一種雙余度FC網(wǎng)絡(luò)管理方法

趙琳　李健

摘要：在新一代綜合航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)已成為首選通信網(wǎng)絡(luò)。由于航空電子系統(tǒng)復(fù)雜性越來(lái)越高，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模也越來(lái)越大，為系統(tǒng)應(yīng)用提供可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，是航電系統(tǒng)正常工作的基本保證。為維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需對(duì)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)控制、信息查詢、故障檢測(cè)、時(shí)鐘同步，本文以雙余度FC交換網(wǎng)絡(luò)為模型，介紹了一種以FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)管理方法，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及運(yùn)行過程管理的控制。

關(guān)鍵詞：FC（光纖通道）;網(wǎng)絡(luò)管理;雙余度

中圖分類號(hào)：TP301 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）13-0072-02

在新一代綜合航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)總線的要求越來(lái)越高，作為航空電子綜合化最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，高性能的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)是機(jī)載數(shù)據(jù)總線發(fā)展的必然趨勢(shì)。針對(duì)規(guī)模龐大的航電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建功能完備，運(yùn)行狀態(tài)可控的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是航電系統(tǒng)正常工作的基本保證。光纖通道以其高速率、低延遲、開放標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)，使得能夠很好滿足未來(lái)航空電子系統(tǒng)互連的要求，成為未來(lái)航空電子系統(tǒng)互連的首選標(biāo)準(zhǔn)。

本文以雙余度FC交換網(wǎng)絡(luò)為模型，介紹了一種以FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)管理方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)查詢、健康監(jiān)控、時(shí)鐘同步管理。

1 FC網(wǎng)絡(luò)概述

光纖通道（Fiber Channel，簡(jiǎn)稱FC）網(wǎng)絡(luò)是一種采用光纖傳輸?shù)母咚俾?、高可靠性、支持多種拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)。光纖通道標(biāo)準(zhǔn)定義了三種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)到點(diǎn)、仲裁環(huán)和交換結(jié)構(gòu)。其中交換式結(jié)構(gòu)式應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)。FC的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過交換機(jī)進(jìn)行連接，形成以交換機(jī)為中心的星形結(jié)構(gòu)，該拓?fù)渚哂型ㄐ艓捀摺⒖煽啃愿?、?shù)據(jù)傳輸延遲小和擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。

FC交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 雙余度FC 網(wǎng)絡(luò)

在航空電子環(huán)境下的實(shí)際應(yīng)用中，可以采用雙余度的FC網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)的可靠性。本文研究所基于的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)雙余度、交換式FC網(wǎng)絡(luò)。雙余度網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用熱備份工作方式，兩個(gè)交換機(jī)并行工作，軟硬件版本及配置信息完全一致。每個(gè)FC網(wǎng)絡(luò)終端都有兩個(gè)FC通道，分別連接至兩個(gè)交換機(jī)的同一個(gè)普通端口（例如兩個(gè)FC端口分別連接至交換機(jī)1和交換機(jī)2的1端口）。交換機(jī)1和交換機(jī)2有一個(gè)端口連接在一起，用來(lái)進(jìn)行信息交互。

2.2 網(wǎng)絡(luò)組件及功能分配

2.2.1 FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

該雙余度網(wǎng)絡(luò)采用熱備份工作方式，兩個(gè)交換機(jī)并行工作，運(yùn)行相同代碼，執(zhí)行相同任務(wù)，加載相同的通信配置表、組播表、監(jiān)控表等，互為余度的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立對(duì)外提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控功能。

FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)支持單播，組播和廣播功能，同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步功能。FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)具備FC監(jiān)控端口，用來(lái)監(jiān)控FC網(wǎng)絡(luò)上的通信數(shù)據(jù)。

2.2.2 FC網(wǎng)絡(luò)終端

網(wǎng)絡(luò)終端通信設(shè)備的雙余度設(shè)計(jì)，可以有多種方式。因?yàn)橛锌赡蹸PU故障但鏈路正常，有可能鏈路故障但是CPU功能正常，也有可能CPU和鏈路都出現(xiàn)故障。但不論哪一種情況，在其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)看來(lái)都屬于此網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障。因此雙余度熱備份設(shè)計(jì)，常見結(jié)構(gòu)有兩種：?jiǎn)蜟PU雙鏈路熱備份模式，雙CPU雙鏈路熱備份模式。

FC網(wǎng)絡(luò)終端是FC網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收發(fā)控制終端，作為接口設(shè)備為模塊提供通信接口，負(fù)責(zé)將應(yīng)用的數(shù)據(jù)提交到網(wǎng)絡(luò)上，或者從網(wǎng)絡(luò)收取數(shù)據(jù)提交給應(yīng)用，同時(shí)還具備網(wǎng)絡(luò)管理命令響應(yīng)、時(shí)鐘同步、余度管理等功能特性。

2.2.3 FC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備

在FC網(wǎng)絡(luò)中，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端存在，連接至FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的監(jiān)控端口，負(fù)責(zé)FC網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的記錄功能，即將交換機(jī)監(jiān)控端口轉(zhuǎn)發(fā)過來(lái)的數(shù)據(jù)保存到本地，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供支撐。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)管理功能分配

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)管理器（NC）、備份網(wǎng)絡(luò)管理器（BNC）和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端（NT）組成，主要功能如下：

1）網(wǎng)絡(luò)管理器，網(wǎng)絡(luò)中唯一存在，控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式與管理方式。網(wǎng)絡(luò)管理器主要功能有網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)查詢、健康監(jiān)控、時(shí)鐘同步管理。

2）備份網(wǎng)絡(luò)管理器，網(wǎng)絡(luò)中唯一存在，網(wǎng)絡(luò)管理器故障時(shí)的替代者。在網(wǎng)絡(luò)管理器工作正常時(shí)，BNC與負(fù)責(zé)本網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的收集，并上報(bào)給主網(wǎng)絡(luò)管理器。當(dāng)在運(yùn)行過程中NC出現(xiàn)故障不能再正常運(yùn)行時(shí)，BNC便替代故障的NC成為網(wǎng)絡(luò)管理器，履行網(wǎng)絡(luò)管理器的所有功能。

3）網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端受控于網(wǎng)絡(luò)管理器，響應(yīng)并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理器的各種管理與運(yùn)行命令。主要功能有本地信息收集、BIT命令響應(yīng)等。

2.3 網(wǎng)絡(luò)管理詳細(xì)設(shè)計(jì)

考慮到FC交換網(wǎng)絡(luò)是以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，故選擇交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理器，默認(rèn)FC交換機(jī)1為網(wǎng)絡(luò)管理器，F(xiàn)C交換機(jī)2為備份網(wǎng)絡(luò)管理器，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)終端。兩路交換機(jī)之間有一個(gè)端口連接在一起，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

各路交換機(jī)完成各自網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)管理器（交換機(jī)1）通過命令獲取備份網(wǎng)絡(luò)管理器（交換機(jī)2）所在網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息、統(tǒng)計(jì)信息等，進(jìn)行信息整合后，存于本地，并支持將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)管理上層應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)管理器同時(shí)擔(dān)任時(shí)鐘服務(wù)器，負(fù)責(zé)全網(wǎng)時(shí)鐘同步管理。

網(wǎng)絡(luò)管理方法設(shè)計(jì)如下：

1）兩個(gè)交換機(jī)通過連接的端口互相發(fā)送心跳信息，若備份網(wǎng)絡(luò)管理器（交換機(jī)2）心跳異常，則網(wǎng)絡(luò)管理器（交換機(jī)1）會(huì)采到故障狀態(tài)并保存故障類型;若網(wǎng)絡(luò)管理器（交換機(jī)1）心跳異常，則備份網(wǎng)絡(luò)管理器（交換機(jī)2）會(huì)感知故障狀態(tài)并接管網(wǎng)絡(luò)管理功能。

2）網(wǎng)絡(luò)管理器向備份網(wǎng)絡(luò)管理器周期發(fā)送獲取BIT結(jié)果命令，備份網(wǎng)絡(luò)管理器收到命令后，將BIT結(jié)果信息反饋給網(wǎng)絡(luò)管理器。網(wǎng)絡(luò)管理器解析BIT結(jié)果信息，若備份網(wǎng)絡(luò)管理器故障，網(wǎng)絡(luò)管理器置備份交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障，并上報(bào)網(wǎng)絡(luò)管理上層應(yīng)用。

3）兩路FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到各個(gè)端口的狀態(tài)機(jī)變化（上/下線狀態(tài)變化），交換機(jī)會(huì)將各自網(wǎng)絡(luò)的上下線信息保存在本地。備份網(wǎng)絡(luò)管理器周期上報(bào)本網(wǎng)絡(luò)的上/下線狀態(tài)給網(wǎng)絡(luò)管理器。網(wǎng)絡(luò)管理器綜收集兩路網(wǎng)絡(luò)各端口狀態(tài)信息后，綜合判斷某個(gè)節(jié)點(diǎn)單通道故障還是整個(gè)鏈路故障，若判斷出某節(jié)點(diǎn)兩路鏈路均故障，保存故障類型，置該節(jié)點(diǎn)鏈路故障并上報(bào)網(wǎng)絡(luò)管理上層應(yīng)用。

4）兩路交換機(jī)周期向各網(wǎng)絡(luò)終端（包含F(xiàn)C監(jiān)控設(shè)備）周期發(fā)送獲取BIT結(jié)果命令，各網(wǎng)絡(luò)終端收到命令后，將BIT結(jié)果信息反饋給交換機(jī)。備份網(wǎng)絡(luò)管理器綜合本網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的BIT結(jié)果信息后，將本網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)BIT信息表上報(bào)網(wǎng)絡(luò)管理器。網(wǎng)絡(luò)管理器收集兩路網(wǎng)絡(luò)各端口BIT信息后，綜合判斷各FC網(wǎng)絡(luò)終端健康狀態(tài)，保存網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障信息表，并上報(bào)網(wǎng)絡(luò)管理上層應(yīng)用。

5）網(wǎng)絡(luò)管理軟件運(yùn)行期間，雙余度各自完成故障檢測(cè)，網(wǎng)絡(luò)管理器通過故障綜合，將影響系統(tǒng)安全的故障綜合成余度健康狀況，存于本地并上報(bào)網(wǎng)絡(luò)管理上層應(yīng)用。

6）該余度網(wǎng)絡(luò)支持時(shí)鐘同步管理。網(wǎng)絡(luò)管理器同時(shí)擔(dān)任時(shí)鐘同步服務(wù)器，下發(fā)時(shí)鐘同步信息給本網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將時(shí)鐘信息發(fā)給備份網(wǎng)絡(luò)管理器，備份網(wǎng)絡(luò)管理器完成自身時(shí)鐘同步，并將時(shí)鐘信息下發(fā)至所在網(wǎng)絡(luò)各終端節(jié)點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以雙余度FC交換網(wǎng)絡(luò)為模型，介紹了一種以FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)管理方法，該方法將交換機(jī)1置為網(wǎng)絡(luò)管理器，交換機(jī)2置為備份網(wǎng)絡(luò)管理器，網(wǎng)絡(luò)管理器通過綜合備份網(wǎng)絡(luò)管理器上報(bào)的網(wǎng)絡(luò)信息，綜合判斷網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，并為網(wǎng)絡(luò)管理上層應(yīng)用提供全網(wǎng)狀態(tài)信息。同時(shí)，該余度網(wǎng)絡(luò)支持時(shí)鐘同步管理，由網(wǎng)絡(luò)管理器作為時(shí)鐘同步服務(wù)器，完成全網(wǎng)時(shí)鐘同步。本文提出的網(wǎng)絡(luò)管理方法為飛機(jī)航電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)提供了參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張雅妮. 基于熱備份的雙余度嵌入式系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)[J]. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，35（9月增刊）.

[2] 黃浩益.光纖通道技術(shù)在航電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 航空電子技術(shù)，2005（3）.

[3] 謝希仁. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2006.

【通聯(lián)編輯：梁書】