一種航電系統(tǒng)FC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

趙琳+李健

摘要：隨著綜合模塊化航電系統(tǒng)的發(fā)展，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)已成為新一代戰(zhàn)機(jī)航電系統(tǒng)的首選通信網(wǎng)絡(luò)，面對規(guī)模龐大的航電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理就顯得尤為重要，也是航電系統(tǒng)功能正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。該文基于一種雙余度FC交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)航電系統(tǒng)模型，結(jié)合FC網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，針對網(wǎng)絡(luò)中的不同角色，對FC網(wǎng)絡(luò)管理需求進(jìn)行了詳細(xì)的分析，就網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行管理及控制過程中的關(guān)鍵需求點(diǎn)進(jìn)行了深入的研究，最后完成了軟件的測試與驗(yàn)證工作，該文設(shè)計(jì)的FC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可擴(kuò)展性，為新一代戰(zhàn)機(jī)航電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理提供一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：FC（光纖通道）；網(wǎng)絡(luò)管理；航電系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）32-0056-02

光纖通道（FC）以其高帶寬、低延時(shí)、強(qiáng)可靠性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)成為新一代航空電子系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)。針對規(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)，為系統(tǒng)應(yīng)用提供可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信平臺，是航電系統(tǒng)正常工作的基本保證。因此，航電系統(tǒng)一般采用具有容錯功能的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來保證系統(tǒng)的高可靠性。本文介紹了一種適用于新一代戰(zhàn)機(jī)的航電系統(tǒng)綜合任務(wù)處理機(jī)雙余度FC交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并對此架構(gòu)下網(wǎng)絡(luò)管理功能進(jìn)行了需求分析和軟件設(shè)計(jì)，所實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件直接為航電系統(tǒng)應(yīng)用軟件管理和控制過程提供平臺支持。

1 航電系統(tǒng)模型

綜合模塊化航電系統(tǒng)（IMA）在新一代作戰(zhàn)飛機(jī)中逐漸得到全面應(yīng)用。IMA將預(yù)先定制的任務(wù)單元作為多樣化任務(wù)的處理平臺，并集成為綜合任務(wù)處理機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速集中處理與融合。目前，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)已成為新一代戰(zhàn)機(jī)航電系統(tǒng)的首選通信網(wǎng)絡(luò)。本文以FC作為主干網(wǎng)絡(luò)，綜合任務(wù)處理機(jī)為網(wǎng)絡(luò)管理平臺，通過FC網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)展連接航電系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型如圖1所示。該系統(tǒng)模型以綜合任務(wù)處理機(jī)為平臺，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)為兩個互為余度交換網(wǎng)絡(luò)，每個模塊有兩個FC通信接口，通過通信接口分別與兩個交換機(jī)相連接，圖中M1、M2、M3、M4、M5的FC網(wǎng)絡(luò)接口分別與交換機(jī)1、交換機(jī)2相連，模塊可通過交換機(jī)1或交換機(jī)2兩個端口進(jìn)行通信，平臺提供了兩條獨(dú)立的通信路徑，用于系統(tǒng)容錯。

2 FC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)角色劃分

本文設(shè)計(jì)的FC通信平臺網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)管理器、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)共同構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)管理器、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端物理上都是節(jié)點(diǎn)機(jī)，具有數(shù)據(jù)通信功能；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)即FC交換機(jī)，具有數(shù)據(jù)交換的功能。網(wǎng)絡(luò)管理器是網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的核心角色，采用主從備份方式運(yùn)行，并與網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)協(xié)同工作。

網(wǎng)絡(luò)管理器（NC），其作為網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的核心角色，在整個網(wǎng)絡(luò)中唯一存在，負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理控制。

備份網(wǎng)絡(luò)管理器（BNC），同樣作為網(wǎng)絡(luò)中唯一存在，在網(wǎng)絡(luò)管理器故障時(shí)接管網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)，執(zhí)行與網(wǎng)絡(luò)管理器完全相同的功能。

網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端（NT），除網(wǎng)絡(luò)管理器、備份網(wǎng)絡(luò)管理器、FC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)中其他的節(jié)點(diǎn)都被定義為網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端（NT），其受控于網(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。

2.2 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)功能分析

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行管理及控制過程主要包括三部分內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)啟動過程控制、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)行過程控制，和故障模式下網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重構(gòu)控制。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)啟動過程主要包括：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制權(quán)爭奪和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上/下網(wǎng)管理；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)行過程主要包括：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上/下線管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上/下網(wǎng)管理和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)健康監(jiān)控管理；故障模式下，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重構(gòu)控制管理。

3 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，下面對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行管理及控制過程三部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)進(jìn)行描述。

3.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)啟動過程控制

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制權(quán)爭奪控制設(shè)計(jì)

正常狀態(tài)下，系統(tǒng)默認(rèn)的主網(wǎng)絡(luò)管理器首先完成軟硬件初始化，獲取網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)并通知網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)其狀態(tài)就緒，開始執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理器管理功能。當(dāng)系統(tǒng)默認(rèn)的主網(wǎng)絡(luò)管理器失效時(shí)，備份網(wǎng)絡(luò)管理器爭奪網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主控權(quán)，系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理器切換。網(wǎng)絡(luò)管理器失效有兩種情況，分別是主機(jī)功能故障和通信功能故障。網(wǎng)絡(luò)管理器主機(jī)模塊發(fā)生故障時(shí)，通過硬線通知備份網(wǎng)絡(luò)管理器，使其奪取網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)；網(wǎng)絡(luò)管理器通信功能故障時(shí)，備份網(wǎng)絡(luò)管理器通過看門狗監(jiān)控獲知，奪取網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制權(quán)。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上/下網(wǎng)控制設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)管理器就緒之后，網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端依據(jù)各自狀態(tài)申請上下網(wǎng)，其過程管理如圖2所示。

3.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)行過程控制

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上/下線過程控制

在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，網(wǎng)絡(luò)管理器所維護(hù)的上/下線表信息由交換機(jī)周期性地向網(wǎng)絡(luò)管理器模塊主動匯報(bào)，網(wǎng)絡(luò)管理器周期性地更新所有節(jié)點(diǎn)的上/下線表信息，某節(jié)點(diǎn)由于某種原因退出網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)故障鏈路斷開、設(shè)備下電或者設(shè)備故障等），則網(wǎng)絡(luò)管理器需感知到其由上網(wǎng)狀態(tài)變?yōu)橄戮€狀態(tài)，需要更新所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上下網(wǎng)狀態(tài)表，并通知所有終端更新本地上下網(wǎng)狀態(tài)表。此處設(shè)計(jì)需要考慮網(wǎng)絡(luò)為雙余度的情況，網(wǎng)絡(luò)終端某一路下線和兩路均下線時(shí)，對在網(wǎng)狀態(tài)的更新需分別判斷處理。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上/下網(wǎng)過程控制

網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行過程中與初始化過程中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上下網(wǎng)絡(luò)處理過程相同。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)健康監(jiān)控過程控制

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)健康監(jiān)控由上層應(yīng)用通知網(wǎng)絡(luò)管理器負(fù)責(zé)收集各個網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的BIT狀態(tài)以及統(tǒng)計(jì)信息，并將BIT狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)信息提交應(yīng)用處理，由上層應(yīng)用的監(jiān)控模塊和故障處理模塊接管。

3.3 故障模式下，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重構(gòu)控制endprint

FC通信平臺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，或者根據(jù)應(yīng)用管理要求進(jìn)行模式切換時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理程序則在上層軟件的控制下，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)，從當(dāng)前的狀態(tài)向另一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程首先要求網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)停止通信，并依據(jù)事先規(guī)劃的重構(gòu)方案，完成網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和所有終端的配置方案切換，待網(wǎng)絡(luò)管理器確認(rèn)各節(jié)點(diǎn)重構(gòu)過程完成后，各網(wǎng)絡(luò)終端重新申請上網(wǎng)，完成重構(gòu)過程。

4 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

FC通信平臺網(wǎng)絡(luò)管理功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)借鑒SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的基本操作，通過對自擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)管理信息庫（MIB）進(jìn)行操作和維護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及運(yùn)行過程管理的控制。

網(wǎng)絡(luò)管理消息的載體采用FC光纖通道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用的擴(kuò)展鏈路服務(wù)（ELS）方式來實(shí)現(xiàn)，ELS幀分為請求和應(yīng)答兩類，定義4種操作，分別映射為標(biāo)準(zhǔn)SNMP協(xié)議中的4種操作。通過該系列操作，實(shí)現(xiàn)各個功能組件之間的管理消息的交互。

1） get-request操作：網(wǎng)絡(luò)管理器從被管理FC設(shè)備（包括網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)）獲取一個參數(shù)值；

2） set-request操作：網(wǎng)絡(luò)管理器設(shè)置被管理FC設(shè)備的一個參數(shù)值；

3） get-response操作：作為前2種操作的響應(yīng)，由被管理FC設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)管理器返回一個參數(shù)值；

4） trap-request操作：被管理FC設(shè)備主動向網(wǎng)絡(luò)管理器發(fā)起的請求。

5 測試與驗(yàn)證

按照本文的設(shè)計(jì)方法完成基于綜合任務(wù)處理機(jī)的FC網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合綜合任務(wù)處理機(jī)地面測試環(huán)境，完成了FC網(wǎng)絡(luò)管理控制的測試與驗(yàn)證，測試驗(yàn)證結(jié)果滿足航電系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)管理的功能和性能要求。

測試和驗(yàn)證過程為：將任務(wù)機(jī)內(nèi)M1設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)管理器，M2設(shè)置為備份網(wǎng)絡(luò)管理器。M3、M4、M5等均設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端。加載測試程序，逐一對FC網(wǎng)絡(luò)管理中的上下線管理，上下網(wǎng)管理，搶權(quán)，重構(gòu)等功能和性能進(jìn)行測試和驗(yàn)證。

6 結(jié)束語

本文介紹了一種采用雙余度FC交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的航電系統(tǒng)模型，在此模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了FC網(wǎng)絡(luò)管理需求分析，對網(wǎng)絡(luò)管理角色進(jìn)行了規(guī)劃，并對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行管理及控制過程中的關(guān)鍵需求點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件為飛機(jī)航電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)提供了參考意義，并且該FC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)穩(wěn)定可靠并且已成功應(yīng)用于飛機(jī)航電系統(tǒng)。

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