[發明專利]一種分布式網絡的數據同步系統及方法

在審

• 申請號: 201611186585.6
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106790528A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 沈瀟波;譚博;顏科峰
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司33101
• 代理人: 陳繼亮

技術領域

本發明涉及FPGA技術及分布式網絡架構下的數據同步技術，尤其涉及一種分布式網絡的數據同步系統及方法。

背景技術

在某些應用場合下，需要分布式網絡架構下的各個節點同步工作；如何確保各個節點工作的同步性，直接影響系統的工作性能。

本發明利用以太網UDP用戶數據報協議實現分布式網絡架構下，各個節點的數據傳輸，在數據匯聚同步模塊通過數據整理，消除網絡傳輸時延帶來時間差異，同步化所有節點的數據。具備：1.實時同步所有節點的數據；2.及時發現任一節點導致的系統失步問題，并自發糾正該問題。3.實時評估鏈路狀態，報告中斷或傳輸丟包問題。特別是系統的失步問題，如果發生將嚴重影響同步數據采集傳輸系統的工作性能，及時糾正該問題顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種分布式網絡的數據同步系統及方法，具體來說是一種基于FPGA技術實現的分布式網絡的數據同步方法。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，這種分布式網絡的數據同步系統，由M*N個采集節點以及1個數據匯聚同步模塊組成，M個采集節點通過以太網首尾相連形成一串，首尾節點直接與數據匯聚同步模塊連接，共N串將所有采集節點通過以太網連接至數據匯聚同步模塊，其中M、N為正整數；所述的采集節點為FPGA芯片，用于將采集數據打包通過以太網發送至數據匯聚同步模塊；所述的數據匯聚同步模塊為FPGA芯片，用于將M*N個采集節點的數據匯聚、同步化處理，形成“時標”一致的全規模采集節點數據。

本發明所述的這種分布式網絡的數據同步方法，該方法包括如下步驟：

(1)M*N個采集節點在數據匯聚同步模塊下發的時鐘驅動下，開始同步采集任務；

(2)每個采集節點用“時標”標識采樣時刻，與采樣數據一起打包通過以太網發送；

(3)每串物理鏈路中間位置的采集節點除了發送本采集節點的采樣數據，同時轉發相鄰采集節點的數據；

(4)數據匯聚同步模塊接收到了全規模M*N個采集節點的數據后，按照“時標”一致原則匯聚整理，輸出同步化后的全規模數據。

本發明的有益效果為：系統利用對480路聲陣信號進行同步采樣，經過網絡實時傳輸，數據匯聚整理，從而實現所有通道的實時顯示；整理后的數據可以提供給聲納信號處理機分析，在海上工程實施、海底目標識別、水下航行器避障、導航等方面具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明基于UDP協議的同步數據采集傳輸系統的結構示意圖；

圖2為本發明采集節點的內部結構示意圖；

圖3為本發明數據匯聚整理單元的內部結構示意圖；

圖4為本發明基于UDP協議的同步數據采集傳輸系統的工作流程圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做詳細的介紹：

本發明提供了一種分布式網絡的數據同步系統，該系統通過對480路聲陣信號同步采集，經雙環路網絡化傳輸、數據匯聚整理后，輸出單路“時標”同步的聲陣信號；具備鏈路實時監測與評估機制。采用分布式結構，包含80個采集節點(每個6路聲陣信號)，1個數據匯聚整理單元，及1臺包含數據分析軟件的工控機。

所述的采集節點每8個通過百兆以太網雙環路連接成1串(共10串)，首尾節點直接與數據匯聚整理單元相連；通過UDP協議進行數據交互。

所述的數據匯聚整理單元與包含數據分析軟件的工控機通過單路千兆以太網連接，通過UDP協議進行數據交互。

所述的80個采集節點采用并行處理技術，每個采集節點包含1片FPGA芯片、6路模數轉換器及2路百兆網芯片。所述的FPGA芯片用于驅動模數轉換器與百兆網芯片；所述模數轉換器對聲陣信號進行同步數據采集；所述的百兆網芯片將采集的數據通過UDP協議輸出。

所述的數據匯聚整理單元包含1片FPGA芯片、20路百兆網芯片及1路千兆網芯片。所述的FPGA芯片包含大量的RAM單元用于并行緩存80個采集節點的聲陣數據；所述的百兆網芯片通過UDP協議接收采集節點的聲陣數據；所述的千兆網芯片用與將匯聚整理后的數據輸出至工控機。

所述的基于UDP協議的同步數據采集傳輸系統的整體處理流程如下：

1)數據匯聚整理單元上電后，延時2秒鐘等待80個采集節點準備完畢后，發送同步采樣時鐘；80個采集節點用該時鐘驅動模數轉換器開始同步工作；每次采樣結束連同該采樣時刻的“時標”一起打包成UDP協議數據包通過2路百兆網同時發送。