反射内存网技术在舰载导航系统中的应用*

徐振国　许　彩

(海军驻武汉七一九所军事代表室　武汉　430205)

反射内存网技术在舰载导航系统中的应用*

徐振国许彩

(海军驻武汉七一九所军事代表室武汉430205)

摘要舰载导航系统内部通信网络传输信息的速率、实时性能、容错能力将直接影响舰载武器系统的作战性能。针对目前广泛用于舰载导航系统的以太网技术的不足，引出采用强实时性网络的必要性，研究了采用反射内存网技术的系统通信平台的体系结构，并对提高导航系统位置、姿态等信息传输的实时性、可靠性进行了技术探索。

关键词反射内存网; 实时性; 舰载导航系统

Class NumberTN959

1引言

舰载导航系统是保障舰载作战系统的一个非常重要的系统，它的内部网络承担着各设备间数据传输的使命，信息传输和处理的响应能力直接影响了舰载武器系统的作战效能。目前，舰载导航系统的网络大多数采用双冗余的以太网，其延时时间的不确定性对导航系统所输出的信息精度影响是客观存在的，很多专家学者提供了一些技术解决方案，如同步通信方式、外时统同步法等，虽然在一定程度上缓和了延时，但并没有根本改变以太网的CSMA/CD机制导致的延时不确定性。导航系统作为信息传输实时性要求较高的系统，导航信息在传输通道上的延时将等同于降低其精度，传统以太网已经不能很好地满足需求，因此迫切需要寻求一种更高性能的网络技术。反射内存网作为一种新兴的总线标准，具有高实时性、确定性、支持中断和传输纠错能力强等诸多特点，被广泛地应用在工业领域中。基于此，本文将对反射内存网技术在导航系统中的应用开展深入研究。

2光纤反射内存网简介

实时光纤反射内存网(Reflective Memory Network，RMN)是一种基于高速光纤网络共享存储技术的实时网络，写入数据通过“广播式反射方式”同步镜像到其他节点板卡的同一内存区，一点写入，多点依次更新。

2.1光纤反射内存网工作原理

反射内存网作为一种特殊类型的共享内存系统，网中每一个节点都需要有一块反射内存(Reflective Memory，RFM)，外围设备通过反射内存构成互联的反射内存网络。反射内存的操作如双口 RAM，具体工作过程，如图1所示。

图1　反射内存网工作过程

由图1所示可知，当数据写入本地内存，RFM会自动将数据传输至环状网络的下一个节点；每个后续节点收到网络数据后，更新本地内存数据，同时转发至环网的下一个节点；当信息回到初始节点时便会被从网络中移除[1]。

该过程使每个节点都保存整个共享内存的独立备份，这样任何一个站点均享有充分且不受限制的访问权限，同时还能以极高的内存写入速度修改本地内存。

2.2反射内存网的特点

反射内存网作为基于网络的分布式内存硬实时网络的一种设计思想，其天生即存在以下技术特点[2]:

1) 相比传统的以太网，反射内存网硬件采用分布式RAM之间数据的传输、共享，整个过程具有很低的实现延迟；

2) 相比传统的以太网，反射内存网主要依靠硬件实现，不需要复杂的网络协议控制，能够在相同的传输带宽下达到更高的有效速率，且对CPU 的资源消耗最低；

3) 相比传统以太网，反射内存网支持中断机制，具有完善的错误管理和防止数据丢失的保护措施，从而保证通信过程中数据的可靠性。

3基于反射内存网技术舰载导航系统内部通信平台

反射内存网有两种网络拓扑结构构建方式:一种为环形拓扑结构；一种为星型拓扑结构[3]。环形拓扑结构是利用光纤将各个计算机节点连接成一个首尾相接的环；星型结构则需要采用专门的主机光纤HUB与各计算机节点进行连接。两种网络拓扑结构如图2、图3 所示。

这两种拓扑结构有各自的优缺点，星型结构需要用专门的Hub，优点是实现故障隔离，时延相对较小，缺点是对Hub 的依赖，并且造价花费较高; 环型结构的优点是节省光纤，花费较少，缺点是一旦有一个节点出现故障将会影响整个网络[4]。鉴于导弹武器系统对导航信息实时性、可靠性的需求，利用多个光纤HUB与各网络节点组建导航系统内部通信平台，如图4所示。

图2　环型网络拓扑结构

图3　星型网络拓扑结构

图4　反射内存网构建导航系统内部通信网络示意图

4试验验证

通过数据传输的多点发送、多点接收通信测试，验证星型拓扑结构光纤反射内存网的传输速率与可靠性是否满足导航系统的要求。在本次反射内存网技术研究与性能测试中，选用型号为VMIPCI-5565反射内存卡构建星型网络，运用光纤进行连接。试验的系统环境为Windows XP，运用软件环境为Visual C++ 6.0。测试的硬件环境为:共选用四个VMI-5565 反射内存网卡，一个实时网络Hub，采用计算机配置为CPU主频2.39GHz，内存 2.00GB；测试软件环境:所用的软件编程测试工具为Visual C++ 6.0；采用的程序中除了网络中断以外，没有加入其他的关联发送方和接收方交互工作(例如:读写标志位等)。

4.1网络传输速率测试

测试方案:由四个节点以及一个实时网络HUB组成星形网络，节点分别为A～D，其中A～B做为发送节点，C～D为接收节点，分别以下列两组关系发送数据A～C、B～D，发送次数为5000次，数据包大小分别为64B、256B、1024B以及1MB。分别记录A～D节点传输时间以及网络数据传输速率。

表1　传输5000次测试 (时间单位:s　速率单位:Mbps)

测试分析:通过以上测试数据看出，5000次传输速率的测试结果表明传输速率稳定，变化幅度十分小，这就验证了传输延迟的确定性，可以满足导航系统的要求。

4.2网络传输可靠性测试

测试方案: 由四个节点以及一个实时网络HUB组成星形网络，节点分别为A～D，其中A～B做为发送节点，则C～D为接收节点。数据包大小分别为64B、256B、1024B以及1MB。1)以A～C、B～D对应关系发送500组数据，接收节点对接收到的数据进行检验，若是无误则打印“loop xx over”，若是有误则打印相关错误信息，分别记录不同测试条件下的错误数目，计算可靠概率；2)以A～C、B～D对应关系发送20000组数据，接收节点检测接收到的数据包个数，检测其丢包率。

表2　数据可靠性测试

表3　丢包率测试

测试分析:通过以上测试数据看出，信息在传输过程中，没有出现数据出错、丢失的情况，反射内存网的传输可靠性达到100%。因此，这就验证了反射内存卡在通信运行时确定性、可靠性比较高，可以满足导航系统的要求。

5结语

反射内存网采用基于网络的分布式的数据处理能力解决了以太网数据传输的不确定性，提高了系统的实时性能，满足了导航系统用户对信息精度的需求；采用星形网络拓扑结构提高了信息传输的可靠性和安全性。因此在导航系统内部网络中采用反射内存网技术，可以大大提高舰载导航系统内部网络的性能。

参 考 文 献

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[4] Kenneth G. Lesueur.Encryption System for Supporting Hard Real-time Distributed Testing[J].The ITEA Journal of Test and Evaluation Dec 2007/Jan 2008，pp:131-134.

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Application of Reflective Memory Network in INS

XU ZhenguoXU Cai

(Navy Representative Office in 719th Research Institute, Wuhan430205)

AbstractThe transmission speed, real-time performance and fault tolerant ability of INS network will directly affect the performance of the system. This paper explains the shortage of Ethernet technology which is widely used in INS and the necessity of using the network which has high real time. It studies the architecture of system，and networking protocol of INS which used reflective memory network. It provides the technical study for improving the real time performance and reliability of INS.

Key Wordsreflective memory network, real-time, shipboard INS

*收稿日期:2015年12月19日,修回日期:2016年2月3日

作者简介:徐振国,男，高级工程师，研究方向：惯性技术及应用。许彩，女，硕士，工程师，研究方向：惯性技术及应用。

中图分类号TN959

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.014