[发明专利]高速光纤总线及其冗余拓扑结构的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速总线技术领域，尤其涉及一种基于无源光网络的命令响应式的高速光纤总线及其冗余拓扑结构的实现方法。

背景技术

数据总线技术是航空航天电子系统的关键技术，现在航电设备的复杂度越来越高，需要高带宽、强实时与高可靠的数据总线网络才能满足需求。现有相关的数据总线技术主要有以下两种技术标准，一是MIL-STD-1553B总线标准，二是FC-AE-1553总线标准。

MIL-STD-1553B总线标准始于1968年初，1978年9月21日获得正式的书面批准后，作为美国官方的文件公布发表。MIL-STD-1553B总线为指令/响应时分多路数据总线，采用冗余的总线型拓扑结构，利用屏蔽双绞线或同轴电缆作为传输介质，传输数据率为1Mbps。其主要功能是为所有连接到总线上的航空电子系统提供综合化、集中式的系统控制和标准化的接口。

作为第一代军用数据总线技术，MIL-STD-1553B总线具有以下优点：

1)、冗余容错能力强。MIL-STD-1553B总线采用双通道设计，通过在两个通道间自动切换来获得较好的冗余容错能力，提高了系统可靠性，通道的自动切换对软件透明；

2)、良好的实时性。MIL-STD-1553B总线采用命令/响应式协议，把响应时间限定在4～12ms以内；

3)、高水平的电器保障性能。MIL-STD-1553B总线采用电气屏蔽和总线耦合方式，每个节点都能够安全地与网络隔离，减少了潜在的损坏设备的可能性；

4)、良好的器件可用性。MIL-STD-1553B器件的制造工艺满足大范围温度变化及军标的要求，使得MIL-STD-1553B能够广泛地应用在环境苛刻的项目当中。

MIL-STD-1553B总线最初由美国空军用于飞机航空电子系统，目前已经应用于美国和欧洲海、陆、空三军，而且正在成为一种国际标准，它广泛用于飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统，并逐步扩展到飞行控制系统及坦克、舰船、航天等领域。

但是，随着航空航天领域对数据传输(视频、音频、分布式数据)的需求日益增加，MIL-STD-1553B总线1Mbps的带宽已无法满足现代航空航天电子系统的要求。另外由于采用电缆介质，MIL-STD-1553B总线结构抗电磁干扰性能差、质量重、体积大、功耗高、布线复杂。MIL-STD-1553B总线正在被许多更高性能的数据总线所取代。

FC-AE-1553总线技术就是在光纤通道上映射MIL-STD-1553B协议得到的“吉比特的1553”协议。光纤通道(fiber channel，简称FC)是美国国家标准委员会(ANSI)的X3T11小组于1988年开始制定的一种高速串行通信协议，采用通道技术控制信号传输，在共享介质时采用基于仲裁或交换的信道共享冲突解决机制和基于信用的流量控制策略。

FC具有高速率、低延迟、低误码率的特性；FC支持多种上层协议、多种底层传输介质、多种服务类型与灵活的拓扑结构；FC是一种完全开放的标准，作为以COTS为基础的网络技术，在标准开发以及产品供应商方面具有广泛地支持；另外FC标准开发组织还建立了航空电子分委员会(ANSI FC-AE)，专门针对FC技术如何应用于航空电子领域以及现有的1553总线如何平滑升级而开展工作。目前FC-AE定义了5种传输协议，其中FC-AE-1553就是这五个FC上层协议映射之一，具有光纤通道的良好网络性能，又具有MIL-STD-1553B的传统优势，被称为“吉比特的1553”，另外FC-AE-1553也兼顾了对于现有MIL-STD-1553B网络的桥接，因此FC-AE-1553对传统的MIL-STD-1553网络能很好的继承。

FC-AE-1553适应的拓扑结构包括仲裁环，交换式及其组合式。FC支持的典型冗余结构有双环冗余(如图1)与双交换式冗余结构(如图2)，两种特性的特性如表1，表1是FC双环冗余与双交换式的特性比较。

表1

综上所述，双环冗余结构，布线方便，但共享带宽，对单点掉电或故障敏感，可靠性有限；双交换式是星型拓扑，布线复杂，引入的交换设备技术难度大，又由于带有若干光口，功耗大，可靠性不易保证。因此，FC-AE-1553协议仍然需要改进才能满足苛刻环境条件对通信系统高可靠的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题