[發(fā)明專利]一種基于交換和環(huán)網(wǎng)冗余的高速總線網(wǎng)絡(luò)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011054860.5
• 申請(qǐng)日: 2020-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN112202690B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建波;郭文斌;陳果;陳園園
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航星機(jī)器制造有限公司
• 主分類號(hào): H04L49/552
• 分類號(hào): H04L49/552;H04L49/55;H04L12/40
• 代理公司: 北京天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所有限公司 11386
• 代理人: 李明里

本發(fā)明涉及一種基于交換和環(huán)網(wǎng)冗余的高速總線網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中包括N個(gè)交換節(jié)點(diǎn)和M*N個(gè)終端節(jié)點(diǎn)；每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)與M個(gè)終端節(jié)點(diǎn)首尾相連組成環(huán)網(wǎng)，N個(gè)交換節(jié)點(diǎn)之間按星型結(jié)構(gòu)互聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)交換+環(huán)網(wǎng)的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；在所述復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，交換節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，對(duì)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互和通信互聯(lián)進(jìn)行通信調(diào)度，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)全局統(tǒng)一時(shí)間內(nèi)，達(dá)到同步穩(wěn)定狀態(tài)，避免傳輸沖突的發(fā)生；終端節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)終端，用于通信數(shù)據(jù)流的產(chǎn)生和接收處理。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)塊高帶寬和小數(shù)據(jù)塊高實(shí)時(shí)的并行調(diào)度，既能滿足航電系統(tǒng)對(duì)高通信速率的要求，又可以保證實(shí)時(shí)消息的確定性，并有效提升總線網(wǎng)絡(luò)的可靠性，滿足航電系統(tǒng)的復(fù)雜需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及總線技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于交換和環(huán)網(wǎng)冗余的高速總線網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)革命浪潮的深入發(fā)展，航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線技術(shù)也在快速更新，以滿足各級(jí)系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和信息互聯(lián)要求。

MIL-STD-1553B作為第一代航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線技術(shù)，具有良好的冗余容錯(cuò)能力和實(shí)時(shí)性(響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí))，但傳輸速率只有1Mbps，無法滿足大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅籉C-AE-1553B總線基于MIL-STD-1553B與光纖通信技術(shù)，在兼容MIL-STD-1553B總線的基礎(chǔ)上，又具有光纖通信的高傳輸速率、低誤碼率等特性，得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，但FC-AE-1553B總線無時(shí)間同步功能和冗余管理功能，同時(shí)和MIL-STD-1553B一樣，需要專有硬件支持，大大提高了設(shè)計(jì)成本以及設(shè)計(jì)周期；AFDX(Avionics Full Duplex SwitchedEthernet，航空電子全雙工交換式以太網(wǎng))總線最大的優(yōu)勢(shì)是可以使用通用以太網(wǎng)硬件實(shí)現(xiàn)，同時(shí)采用虛擬鏈路技術(shù)和冗余管理技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕珎鬏斔俾室话銥?00Mbps，且實(shí)時(shí)性無法保證；TTE(Time Trigged Ethernet，時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng))在傳統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議IEEE802.3的基礎(chǔ)上，引入時(shí)鐘同步技術(shù)，增加時(shí)間觸發(fā)服務(wù)，既能全面兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)通信，又能實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)性時(shí)間觸發(fā)通信，但TTE目前能實(shí)現(xiàn)的最高速率為1Gbps，且需要采用專有硬件；在普通的以太網(wǎng)硬件上，TTE只能通過軟件實(shí)現(xiàn)，速率最高為100Mbps。以上各種總線的特性對(duì)比如下表所示。

未來，隨著航電設(shè)備復(fù)雜度的提升，數(shù)據(jù)吞吐量越來越大，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性要求也越來越高，因此迫切需要發(fā)展新的總線技術(shù)，來滿足航電系統(tǒng)的復(fù)雜需求。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種基于交換和環(huán)網(wǎng)冗余的高速總線網(wǎng)絡(luò)；解決未來航電系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性和可靠性的要求問題。

本發(fā)明公開了一種基于交換和環(huán)網(wǎng)冗余的高速總線網(wǎng)絡(luò)，包括N個(gè)交換節(jié)點(diǎn)和M*N個(gè)終端節(jié)點(diǎn)；

每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)與M個(gè)終端節(jié)點(diǎn)首尾相連組成環(huán)網(wǎng)，N個(gè)交換節(jié)點(diǎn)之間按星型結(jié)構(gòu)互聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)交換+環(huán)網(wǎng)的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

在所述復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，交換節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，對(duì)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互和通信互聯(lián)進(jìn)行通信調(diào)度，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)全局統(tǒng)一時(shí)間內(nèi)，達(dá)到同步穩(wěn)定狀態(tài)，避免傳輸沖突的發(fā)生；

終端節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)終端，用于通信數(shù)據(jù)流的產(chǎn)生和接收處理。

進(jìn)一步地，所述交換節(jié)點(diǎn)和交換節(jié)點(diǎn)之間，交換節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)之間，終端節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)之間均采用光纖和以太網(wǎng)雙絞線進(jìn)行連接，光纖和以太網(wǎng)互為冗余。

進(jìn)一步地，所述高速總線網(wǎng)絡(luò)的通信調(diào)度中，采用有序調(diào)度和自由調(diào)度相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度方法，將每個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度周期分成有序調(diào)度周期和自由調(diào)度周期；

在有序調(diào)度周期，作為總線控制器的交換節(jié)點(diǎn)向其他交換節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)有序發(fā)送包括控制命令在內(nèi)的高實(shí)時(shí)、小數(shù)據(jù)流、低帶寬的周期數(shù)據(jù)；