基于fc-ae-1553協議的多nc星型拓撲結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于航空電子機載高速數據總線技術領域，具體涉及一種基于FC-AE-1553 協議的多NC星型拓撲結構的設計。
【背景技術】
[0002] FC-AE-1553協議是由光纖通道（FibreChannel，FC)標準組織美國工業標準協會 (ANSI)的下屬航空電子分委員會（ANSIFC-AE)制定的，該分會主要研宄光纖通道技術如 何應用于航空電子領域，并制定了FC-AE標準協議集，FC-AE-1553便是其中一個子協議，定 義了MIL-STD-1553B總線協議到光纖通道高層協議的映射，實現了對傳統MIL-STD-1553B 的平滑升級，在兼顧傳統航電設備的同時，又根據新的應用環境和技術背景進行了一些功 能上的擴展。FC-AE-1553與MIL-SID-1553B技術對比如下表所示：
[0003]
[0004] 未來的航空電子環境對機載高速數據總線的要求不僅是可靠性高和延時低，而且 要求其具有結構簡單、功耗低、價格低廉、適應性強、易于維護等特點。傳統的軍用機載高速 數據總線協議MIL-STD-1553B不但速率低且難以達到高性能的要求，已逐步被光纖總線所 替代，而基于光纖通道（FibreChannel，FC)技術的FC-AE-1553協議標準雖然具有高帶寬、 低時延和高可靠性的優良傳輸特性，但其協議標準定義的點對點（Point-to-Point)、仲裁 環（ArbitratedLoop)和交換式（Fabric)三種拓撲結構使網絡系統結構復雜、功耗高且組 網成本較高。
[0005] (1)點對點方式的拓撲結構如圖1所示，任意兩個網絡節點的端口之間采用光纖 線纜雙向連接。從而使該網絡拓撲結構具有高可靠性和低延遲的特點，它能夠提供節點間 通信的最大帶寬，并實現全雙工通信，它適宜于連接中有大量持續數據需要傳輸的節點，如 在機載系統中雷達和雷達信號處理器之間進行數據傳輸。但其缺點為連接線路使用光纜總 成本隨節點數的增加而成倍數的增加，而且線纜重量以及網絡結構的復雜度也線性增加， 導致在實際的航電系統機載高速數據總線中并不采用這種拓撲結構來構建網絡。
[0006] (2)仲裁環式的拓撲結構如圖2所示，在標準中定義其為單向數據流的環狀結構， 仲裁環可以最多連接126個設備，但由于數據在環路上按一個方向傳送，故在任意時刻仲 裁環只能有一對端口進行通信，并占用整個環的全部通信帶寬，因此隨著節點的增多，通信 效率會急劇下降。當有多個節點需要通信時，就會發生沖突。特別是網絡中如果有一個節 點發生故障，則整個網絡系統將會發生崩潰。仲裁環拓撲結構有效降低了交換式網絡的成 本劣勢，但這是以系統可靠性和有效性急劇下降為代價的。
[0007] (3)交換式的拓撲結構如圖3所示，需要一個或多個光纖通道交換機。每個交換 機可以連接多達65000個設備，每個節點端口都可以以最大速度與交換機的端口建立連接 并通信。交換機可以提供任意兩個節點之間的路徑，當網絡中一條路徑出現故障后交換機 可以選擇其它的路徑來傳遞信息。整個網絡由中心節點交換機執行集中式通信控制管理， 各節點間的通信都要通過交換機。每一個要發送數據的節點都將要發送的數據發送給交換 機，再由交換機將數據送到目地節點，因此交換機結構相當復雜。在網絡通信中的各個節點 的通信處理負擔都很小，而且單個連接點的故障只影響一個設備，不會影響全網。但其缺點 是交換機負擔較重，容易形成網絡"瓶頸"，一旦交換機發生故障，則與其連接的通信設備便 會受到影響，導致各站點的分布處理能力較低。同時目前交換機的價格極度昂貴，對于小型 網絡其成本劣勢非常明顯。
[0008] 針對這些問題，業界也提出了一些解決方案。例如采用集線器模式的環狀拓撲結 構提高環路連接的可靠性（如圖4所示），在集線器內部維持了單向的數據流，同樣在任意 時刻只能有兩個節點之間進行通信，但是加入了端口旁路的功能，若環路中某一節點發生 故障，則可將其進行旁路，從而不會導致整個網絡鏈路的崩潰。再如，采用雙向環結構來減 少網絡時延（如圖5所示），由于仲裁環是將個節點連成一條首尾相連的單向閉合環回路， 環路上一個節點發出的信息可能要穿越環中所有的環路節點，而采用雙向環模式的拓撲結 構可以根據節點的遠近自主的選擇消息的回路，從而有效的降低信息傳送的傳輸時延。中 國科學院光電研宄院的學者曾提出了一種基于無源光網絡（PassiveOpticalNetwork， PON)的冗余網絡拓撲結構1553P0N(如圖6所示），但是該拓撲僅能支持一個網絡控制器 (NetworkController，NC)，不能發揮FC-AE-1553協議支持多個網絡控制器的優勢。
[0009] 基于以上背景，標準的FC-AE-1553協議網絡拓撲支持存在結構復雜，功耗較高， 價格昂貴等缺點，而改進的方案能一定程度上提升性能，降低功耗等，但是對協議的支持卻 不夠完全。因此，為了滿足未來航電機載高速數據總線技術對性能、價格和功耗等的高度要 求，提出一種適應FC-AE-1553協議的新拓撲結構將具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0010] 本發明的目的是為了解決現有技術中航電總線FC-AE-1553協議標準拓撲的結構 復雜、功耗高、抗電磁干擾能力弱且價格昂貴的問題，提出了一種基于FC-AE-1553協議的 多NC星型拓撲結構。
[0011] 本發明的技術方案為：一種應用于FC-AE-1553協議的多NC星型拓撲結構，包括一 個星型光纖耦合器、至少一個NC以及至少一個NT，每個NC和NT均通過光纖連接于星型光 纖耦合器兩端。
[0012] 優選地，NC用于實現整個網絡的控制和調度管理，完成NC與NT以及NT與NT之 間的數據傳輸管理。
[0013] 優選地，在任意時刻至多只有一個NC處于運行過程中，其余NC均處于靜默狀態。 [0014] 優選地，該多NC星型拓撲結構采用基于網絡控制優先級的方法來決定NC對網絡 的控制權：
[0015] 如果某NC在已有其它NC控制管理網絡的過程中需要控制網絡運行，則需要提出 網絡控制申請；若申請網絡控制的NC的優先級比現在運行的NC優先級高，則可以成功取得 網絡控制權，否則申請網絡控制的NC需要等待現在運行的NC結束網絡控制任務后才能取 得網絡控制權。
[0016] 優選地，NT根據NC的命令發送或者接收數據，若NT未接收到NC的任務命令則處 于靜默狀態。
[0017] 優選地，NC的下行數據廣播給所有NT，每個NT通過MAC地址鑒別方法來判別NC 的下行數據是否傳遞給該NT;NT的上行數據廣播給所有NC，每個NC通過MAC地址鑒別方 法來判別NT的上行數據是否傳遞給該NC。
[0018] 優選地，星型光纖耦合器用于使傳輸中的光信號在耦合區發生耦合，并對光功率 進行再分配，同時保持信號的頻譜成分不變。
[0019] 優選地，星型光纖耦合器分為有源星型光纖耦合器和無源星型光纖耦合器。
[0020] 優選地，有源星型光纖耦合器含有信號再生和碰撞檢測裝置，當NC爭奪網絡控制 權時若不同NC節點同時發送的數據包之間有碰撞發生，有源星型光纖耦合器則用信令的 方式通知各NC節點采取校正動作。
[0021] 優選地，無源星型光纖耦合器采用基于NT節點的功率檢測和地址檢測相聯合的 方法進行信號碰撞檢測，具體過程如下：
[0022] 當有超過一個以上的NC在爭奪網絡控制權時，每個爭奪NC節點的光信號都將通 過無源星型光纖耦合器分配給所有的NT節點，此時如果控制NC節點正在下行傳輸信號，會 導致接收NT節點的接收功率超出異常值，如果控制NC節點并沒有下行傳輸信號，會導致接 收NT節點的FC幀地址解析出現發送地址錯誤；若接收NT節點的接收功率超出異常值或者 接收