуальном канале.
К недостаткам известного способа относятся:
- необходимость заблаговременного определения приоритетов виртуальных каналов и их топологии, накладываемых на физическую топологию сети;
- вычисление, по специальному алгоритму, обеспечиваемого времени доставки сообщений по различным виртуальным каналам и сравнение его с требованиями по этим параметрам. При неудовлетворении требований должен происходить либо пересмотр проектируемой сети, либо понижение требований;
- выравнивание по времени (или сглаживание) исходящих потоков, т.е. их приведение к требуемому равномерному виду;
- планирование отправки сообщения, состоящее в арбитраже между конкурирующими виртуальными каналами, у которых есть сообщения, подготовленные соответствующими регуляторами к отправке, для помещения выбранного сообщения в передатчик;
- применение коммутатора, работа которого вносит задержки в передачу данных:
- на входном порту коммутатора сообщения подвергают контролю по целостности, принадлежности к числу сконфигурированных каналов, а также по соблюдению зарезервированной за виртуальным каналом интенсивности, а при обнаружении ошибки или нарушении квоты интенсивности в случае неисправности подключенного к входному порту узла осуществляют прореживание потока, все это приводит к потере времени и потере информации;
- маршрутизация сообщения на выходной порт (или выходные порты в случае наличия нескольких приемников у виртуального канала) приводит потеря времени.
Известна «Двунаправленная линия передачи данных между несколькими источниками данных и узлом обработки данных на платформе авионики» (патент США N° 8032032В2 от 14.11.2008), содержащая массив пар оптических передатчиков/приемников соединенных с интегрирующей сетью платформы. Модули данных соединены с некоторыми из источников данных и включают в себя приемник для обнаружения управляющих данных и модулятор для модуляции светового сигнала в соответствии с сигналами из источников данных модуля. По меньшей мере одно оптическое волокно соединяет пару оптических передатчиков/приемников массива и соответствующим модулем данных. Источник излучения, связанный с каждым передатчиком, подает световой сигнал с данными управления в соответствующий модуль данных ниже по потоку по оптическому волокну. Световой сигнал модулируется сигналами от модуля данных, при этом смодулированный световой сигнал возвращается в массив приемников выше по потоку по оптическому волокну.
К недостаткам указанного аналога можно отнести применение коммутатора, что приводит к временным задержкам, а в некоторых случаях и потери информации, а также то, что указанная в аналоге линия
передачи данных может работать в одном или нескольких диапазонах, выбранных из числа 850 Нм, 980 Нм, 1300 Нм и 1500 Нм.
Известен Международный стандарт SAE AS5659-2, в котором определены требования к организации бортовой сети базе технологии WDM и задач их применения в оборонных и аэрокосмических приложениях.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надёжности при выполнении обмена информации между бортовыми системами в режиме реального времени с гарантированной доставкой сообщений, а также при реализации процедуры реконфигурации комплекса бортового оборудования при отказах, что приводит к повышению безопасности полета.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени содержит по меньшей мере два вычислительных модуля, в которых функционируют программные приложения, оптическую линию связи, оптический мультиплексор и оптический демультиплексор и отличается тем, что вычислительный модуль, связан по системной интерфейсной шине со спектральным сетевым оконечником, содержащим передающий и принимающий оптические модули. Передающий оптический модуль состоит из передающего контроллера, по меньшей мере одного оптического передатчика, оптического мультиплексора, а принимающий оптический модуль состоит из принимающего контроллера, по меньшей мере одного оптического приемника и оптического демультиплексора, также система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени содержит сетевой спектральный мультиплексор, состоящий из сетевого оптического мультиплексора и оптического разветвителя, причем
передающий контроллер, в котором организована выходная область памяти и выходной кольцевой буфер, своим выходом последовательно связан с каждым оптическим передатчиком и оптическим мультиплексором. Выход оптического мультиплексора последовательно связан с сетевым оптическим мультиплексором, оптическим разветвителем сетевого спектрального мультиплексора, а выход сетевого спектрального мультиплексора связан с оптическим демультиплексором принимающего оптического модуля, выход которого связан последовательно с по меньшей мере одним оптическим приемником, принимающим контроллером, в котором организована область памяти и входной кольцевой буфер, причем принимающий контроллер связан с вычислительным модулем.
На вход каждого принимающего и передающего контроллера поступают сигналы управления от вычислительного модуля по системной интерфейсной шине, причем выход каждого передающего контроллера соединен с входами оптического передатчика и оптического мультиплексора линией связи, по которой передаются сигналы управления, а выход каждого принимающего контроллера соединен с входами оптического приемника и оптического демультиплексора линией связи, по которой передаются сигналы управления.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - Структурная схема системы передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально- уплотнённой бортовой сети реального времени.
На фиг. 1 представлены:
1 - бортовые системы, входящие в комплекс бортового оборудования (КБО);
2 - вычислительные модули бортовых систем (количество определяется структурой бортового комплекса), в рамках которого функционируют программные приложения;
3 - спектральные сетевые оконечники;
4 - датчики, представляющие множество элементов бортового комплекса, реализующие отдельные функциональные задачи по управлению или/и контролю за самолетными системами, в отличии от бортовых систем имеет только одну оптическую длину волны lд для связи с другими бортовыми системами или датчиками;
5 - сетевой спектральный мультиплексор, формирующий общий информационный оптический спектрально-уплотнённый поток данных lo из множества отдельных частных информационный оптический спектрально-уплотнённый потоков данных, сформированных каждой бортовой системой.
Фиг. 2 - Структурная схема спектрального сетевого оконечника.
На фиг. 2 представлены:
6 - принимающий оптический модуль;
7 - принимающий контроллер;
8 - оптический приемник;
9 - оптический демультиплексор;
10 - передающий оптический модуль;
11 - передающий контроллер;
12 - оптический передатчик;
13 - оптический мультиплексор.
Фиг. 3 - Структурная схема реализации спектрального сетевого мультиплексора.
На фиг. 3 представлены:
14 - оптический усилитель;
15 - сетевой оптический мультиплексор;
16 - оптический разветвитель (сплиттер).
При проектировании системы передачи информации в реальном времени для летательного аппарата необходимо заранее сформировать
перечень всех бортовых систем 1 комплекса бортового оборудования (КБО), участвующих в обменных операциях и подключаемых к системе передачи информации в режиме реального времени.
Далее формируют перечень программных приложений, функционирующих в каждом из вычислительных модулей 2 бортовых систем из состава КБО, участвующих в обмене информации, с разделением их на две группы: первая группа включает общее количество программных приложений передающих информацию 1о , вторая группа включает общее количество программных приложений, принимающих информацию 1шр (в общем случае linp< lout).
После формируют общий перечень программных приложений, передающих информацию по всему КБО - Lout.
На основании сформированных ранее перечней устанавливают истинность соотношения Lout < l, где l - максимальное число спектрально- уплотнённых каналов в оптической сети системы передачи информации в режиме реального времени. В случае, если соотношение Lout < l° истинно, то переходят к установлению соответствия (распределению) между конкретными 1о (отдельных систем) и l. Если соотношение Lout < l° ложно, то переходят к временному уплотнению, которое заключается в сборке сообщений от различных программных приложений, функционирующих в вычислительных модулях бортовых систем из состава, КБО в последовательность передаваемых данных по одному l-каналу.
В спектральном сетевом оконечнике (ССО) 3 каждой бортовой системы КБО определяют суммарное количество выходных l-каналов. Например, для бортовой системы А спектрально-уплотнённая группа каналов определяется как:
Первый подход базируется на заранее подобранной готовой компонентной базе системы передачи информации в реальном времени, а именно на подобранных передающих оптических модулях соответствующих, например, спектрально-уплотненной группе каналов lA 0Hί, а также на оптических мультиплексорах, формирующих спектрально- уплотнённый поток как для каждой бортовой системы например А о , так и объединяющих в общий канал, со спектрально уплотнением всех выходных каналов от каждой бортовой системы:
Второй подход базируется на возможности программной настройки каждой группы оптических компонент в каждой составной части КБО на собственную выходную группу длин волн (например, lN 0M,). Это значит, что для реализации необходимо, чтобы на уровне устройства, отвечающего за формирование оптического сигнала (трансмиттера), имелась возможность программного управления значением выходной оптической длины волны.
Первый подход имеет реальную технологическую, компонентную базу. Второй подход, более перспективный, но на данном этапе существенно ограничен из-за невозможности произвести настройки по всем диапазонам длин волн требуемого для покрытия всего множества выходных каналов out, при больших количествах Хо .
Далее определяют в ССО каждой бортовой системы КБО суммарное количество входных li ίhr, со своим набором длин волн, свойственному только для данной оконечной системе, данной составной части КБО и данному перечню программных приложений. Возможны три подхода определению Х,пр- каналов:
- первый подход базируется на приёме всего множества l- каналов каждого ССО и в этом случае
но данный подход требует больших затрат по компонентной базе;
- второй подход базируется на заранее подобранной готовой компонентной базе оптической сети, а именно оптического демультиплексора, принимающего и демультиплексирующего спектрально-уплотнённый канал l°oiiί с получением на своем выходе группы отдельных оптических l1hr каналов, необходимых для работы данной системы (например, lk ίhr)
- третий подход базируется на возможности программной настройки каждой группы оптических компонент, в каждой составной части КБО, на собственную входную группу длин волн (например, lA ίhr). Что обеспечивается возможностью программного управления приема значением входной оптической длины волны, на уровне приёмника оптического сигнала (ресивера).
Г отовым для реализации является второй подход.
На физическом уровне в предлагаемом изобретении используется полностью оптическая бортовая информационная сеть обмена на базе технологии спектрального уплотнения оптических каналов (WDM - wavelength-division multiplexing), а на информационном уровне - распределенная общая память (DSM - Distributed Shared Memory), при использовании которой каждому вычислителю системы предоставляются копии памяти всех остальных вычислителей.
Спектральное мультиплексирование с разделением по длинам волны (WDM) позволяет передавать информацию по множества независимых каналов, на оптических волнах разной длины, по одному оптическому волокну.
Общая логика работы системы передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени поясняется далее (фиг. 1).
Предлагаемая система передачи информации в реальном времени обладает суммарным количеством длин оптических волн l*, способных мультиплексироваться в единый канал l°= ulh. Каждому из множеств программных приложений бортовых систем 1, формирующих выходные данные Vout ставится в соответствие одна фиксированная длина волны lί по которой данное программное приложение будет передавать информацию, и область памяти M°ut передающего контроллера 11 (фиг. 2) ССО 3 для данного программного приложения, то есть
M°ut}. Любое программное приложение любого вычислительного модуля 2 бортовой системы 1, готовое к передаче информации, осуществляет передачу сформированных сообщений в область памяти M°ut передающего контроллера 11 ССО 3.
Каждый ССО 3 представляет собой спектральное сетевое устройство и обеспечивает доступ КБО к системе передачи информации по принципу распределённой памяти (DSM- памяти) и состоит из передающего оптического модуля (ПОМ) 10, включающего в себя: передающий контроллер 11, оптический передатчик 12, оптический мультиплексор 13, а также из принимающего оптического модуля (ПрОМ) 6, включающего в себя: принимающий контроллер 7, оптический приемник 8, оптический демультиплексор 9. Каждый ССО 3 по системной интерфейсной шине связан с вычислительным модулем 2.
Каждый передающий контроллер 11 осуществляет формирование пакета данных для передачи, кодирование пакета данных, передачу пакета данных в выходную область памяти, построенную по принципу кольцевого буфера FIFO (англ first in - first out, «первым пришёл - первым вышел»).
Передающий оптический модуль 10 спектрального сетевого оконечника 3 осуществляет разбивку сообщения на кадры, производит необходимую кодировку выходного сообщения и последовательно передаёт полученные кадры в выходной кольцевой буфер на базе FIFO
F°ut, установленный в контроллере 11 ПОМ 10. Кольцевой буфер на базе FIFO F°ut на фиг. не представлен.
Последовательный код с выхода кольцевого буфера F°ut передающего контроллера 11 передаётся на оптический передатчик 12, формирующий оптический сигнал l,, и через него осуществляет циклическую передачу данных по соответствующему выходному оптическому Хо каналу.
Данный оптический сигнал поступает на оптический мультиплексор 13, который включает l, в формируемый им частный спектрально-уплотнённый оптический канал l данной бортовой системы. Кольцевой буфер F°ut циклически передает полученное сообщение в оптический канал l до момента смены информации.
Оптический канал l с выхода оптического мультиплексора 13 поступает на вход оптического усилителя 14 спектрального сетевого мультиплексора (ССМ) 5. ССМ 5 состоит из: оптических усилителей 14, сетевого оптического мультиплексора 15, оптического разветвителя (сплиттера) 16. ССМ 5 из всех приходящих ему на вход частных оптических каналов формирует общий информационный оптический спектрально-уплотнённый поток данных - l°. В составе Х° данные канала lί поступают на все оптические демультиплексоры 9 всех бортовых систем 1 КБО. Оптический демультиплексор 9, входящий в состав ПрОМ 6 спектрального сетевого оконечника 3, в зависимости от настроек может либо формировать на своём выходе полный набор оптических сигналов, входящих в единый канал l°= ulh, то есть все n-длин волн, либо производить выборочный приём группы l, на которые настроен данный оптический демультиплексор 9. Далее в случае прохождения l} через демультиплексор 9 происходит преобразование оптического сигнала в цифровой, его декодирование, формирование кадра и ввод кадра во входной кольцевой буфер FIFO - F- np принимающего контроллера 7.
Каждый принимающий контроллер 7 осуществляет декодирование входного пакета данных, контроль правильности принятой информации, формирование пакета принятых данных, который укладывается в область памяти принимающего контроллера 7 для передачи в программное приложение вычислительного модуля 2. Для программного приложения принимаемый пакет данных определяется как сообщение
М· пр } .
Пример функционирования ССМ 5 представлен на примере ниже (фиг. 3). ССМ 5 осуществляет прием частных спектрально-уплотнённых оптических выходных каналов от каждого ССО 3, каждой бортовой системы 1. На фиг. 3 представлены каналы, начиная с
8) по l^7 64у Далее входные оптические каналы проходят через оптические усилители 14 и поступают на оптический мультиплексор 15. На выходе последнего формируется общий информационный оптический спектрально- уплотнённый поток данных - l°(ΐ ...64). Далее посредством оптического разветвителя 16 происходит размножение потока l°(ΐ ...64) на восемь линий (частный случай, количество выходных оптических каналов разветвителя 16 определяется структурой системы передачи информации в реальном времени), по которым информация передаётся в ССО 3 вычислительных модулей 2 бортовых систем 1 КБО.
В добавление к описанной логике работы ССО 3 ниже приведено назначение управляющих сигналов СХ. Данные сигналы обеспечивают возможность настройки работы оптических приемников 8, оптических передатчиков 11, оптического мультиплексора 12 и оптического демультиплексора 9 на работу с различными длинами волн li, циркулирующих в системе передачи информации в реальном времени. Необходимость настройки оптических компонент ССО 3 на различные длины волн определяется:
- ограниченным количеством длин волн, используемых при спектральном уплотнении (эта цифра колеблется от 96 до 128, хотя есть публикации, где сообщается о работе с 256 длинами волн);
- особенностями режима динамической реконфигурации бортовых систем КБО при отказах.
Каждый ПОМ 10 каждого ССО 3 в зависимости от состояния управляется вектором:
Г«т _ f/'' TI З Г Тп -»
ССО out
out... '-'Л out/ 5
где: Ol XI out - сигнал управления первым оптическим передатчиком
12;
OlTh oui - сигнал управления «-оптическим передатчиком 12.
Так как каждый компонент вектора управления ССО 3 определяет выходную длину волны lί для данного одного из выходного l-канала, то для данного вектора недопустимо равенство значений его компонент. Также необходимо соблюдать требование, чтобы пересечение (логическое «И») множеств векторов управления, передающих компонент различных ССО 3, было пустым:
п3 ст = 0
где g - количество ССО.
Несоблюдение данного требования приведёт нарушению режима работы спектрального уплотнения.
Допустимое множество управляющих векторов Сссо образуют матрицу управления формирования выходными каналами оптических передатчиков 8 (трансмиттеров), каждая строка которой определяет один из возможных наборов оптических длин волн для одного из ССО 3 вычислительного модуля бортовой системы, входящей в КБО.
Соответственно для передающего оптического модуля дополнительно вводится вектор управления передающего оптического модуля:
где
- сигнал управления оптическим первым оптическим приемником 8;
На данный вектор распространяются те же ограничения:
где g - количество ССО.
Логика работы ССО 3 будет следующей (фиг. 3). Количество оптических передатчиков 12 в каждом ССО 3 складывается из двух групп:
Т = т’Ь I 'гг
1 ССО 1 ССО ~ 1 ССО
где:
Тссо- общее число оптических передатчиков в каждом ССО;
Тссо - базовый набор оптических передатчиков в каждом ССО;
Тсс о избыточные (redundancy) оптические передатчики в каждом
ССО.
Суммарное количество оптических передатчиков 12 в рассматриваемом комплексе соответственно равно:
где s - число бортовых систем 1 в КБО.
Общее число каналов lk в системе передачи информации в реальном времени может быть сформировано как:
С избыточностью: lk = Т со - в этом случае к необходимому количеству каналов прибавляется дополнительная группа
- в этом случае число каналов равно базовому, существующему, заложенному количеству оптических каналов.
Соблюдение принципа открытости архитектуры КБО требует, чтобы значение S бралось с запасом для возможности наращивания компонент КБО.
Благодаря предложенной архитектуре системы передачи информации в реальном времени в полностью оптической спектрально- уплотнённой бортовой сети реального времени с избыточностью становится возможной динамическая реконфигурация по сетевым каналам
которая осуществляется следующим образом:
1. По определённому перечню отказавшего оборудования формируется список l, привязанных к отказавшему оборудованию.
2. Формируется перечень избыточных оптических передатчиков 12, которые должны компенсировать отказавшие каналы.
3. Формируется вектор
и происходит:
блокировка оптических передатчиков 12 в отказном оборудовании;
- перенастройка оптических передатчиков 12.
4. Формируется вектор
и происходит:
- блокировка оптических приемников 8 в отказном оборудовании;
- перенастройка оптических приемников 8.
Соответствующим образом происходит реконфигурация программных приложений и DSM памяти, с которыми работают соответствующие программные приложения.
Логика динамической реконфигурации бортового оборудования с формально отсутствующей избыточностью (lk =
Тссо) возможна, если допускается работа с «условной» избыточностью. Под «условной» избыточностью понимается тот ресурс КБО (вычислительные, сетевые и пр.), которые могут быть освобождены от выполнения своих функций без ущерба жизненно важным функциям управления летательного аппарата (ЛА). Логика динамической реконфигурации бортового оборудования в сети со спектральным уплотнением с избыточностью по сетевым каналам l-cco), проходит следующим образом:
1. По определённому перечню отказавшего оборудования формируется список l, привязанных к отказавшему оборудованию.
2. Формируется перечень условно избыточных оптических передатчиков 12, которые должны компенсировать отказавшие каналы.
3. Формируется вектор
и происходит:
блокировка оптических передатчиков 12 в отказном оборудовании;
- перенастройка выходных оптических передатчиков 12.
4. Формируется вектор
и происходит:
- блокировка ресиверов в отказном оборудовании;
- перенастройка оптических приёмников 8.
5. Соответствующим образом происходит реконфигурация программных приложений и областей памяти контроллеров, образующих DSM память, с которыми работают соответствующие программные приложения.
Как видно из приведённого выше описания, сформированная таким образом система передачи информации в режиме реального времени свободна от ряда недостатков:
- обмен информацией между бортовыми системами осуществляется в режиме реального времени с гарантированной доставкой сообщений благодаря использованию в предлагаемом изобретении спектральных сетевых оконечников и спектрального сетевого мультиплексора, формирующих спектрально-уплотненный поток, объединяющий l-каналы;
- становится возможной реконфигурация комплекса бортового оборудования при отказах за счет использования в предлагаемой системе спектральных сетевых оконечников, реализующих управление формированием l-каналов как на выдаче так и на приёме.
Claims
1. Система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени содержит по меньшей мере два вычислительных модуля с функционирующими в них программными приложениями, оптическую линию связи, мультиплексор и демультиплексор и отличается тем, что вычислительный модуль, связан по системной интерфейсной шине со спектральным сетевым оконечником, содержащим передающий и принимающий оптические модули, причем передающий оптический модуль состоит из передающего контроллера, по меньшей мере одного оптического передатчика, оптического мультиплексора, а принимающий оптический модуль состоит из принимающего контроллера, по меньшей мере одного оптического приемника и оптического демультиплексора, также система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени содержит сетевой спектральный мультиплексор, состоящий из сетевого оптического мультиплексора и оптического разветвителя, причем передающий контроллер, в котором организована выходная область памяти и выходной кольцевой буфер, своим выходом последовательно связан с каждым оптическим передатчиком и оптическим мультиплексором, при этом выход мультиплексора последовательно связан с сетевым оптическим мультиплексором, оптическим разветвителем сетевого спектрального мультиплексора, а выход сетевого спектрального мультиплексора связан с оптическим демультиплексором принимающего оптического модуля, причем выход демультиплексора связан последовательно с по меньшей мере одним оптическим приемником, принимающим контроллером, причем принимающий контроллер, в котором организована область памяти и входной кольцевой буфер, связан с вычислительным модулем, при этом на вход каждого принимающего и
передающего контроллера поступают сигналы управления от вычислительного модуля по системной интерфейсной шине, причем выход каждого передающего контроллера соединен с входами оптического передатчика и мультиплексора линией связи, по которой передаются сигналы управления, а выход каждого принимающего контроллера соединен с входами оптического приемника и оптического демультиплексора линией связи, по которой передаются сигналы управления.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018143467 | 2018-12-07 | ||
| RU2018143467A RU2694137C9 (ru) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | Система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020117094A2 true WO2020117094A2 (ru) | 2020-06-11 |
| WO2020117094A3 WO2020117094A3 (ru) | 2020-07-30 |
Family
ID=67252368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/000837 WO2020117094A2 (ru) | 2018-12-07 | 2019-11-21 | Система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2694137C9 (ru) |
| WO (1) | WO2020117094A2 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744517C1 (ru) * | 2020-03-27 | 2021-03-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем» (ФГУП «ГосНИИАС») | Двухконтурная система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6956998B2 (en) * | 2002-08-22 | 2005-10-18 | Prima Luci, Inc. | Compact optical delay lines |
| US7298974B2 (en) * | 2003-02-13 | 2007-11-20 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical communication network system |
| US7471899B2 (en) * | 2003-10-18 | 2008-12-30 | Electronics And Telecommunications Research Institute | WDM-PON system based on wavelength-tunable external cavity laser light source |
| RU2380837C1 (ru) * | 2005-11-29 | 2010-01-27 | Вячеслав Константинович Сахаров | Многоканальный оптический мультиплексор ввода/вывода с динамической функциональностью |
| EP2109242A1 (en) * | 2008-04-07 | 2009-10-14 | Nokia Siemens Networks Oy | Upgradeable passive optical Network |
| US8032032B2 (en) * | 2008-11-14 | 2011-10-04 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Bi-directional optical link between multiple data sources and a processing node in an avionics platform |
| US8238750B2 (en) * | 2009-08-04 | 2012-08-07 | Cisco Technology, Inc. | Split/smart channel allocated WDM-PON architecture |
| RU110578U1 (ru) * | 2011-02-01 | 2011-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптоволоконные мультиплексоры" | Система оптической связи |
| KR101545728B1 (ko) * | 2013-07-24 | 2015-11-23 | (주) 인텍이앤씨 | 보호 절체 기능을 갖는 광송수신 장치, 광송신 장치 및 광수신 장치 |
| US9660757B2 (en) * | 2014-06-17 | 2017-05-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Low latency fiber optic local area network |
-
2018
- 2018-12-07 RU RU2018143467A patent/RU2694137C9/ru active
-
2019
- 2019-11-21 WO PCT/RU2019/000837 patent/WO2020117094A2/ru active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2694137C9 (ru) | 2019-08-22 |
| WO2020117094A3 (ru) | 2020-07-30 |
| RU2694137C1 (ru) | 2019-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7526203B2 (en) | Apparatus and method for optical switching at an optical switch fabric | |
| CA2410741C (en) | Switched full-duplex ethernet type communication network and implementation process for this network | |
| US6249510B1 (en) | Signal protection system for bi-direction ring network | |
| CA2357939A1 (en) | Master-slave communications system and method for a network element | |
| US11652757B2 (en) | System and method for enabling TSN-stream configuration | |
| US8078055B1 (en) | Passive optical avionics network | |
| WO2020117094A2 (ru) | Система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети реального времени | |
| US4775210A (en) | Voice and data distribution system with fiber optic multinode star network | |
| US20060274736A1 (en) | System and method for a control services link for a multi-shelf node in a communication switch | |
| US5214648A (en) | Complementary communication system in the no-connection mode for asynchronous time-division network | |
| US5612958A (en) | Method and device for the asynchronous transmission of data by means of a synchronous bus | |
| CN110493040B (zh) | 航空机载网络的设计方法和装置 | |
| Balashov et al. | An analysis of approaches to onboard networks design | |
| RU2744517C1 (ru) | Двухконтурная система передачи информации в реальном времени на базе полностью оптической спектрально-уплотнённой бортовой сети | |
| JP2001509334A (ja) | フォーマットとプロトコルが異なるメッセージの接続方法および装置 | |
| Montenegro et al. | Network centric systems for space applications | |
| Eramo et al. | Extension of the FTT-Ethernet Architecture for the support of Telemetry Messages in Launcher Networks | |
| US7095735B2 (en) | System and method for a control services link for a multi-shelf node in a communication switch | |
| WO2002096002A2 (en) | Hybrid wdm/tdm network architecture | |
| US6744983B2 (en) | Optical switching matrix | |
| Kosyanchuk et al. | Analysis of the Requirements to Information Exchange Protocol for an All-Optical Onboard Network | |
| JPH1093577A (ja) | Ａｔｍ伝送装置 | |
| CN108418634A (zh) | 一种基于高速伪同步的宽带窄带业务复用系统 | |
| Balashov et al. | An sdn-based approach to design of onboard real-time networks | |
| KR20090123662A (ko) | 더블 레귤레이터를 이용한 패킷 쉐이퍼 장치 및 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19892005 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |