基于消息ID的機載FC網絡監控系統設計

孟 博,張 楠,王晨博

(中航工業西安航空計算技術研究所,陜西 西安 710068)

0 引言

FC網絡是一種高速串行的總線網絡,具有高速率、低延遲、低誤碼率、高可靠性和強抗干擾能力等特點,已成為現代主要機載型號的首選總線網絡。作為機載系統的主干網絡,FC網絡以點到點和交換拓撲等結構將航電、飛控和機電等各個子系統掛接在一起,構建了一個可靠容錯的FC網絡平臺,實現FC協議通信、網絡管理、時鐘管理等功能[1]。本文設計了一種基于消息ID監控模式的機載FC網絡監控系統,可以實現對FC網絡中關鍵數據進行實時監控、解析校驗和存儲分析等,為FC網絡的健康平穩運行和故障定位分析等提供可靠的技術支持。

1 FC網絡監控系統

FC網絡采用雙余度機制,所有FC網絡終端設備均有兩路FC通道,分別連接至網絡中的兩路交換機模塊,兩個交換機模塊獨立工作,互為備份,FC網絡設備連接關系如圖1所示。

圖1 FC網絡設備連接關系

FC網絡數據監控可以通過3種方式實現,分別為基于發布訂閱的數據監控、基于FC節點的數據監控和基于交換機的數據監控。

基于發布訂閱的數據監控方式以訂閱消息為核心,其通過在FC網絡上發布訂閱消息來完成FC網絡數據的監控。

基于FC節點的數據監控方式以FC節點機為核心,其首先對FC消息的監控屬性進行配置,然后通過監控通道和獲取通道實現FC網絡數據的監控。

基于交換機的數據監控方式以網絡交換機為核心,其通過配置交換機數據實現數據監控,完成指定輸入/輸出端口監控、指定ASM/ELS消息監控和全部ASM/ELS消息監控的功能。

FC網絡監控數據主要存儲在數據管理計算機中,數據管理計算機有兩路FC與交換機模塊相連接,一路是FC通信節點,與交換機進行FC通信使用。另一路是FC監控節點,與交換機模塊的監控端口相連接,用來接收FC網絡的監控數據[2-3]。各型終端設備將數據通過兩路FC通道轉發給網絡中的交換機,交換機對進入它的所有數據進行實時監控,采用消息ID模式,對特定數據進行協議解析,將需要監控的數據通過FC監控節點轉存至數據管理處理計算機。

2 FC網絡監控機制

2.1 交換機監控

光纖網絡交換機是實現FC網絡監控的主體設備。每個網絡交換機擁有數個監控端口,其中一個監控端口連接到數管系統的監控節點,再由數管系統記錄所監控的網絡數據。每個網絡交換機具有數個普通端口和監控端口。數管計算機通過光纖鏈路連接至交換機一個監控端口上,網絡中的其他各型終端設備通過光纖鏈路連接至交換機的普通端口。

光纖網絡交換機的監控端口可獨立配置,每個監控端口提供3種監控方式,在運行過程中只能選擇其中一種監控方式工作。3種監控方式分別為輸入端口監控、輸出端口監控和消息ID監控,相較于消息ID監控模式,輸入/輸出監控模式只能針對一個端口的輸入輸出數據進行監控。

消息ID監控模式如圖2所示,交換機會對所有進入交換機的FC幀數據進行檢查,檢查這些FC幀的消息ID是否是需要監控的消息。如果與預先配置的消息ID一致,則會將該數據通過交換機的監控端口轉發給監控節點,轉存至數據管理處理計算機。

圖2 消息ID監控模式

2.2 FC監控節點監控

FC網絡監控節點采用雙余度機制,連接兩路獨立的交換機,用于捕獲和記錄交換機轉發的數據,為FC網絡數據記錄提供功能支持。FC網絡監控節點支持ASM消息監控,并支持ELS幀數據監控。

對于ASM消息,FC監控節點兩個通道接收到兩幀ASM數據,經過余度處理后只會給用戶提交一幀ASM數據。對于ELS幀,只監控消息ID不是發給本地的ELS幀。FC監控節點以幀為單位進行數據幀緩存,使用連續存儲方式保存,提供8 M的數據緩存。

系統上電后,監控節點將ASM接收CAM表(用于存儲已收到的消息ID)和SN寄存器全部清零,當監控節點收到一個FC幀時,判斷幀類型和ID地址。如果收到的ELS幀的目的ID為監控節點,則直接轉交到ELS接收緩沖,上報到協處理器,如果接收到被監控的ELS幀,則直接存儲到監控緩沖中,不需要進行余度處理,如果收到一個ASM類型的FC幀,使用該消息ID進行查表,如果不能查到,表示該消息是第一次接收,則將該消息的ID寫入到CAM中,并提取當前消息的SN號保存到對應的SN寄存器。當數據接收緩沖區按照預先配置的大小收滿后,FC監控子卡會以中斷的方式通知CPU來取監控到的FC數據。

3 FC網絡余度方案

FC網絡在運行過程中,用戶使用ASM協議進行數據通信,而FC網絡進行管理維護時則使用ELS(擴展鏈路服務)數據通信。這兩種FC數據的余度處理機制不相同。

3.1 ASM數據余度機制

ASM協議數據采用“雙發雙收”的余度處理機制,發送端發送一幀ASM數據時,邏輯會在兩個通道同時發送該ASM數據。接收端會接收到兩幀ASM數據,經過余度處理后,只會給用戶提交一幀ASM數據。

ASM協議數據的余度處理使用SN號實現;在余度模式下,SN號使用8位進行編號,每條消息維護一個SN號寄存器,初始值為0,每發送一幀,遞增計數,增加到255時回繞到1。

3.2 ELS數據余度機制

ELS數據幀主要用于FC網絡管理維護,包括上/下網控制,網絡狀態獲取,網絡時鐘同步和維護等功能。ELS幀數據余度機制采用軟件進行發送通道選擇,即在發送端選擇一個通道進行ELS幀發送,如果發送端與接收端鏈路狀態正常時,則選擇默認通道發送ELS幀;如果某個通道出現異常,則選擇正常的通道發送ELS幀。接收端兩個通道都處于接收狀態,收到的數據會保存在ELS幀接收緩沖區中,然后提交主機處理器處理。

4 結語

結合FC總線網絡的技術特點,本文提出了一種基于消息ID的機載FC網絡監控系統方案,詳細介紹了FC網絡監控原理和FC網絡余度機制。該FC監控網絡能夠實現對網絡中關鍵數據的正確傳輸和實時監控,為FC網絡的健康狀況評估和故障原因定位等提供可靠的技術保障。