專利名稱：高速光纖總線及其冗余拓撲結構的實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高速總線技術領域，尤其涉及一種基于無源光網(wǎng)絡的命令響應式的高 速光纖總線及其冗余拓撲結構的實現(xiàn)方法。
背景技術：
數(shù)據(jù)總線技術是航空航天電子系統(tǒng)的關鍵技術，現(xiàn)在航電設備的復雜度越來越 高，需要高帶寬、強實時與高可靠的數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡才能滿足需求?，F(xiàn)有相關的數(shù)據(jù)總線技術 主要有以下兩種技術標準，一是MIL-STD-155;3B總線標準，二是FC-AE-1553總線標準。MIL-STD-155;3B總線標準始于1968年初，1978年9月21日獲得正式的書面批 準后，作為美國官方的文件公布發(fā)表。MIL-STD-155;3B總線為指令/響應時分多路數(shù)據(jù)總 線，采用冗余的總線型拓撲結構，利用屏蔽雙絞線或同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，傳輸數(shù)據(jù)率為 1Mbps。其主要功能是為所有連接到總線上的航空電子系統(tǒng)提供綜合化、集中式的系統(tǒng)控制 和標準化的接口。作為第一代軍用數(shù)據(jù)總線技術，MIL-STD-1553B總線具有以下優(yōu)點1)、冗余容錯能力強。MIL-STD-155;3B總線采用雙通道設計，通過在兩個通道間自 動切換來獲得較好的冗余容錯能力，提高了系統(tǒng)可靠性，通道的自動切換對軟件透明；2)、良好的實時性。MIL-STD-155;3B總線采用命令/響應式協(xié)議，把響應時間限定 在4 12ms以內(nèi)；3)、高水平的電器保障性能。MIL-STD-155;3B總線采用電氣屏蔽和總線耦合方式， 每個節(jié)點都能夠安全地與網(wǎng)絡隔離，減少了潛在的損壞設備的可能性；4)、良好的器件可用性。MIL-STD-155;3B器件的制造工藝滿足大范圍溫度變化及軍 標的要求，使得MIL-STD-155;3B能夠廣泛地應用在環(huán)境苛刻的項目當中。MIL-STD-155;3B總線最初由美國空軍用于飛機航空電子系統(tǒng)，目前已經(jīng)應用于美 國和歐洲海、陸、空三軍，而且正在成為一種國際標準，它廣泛用于飛機綜合航電系統(tǒng)、外掛 物管理與集成系統(tǒng)，并逐步擴展到飛行控制系統(tǒng)及坦克、艦船、航天等領域。但是，隨著航空航天領域?qū)?shù)據(jù)傳輸(視頻、音頻、分布式數(shù)據(jù))的需求日益增加， MIL-STD-155;3B總線IMbps的帶寬已無法滿足現(xiàn)代航空航天電子系統(tǒng)的要求。另外由于采 用電纜介質(zhì)，MIL-STD-1553B總線結構抗電磁干擾性能差、質(zhì)量重、體積大、功耗高、布線復 雜。MIL-STD-155;3B總線正在被許多更高性能的數(shù)據(jù)總線所取代。FC-AE-1553總線技術就是在光纖通道上映射MIL_STD_155;3B協(xié)議得到的“吉比 特的1553”協(xié)議。光纖通道(fiber channel，簡稱FC)是美國國家標準委員會(ANSI)的 X3T11小組于1988年開始制定的一種高速串行通信協(xié)議，采用通道技術控制信號傳輸，在 共享介質(zhì)時采用基于仲裁或交換的信道共享沖突解決機制和基于信用的流量控制策略。FC具有高速率、低延遲、低誤碼率的特性；FC支持多種上層協(xié)議、多種底層傳輸介 質(zhì)、多種服務類型與靈活的拓撲結構；FC是一種完全開放的標準，作為以COTS為基礎的網(wǎng) 絡技術，在標準開發(fā)以及產(chǎn)品供應商方面具有廣泛地支持；另外FC標準開發(fā)組織還建立了
3航空電子分委員會(ANSI FC-AE)，專門針對FC技術如何應用于航空電子領域以及現(xiàn)有的 1553總線如何平滑升級而開展工作。目前FC-AE定義了 5種傳輸協(xié)議，其中FC-AE-1553就 是這五個FC上層協(xié)議映射之一，具有光纖通道的良好網(wǎng)絡性能，又具有MIL-STD-155;3B的 傳統(tǒng)優(yōu)勢，被稱為“吉比特的1553”，另外FC-AE-1553也兼顧了對于現(xiàn)有MIL-STD-1553B網(wǎng) 絡的橋接，因此FC-AE-1553對傳統(tǒng)的MIL-STD-1553網(wǎng)絡能很好的繼承。FC-AE-1553適應的拓撲結構包括仲裁環(huán)，交換式及其組合式。FC支持的典型冗余 結構有雙環(huán)冗余(如

圖1)與雙交換式冗余結構(如圖2)，兩種特性的特性如表1，表1是 FC雙環(huán)冗余與雙交換式的特性比較。
權利要求
1.一種高速光纖總線結構，基于命令響應式的高速光纖總線協(xié)議，其特征在于，該結構 包括一個光纖總線，由無源光器件中的光纜、光纖耦合器及光纖連接器組成；一個網(wǎng)絡控制器，連接于該光纖總線；多個網(wǎng)絡終端，通過多個光纖耦合器掛接到光纖總線上；以及多個遠置終端，通過橋接設備連接于光纖耦合器。
2.根據(jù)權利要求1所述的高速光纖總線結構，其特征在于，所述命令響應式的高速光 纖總線協(xié)議基于無源光網(wǎng)絡架構，采用下行廣播，上行分時復用機制，支持星形、環(huán)形、總線 形等多種拓撲結構，通過橋接設備兼容MIL-STD-155;3B設備。
3.根據(jù)權利要求1所述的高速光纖總線結構，其特征在于，所述網(wǎng)絡控制器用于實現(xiàn) 總線的調(diào)度和管理，完成數(shù)據(jù)傳輸，是總線通訊的發(fā)起者和組織者，是主動參與總線通訊 的，所有的數(shù)據(jù)傳輸均由網(wǎng)絡控制器啟動，網(wǎng)絡終端只能被動的接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)，任何一 次通訊過程都由網(wǎng)絡控制器參與，網(wǎng)絡終端只能被動的接收或者發(fā)送與自己有關的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的高速光纖總線結構，其特征在于，所述網(wǎng)絡終端不多于64個， 用于根據(jù)預先設定的通訊協(xié)議接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，分時復用上行總線。
5.根據(jù)權利要求1所述的高速光纖總線結構，其特征在于，所述橋接設備是一個透明 網(wǎng)橋，將從1553P0N網(wǎng)絡收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成MIL-STD-155;3B的協(xié)議字下發(fā)到傳統(tǒng)1553設 備，從傳統(tǒng)1553設備收上來的包轉(zhuǎn)換成1553P0N的包上傳至1553P0N網(wǎng)絡。
6.根據(jù)權利要求1所述的高速光纖總線結構，其特征在于，該系統(tǒng)進一步包括一個網(wǎng) 絡監(jiān)視器，該網(wǎng)絡監(jiān)視器通過光纖耦合器掛接到光纖總線上。
7.根據(jù)權利要求6所述的高速光纖總線結構，其特征在于，所述網(wǎng)絡監(jiān)視器用于選擇 性的監(jiān)視網(wǎng)絡的通訊，對通訊狀態(tài)進行分析與判斷。
8.一種高速光纖總線冗余拓撲結構的實現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括封閉光鏈路，實時檢測光鏈路的連通性；將逆向雙環(huán)互為備份，一條鏈路失效則可選擇另一條鏈路；以及利用網(wǎng)絡監(jiān)視器作為網(wǎng)絡控制器的冗余設備。
9.根據(jù)權利要求8所述的高速光纖總線冗余拓撲結構的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述 封閉光鏈路，是將總線型的無源光網(wǎng)絡結構封閉成環(huán)形，具體包括在兩條總線的網(wǎng)絡控制器側(cè)分別增加光鏈路檢測裝置，將鏈路的最后一個節(jié)點與網(wǎng)絡 控制器連接起來，形成環(huán)形結構，實現(xiàn)光鏈路連通性的實時檢測。
10.根據(jù)權利要求8所述的高速光纖總線冗余拓撲結構的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述 網(wǎng)絡監(jiān)視器平時只做網(wǎng)絡監(jiān)視器，監(jiān)控網(wǎng)絡的狀況，在網(wǎng)絡控制器失效時，網(wǎng)絡監(jiān)視器取代 網(wǎng)絡控制器來管理總線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速光纖總線結構，基于命令響應式的高速光纖總線協(xié)議，該結構包括一個光纖總線；一個網(wǎng)絡控制器，連接于該光纖總線；多個網(wǎng)絡終端，通過多個光纖耦合器掛接到光纖總線上；以及多個遠置終端，通過橋接設備連接于光纖耦合器。本發(fā)明同時公開了一種高速光纖總線冗余拓撲結構的實現(xiàn)方法，包括封閉光鏈路，實時檢測光鏈路的連通性；將逆向雙環(huán)互為備份，一條鏈路失效則可選擇另一條鏈路；利用網(wǎng)絡監(jiān)視器作為網(wǎng)絡控制器的冗余設備。利用本發(fā)明，可以滿足航空航天等多種應用環(huán)境對高速、實時、高可靠光纖總線的需求，通信速率達到2.5Gbps，單點故障容易隔離，支持多種拓撲結構，布線方便，系統(tǒng)所用設備簡單，可靠性高。
文檔編號H04L12/40GK102075247SQ20091024153
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權日2009年11月25日
發(fā)明者張善從, 曹素芝 申請人:中國科學院光電研究院