一種雙余度FC網絡管理方法

趙琳　李健

摘要：在新一代綜合航電系統設計中，FC網絡已成為首選通信網絡。由于航空電子系統復雜性越來越高，網絡的規模也越來越大，為系統應用提供可靠穩定的網絡通信平臺，是航電系統正常工作的基本保證。為維護網絡系統的正常運行，需對網絡各節點進行狀態控制、信息查詢、故障檢測、時鐘同步，本文以雙余度FC交換網絡為模型，介紹了一種以FC網絡交換機為中心的網絡管理方法，以此來實現網絡狀態以及運行過程管理的控制。

關鍵詞：FC（光纖通道）;網絡管理;雙余度

中圖分類號：TP301 ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）13-0072-02

在新一代綜合航電系統設計中，對機載數據總線的要求越來越高，作為航空電子綜合化最重要的關鍵技術之一，高性能的統一網絡是機載數據總線發展的必然趨勢。針對規模龐大的航電系統網絡，構建功能完備，運行狀態可控的通信網絡系統，是航電系統正常工作的基本保證。光纖通道以其高速率、低延遲、開放標準等特點，使得能夠很好滿足未來航空電子系統互連的要求，成為未來航空電子系統互連的首選標準。

本文以雙余度FC交換網絡為模型，介紹了一種以FC網絡交換機為中心的網絡管理方法，以實現對網絡各節點狀態查詢、健康監控、時鐘同步管理。

1 FC網絡概述

光纖通道（Fiber Channel，簡稱FC）網絡是一種采用光纖傳輸的高速率、高可靠性、支持多種拓撲的網絡。光纖通道標準定義了三種基本的拓撲結構：點到點、仲裁環和交換結構。其中交換式結構式應用最為廣泛的結構。FC的各個節點通過交換機進行連接，形成以交換機為中心的星形結構，該拓撲具有通信帶寬高、可靠性高、數據傳輸延遲小和擴展性好等特點。

FC交換網絡拓撲如圖1所示。

2 詳細設計

2.1 雙余度FC 網絡

在航空電子環境下的實際應用中，可以采用雙余度的FC網絡互連結構提高系統的可靠性。本文研究所基于的網絡結構如圖2所示。

該網絡為一個雙余度、交換式FC網絡。雙余度網絡設計采用熱備份工作方式，兩個交換機并行工作，軟硬件版本及配置信息完全一致。每個FC網絡終端都有兩個FC通道，分別連接至兩個交換機的同一個普通端口（例如兩個FC端口分別連接至交換機1和交換機2的1端口）。交換機1和交換機2有一個端口連接在一起，用來進行信息交互。

2.2 網絡組件及功能分配

2.2.1 FC網絡交換機

該雙余度網絡采用熱備份工作方式，兩個交換機并行工作，運行相同代碼，執行相同任務，加載相同的通信配置表、組播表、監控表等，互為余度的兩個網絡獨立對外提供數據轉發，及網絡狀態監控功能。

FC網絡交換機支持單播，組播和廣播功能，同時支持網絡時鐘同步功能。FC網絡交換機具備FC監控端口，用來監控FC網絡上的通信數據。

2.2.2 FC網絡終端

網絡終端通信設備的雙余度設計，可以有多種方式。因為有可能CPU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和鏈路都出現故障。但不論哪一種情況，在其他網絡節點看來都屬于此網絡節點故障。因此雙余度熱備份設計，常見結構有兩種：單CPU雙鏈路熱備份模式，雙CPU雙鏈路熱備份模式。

FC網絡終端是FC網絡中的數據收發控制終端，作為接口設備為模塊提供通信接口，負責將應用的數據提交到網絡上，或者從網絡收取數據提交給應用，同時還具備網絡管理命令響應、時鐘同步、余度管理等功能特性。

2.2.3 FC網絡監控設備

在FC網絡中，FC網絡監控設備作為一個網絡終端存在，連接至FC網絡交換機的監控端口，負責FC網絡通信數據的記錄功能，即將交換機監控端口轉發過來的數據保存到本地，為后續數據分析提供支撐。

2.2.4 網絡管理功能分配

網絡管理系統由網絡管理器（NC）、備份網絡管理器（BNC）和網絡遠程終端（NT）組成，主要功能如下：

1）網絡管理器，網絡中唯一存在，控制整個網絡的運行方式與管理方式。網絡管理器主要功能有網絡各節點狀態查詢、健康監控、時鐘同步管理。

2）備份網絡管理器，網絡中唯一存在，網絡管理器故障時的替代者。在網絡管理器工作正常時，BNC與負責本網絡狀態的收集，并上報給主網絡管理器。當在運行過程中NC出現故障不能再正常運行時，BNC便替代故障的NC成為網絡管理器，履行網絡管理器的所有功能。

3）網絡遠程終端受控于網絡管理器，響應并執行網絡管理器的各種管理與運行命令。主要功能有本地信息收集、BIT命令響應等。

2.3 網絡管理詳細設計

考慮到FC交換網絡是以網絡交換機為中心進行數據通信，故選擇交換機作為網絡管理系統的網絡管理器，默認FC交換機1為網絡管理器，FC交換機2為備份網絡管理器，網絡節點為網絡終端。兩路交換機之間有一個端口連接在一起，進行數據交互。

各路交換機完成各自網絡狀態監控，網絡管理器（交換機1）通過命令獲取備份網絡管理器（交換機2）所在網絡的各節點狀態信息、統計信息等，進行信息整合后，存于本地，并支持將網絡狀態信息發送至網絡管理上層應用。網絡管理器同時擔任時鐘服務器，負責全網時鐘同步管理。

網絡管理方法設計如下：

1）兩個交換機通過連接的端口互相發送心跳信息，若備份網絡管理器（交換機2）心跳異常，則網絡管理器（交換機1）會采到故障狀態并保存故障類型;若網絡管理器（交換機1）心跳異常，則備份網絡管理器（交換機2）會感知故障狀態并接管網絡管理功能。

2）網絡管理器向備份網絡管理器周期發送獲取BIT結果命令，備份網絡管理器收到命令后，將BIT結果信息反饋給網絡管理器。網絡管理器解析BIT結果信息，若備份網絡管理器故障，網絡管理器置備份交換機網絡故障，并上報網絡管理上層應用。

3）兩路FC網絡交換機可以實時檢測到各個端口的狀態機變化（上/下線狀態變化），交換機會將各自網絡的上下線信息保存在本地。備份網絡管理器周期上報本網絡的上/下線狀態給網絡管理器。網絡管理器綜收集兩路網絡各端口狀態信息后，綜合判斷某個節點單通道故障還是整個鏈路故障，若判斷出某節點兩路鏈路均故障，保存故障類型，置該節點鏈路故障并上報網絡管理上層應用。

4）兩路交換機周期向各網絡終端（包含FC監控設備）周期發送獲取BIT結果命令，各網絡終端收到命令后，將BIT結果信息反饋給交換機。備份網絡管理器綜合本網絡各節點的BIT結果信息后，將本網絡節點BIT信息表上報網絡管理器。網絡管理器收集兩路網絡各端口BIT信息后，綜合判斷各FC網絡終端健康狀態，保存網絡節點故障信息表，并上報網絡管理上層應用。

5）網絡管理軟件運行期間，雙余度各自完成故障檢測，網絡管理器通過故障綜合，將影響系統安全的故障綜合成余度健康狀況，存于本地并上報網絡管理上層應用。

6）該余度網絡支持時鐘同步管理。網絡管理器同時擔任時鐘同步服務器，下發時鐘同步信息給本網絡，同時將時鐘信息發給備份網絡管理器，備份網絡管理器完成自身時鐘同步，并將時鐘信息下發至所在網絡各終端節點。

3 結束語

本文以雙余度FC交換網絡為模型，介紹了一種以FC網絡交換機為中心的網絡管理方法，該方法將交換機1置為網絡管理器，交換機2置為備份網絡管理器，網絡管理器通過綜合備份網絡管理器上報的網絡信息，綜合判斷網絡各節點狀態，并為網絡管理上層應用提供全網狀態信息。同時，該余度網絡支持時鐘同步管理，由網絡管理器作為時鐘同步服務器，完成全網時鐘同步。本文提出的網絡管理方法為飛機航電系統的網絡管理設計提供了參考意義。

參考文獻：

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【通聯編輯：梁書】