一種FC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的健康管理方法

李健 趙琳

摘要： 隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展及軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，飛機(jī)對航空電子系統(tǒng)的要求隨之不斷提高。而航空電子系統(tǒng)的架構(gòu)也由聯(lián)合式航空電子系統(tǒng)發(fā)展為綜合化模塊化的航空電子系統(tǒng)及分布式綜合化模塊化的航空電子系統(tǒng)。而通信系統(tǒng)是航空電子系統(tǒng)中不可缺少的一部分，各計(jì)算資源之間的數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)共享都是由通信系統(tǒng)來完成。因此通信系統(tǒng)的性能直接影響到了航空電子系統(tǒng)的性能。FC網(wǎng)絡(luò)具備傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、誤碼率低、實(shí)時性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，滿足航空電子系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)的需求。為了提升系統(tǒng)的診斷能力與容錯能力，提出了一種FC網(wǎng)絡(luò)的健康管理方法，對整個FC網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)管理。

關(guān)鍵詞：FC（光纖通道）；容錯；故障診斷

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）09-0033-02

1 引言

目前的航空電子系統(tǒng)架構(gòu)，正在朝著稱作為綜合化航空電子系統(tǒng)和分布式綜合化航空電子系統(tǒng)發(fā)展。在這種航空電子系統(tǒng)架構(gòu)中，多使用高性能的計(jì)算平臺。該平臺以模塊化的設(shè)備搭建，以網(wǎng)絡(luò)為通信基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)全互聯(lián)結(jié)構(gòu)。該平臺具有靈活性高及交互操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。交互性允許計(jì)算資源的共享，計(jì)算數(shù)據(jù)的交互則是通過網(wǎng)絡(luò)來傳遞。

隨著航空電子系統(tǒng)復(fù)雜性不斷提高，適用于傳統(tǒng)聯(lián)合式航空電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能適應(yīng)新的需求。高性能計(jì)算平臺需要一個靈活、容錯和高速的通信系統(tǒng)來支持模塊間通信，而FC網(wǎng)絡(luò)滿足其需求。航空電子系統(tǒng)的發(fā)展及提供功能的增加，必然會加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模會越來越大，網(wǎng)絡(luò)配置也會越發(fā)復(fù)雜，所以管理整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀態(tài)就顯得尤為重要。

2 研制背景

在綜合化模塊化的航空電子系統(tǒng)和分布式綜合化模塊化的航空電子系統(tǒng)中，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多以交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為核心，各個FC節(jié)點(diǎn)連接至FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。在整個網(wǎng)絡(luò)通信過程中，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)對于FC節(jié)點(diǎn)來說是透明的。在FC網(wǎng)絡(luò)的使用過程中，目前缺乏一個快速獲取且集中處理故障的健康管理機(jī)制，導(dǎo)致有時在事后分析FC網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的問題時缺乏支撐數(shù)據(jù)，給排故帶來較大困難。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上圖所示的是一個雙余度、交換機(jī)式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞腇C網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中包含兩塊FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，多個FC網(wǎng)絡(luò)終端，一個故障管理模塊和一個FC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備。其中FC網(wǎng)絡(luò)終端的個數(shù)一般根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用功能需求分配而決定，也受FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口數(shù)目的限制。該FC網(wǎng)絡(luò)為一個雙余度的FC網(wǎng)絡(luò)，每個FC網(wǎng)絡(luò)終端都有兩個FC通道，分別連接至兩個交換機(jī)的同一個普通端口（例如兩個FC端口分別連接至交換機(jī)1和交換機(jī)2的12端口）。FC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備同樣具備兩個FC端口，分別連接至兩個交換機(jī)的同一個監(jiān)控端口上。

交換機(jī)1和交換機(jī)2有一個端口連接在一起，用來進(jìn)行信息交互。

3.1 FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

該系統(tǒng)中有2個FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，主要負(fù)責(zé)FC網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能。FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)支持單播，組播和廣播功能。其中故障管理模塊作為一個普通的FC網(wǎng)絡(luò)終端連接至交換機(jī)的普通端口上。FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)具備FC監(jiān)控端口，用來監(jiān)控FC網(wǎng)絡(luò)上的通信數(shù)據(jù)。

其中FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的組播功能和監(jiān)控功能需要預(yù)先配置。配置完成后如果有組播消息，則交換機(jī)會通過查詢預(yù)先配置組播表而確定組播消息的成員后，給各個成員一起轉(zhuǎn)發(fā)消息。當(dāng)FC網(wǎng)絡(luò)中有數(shù)據(jù)通信時，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)會通過查詢預(yù)先配置的監(jiān)控表來確認(rèn)哪些消息是需要監(jiān)控的，然后會將需要監(jiān)控的FC消息通過監(jiān)控端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。

3.2 FC網(wǎng)絡(luò)終端

在FC網(wǎng)絡(luò)中，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)終端作為網(wǎng)絡(luò)的普通節(jié)點(diǎn)。承載了整個系統(tǒng)分配的應(yīng)用功能任務(wù)。FC網(wǎng)絡(luò)終端包含了計(jì)算、控制和網(wǎng)絡(luò)接口功能。FC網(wǎng)絡(luò)終端的計(jì)算和控制（應(yīng)用功能的運(yùn)行）功能由CPU單元來執(zhí)行。FC網(wǎng)絡(luò)接口功能由FC接口單元來執(zhí)行。

其中FC網(wǎng)絡(luò)接口由CPU單元進(jìn)行控制，包括FC網(wǎng)絡(luò)接口的初始化，狀態(tài)管理，數(shù)據(jù)收發(fā)控制等。

3.3 故障管理模塊

在FC網(wǎng)絡(luò)中故障管理模塊主要功能為故障的記錄功能，記錄故障后為后續(xù)的故障排查和分析提供依據(jù)。故障管理模塊包含了CPU單元和FC網(wǎng)絡(luò)接口單元。FC網(wǎng)絡(luò)接口由CPU單元進(jìn)行控制，包括FC網(wǎng)絡(luò)接口的初始化，狀態(tài)管理，數(shù)據(jù)收發(fā)控制等。

3.4 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)過來的數(shù)據(jù)保存到本地，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供支撐。

FC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備包含CPU單元及FC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元，其中CPU單元功能與FC網(wǎng)絡(luò)終端中的CPU功能一致。FC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元主要完成FC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的記錄功能。

3.5 健康管理

整個FC網(wǎng)絡(luò)的健康管理以FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為核心，交換機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一收集FC網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)并進(jìn)行處理，處理完成后會將故障整合并發(fā)給故障管理模塊進(jìn)行記錄保存或顯示。其中重要的故障也會保存在本地的NVRAM中。其中具體的管理方法如下：

（1）FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可以實(shí)時檢測到各個端口的狀態(tài)機(jī)變化（上/下線狀態(tài)變化），交換機(jī)會將整個網(wǎng)絡(luò)的上下線信息及變化的時間保存在本地；如果判斷到交換機(jī)邏輯異常或者故障管理模塊異常則將保存的狀態(tài)存儲到NVRAM中。每個交換機(jī)獲取到FC網(wǎng)絡(luò)的上/下狀態(tài)后，兩個交換機(jī)進(jìn)行信息交互，綜合判斷某個節(jié)點(diǎn)單通道故障還是整個鏈路故障，并保存故障類型；

（2）交換機(jī)的邏輯會產(chǎn)生心跳信息由CPU進(jìn)行判斷處理，如果心跳異常則CPU會將該故障及發(fā)生時間保存到本地的NVRAM中。兩個交換機(jī)會通過連接的端口互相發(fā)送心跳信息，如果某個交換機(jī)故障，則另外一個交換機(jī)會采到故障狀態(tài)并保存故障類型；

（3）交換機(jī)會周期廣播各網(wǎng)絡(luò)終端（包含F(xiàn)C監(jiān)控設(shè)備）的狀態(tài)獲取命令，各網(wǎng)絡(luò)終端收到后會提交給CPU，然后由CPU處理完成后給交換機(jī)返回狀態(tài)。交換機(jī)會判斷各FC網(wǎng)絡(luò)終端健康狀態(tài)，以及接收到的網(wǎng)絡(luò)終端的狀態(tài)信息，經(jīng)過兩個交換機(jī)信息綜合后保存故障類型；

（4）FC網(wǎng)絡(luò)終端會周期判斷FC接口的心跳信息，如果FC接口心跳異常則將該故障的發(fā)生時間和故障類型保存在本地的NVRAM中；

（5）FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及FC網(wǎng)絡(luò)終端上電后會讀取本地模塊上光收發(fā)器的發(fā)送光功率的數(shù)值，并匯總至交換機(jī)進(jìn)行綜合處理；

（6）FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)在進(jìn)行FC網(wǎng)絡(luò)健康信息綜合時，當(dāng)有狀態(tài)變化或系統(tǒng)進(jìn)入維護(hù)模式時，都會將所有的健康信息發(fā)送給故障管理模塊進(jìn)行保存。同時故障管理模塊會監(jiān)控交換機(jī)的心跳信息，如果異常則會將該故障的發(fā)生時間和故障類型記錄在本地的NVRAM中。

4 總結(jié)評價

本文介紹了一種基于交換式FC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的FC網(wǎng)絡(luò)的健康管理方法。對FC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各設(shè)備在健康管理中所起的作用、涉及管理的內(nèi)容和方法做了介紹，其中包括FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)作為健康管理的核心部件進(jìn)行管理的具體方法和FC網(wǎng)絡(luò)終端、故障管理模塊及FC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。這套健康管理方法能夠極大的提高FC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障診斷能力，并為FC網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控及故障排查提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

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