基于消息ID的机载FC网络监控系统设计

孟 博,张 楠,王晨博

(中航工业西安航空计算技术研究所,陕西 西安 710068)

0 引言

FC网络是一种高速串行的总线网络,具有高速率、低延迟、低误码率、高可靠性和强抗干扰能力等特点,已成为现代主要机载型号的首选总线网络。作为机载系统的主干网络,FC网络以点到点和交换拓扑等结构将航电、飞控和机电等各个子系统挂接在一起,构建了一个可靠容错的FC网络平台,实现FC协议通信、网络管理、时钟管理等功能[1]。本文设计了一种基于消息ID监控模式的机载FC网络监控系统,可以实现对FC网络中关键数据进行实时监控、解析校验和存储分析等,为FC网络的健康平稳运行和故障定位分析等提供可靠的技术支持。

1 FC网络监控系统

FC网络采用双余度机制,所有FC网络终端设备均有两路FC通道,分别连接至网络中的两路交换机模块,两个交换机模块独立工作,互为备份,FC网络设备连接关系如图1所示。

图1 FC网络设备连接关系

FC网络数据监控可以通过3种方式实现,分别为基于发布订阅的数据监控、基于FC节点的数据监控和基于交换机的数据监控。

基于发布订阅的数据监控方式以订阅消息为核心,其通过在FC网络上发布订阅消息来完成FC网络数据的监控。

基于FC节点的数据监控方式以FC节点机为核心,其首先对FC消息的监控属性进行配置,然后通过监控通道和获取通道实现FC网络数据的监控。

基于交换机的数据监控方式以网络交换机为核心,其通过配置交换机数据实现数据监控,完成指定输入/输出端口监控、指定ASM/ELS消息监控和全部ASM/ELS消息监控的功能。

FC网络监控数据主要存储在数据管理计算机中,数据管理计算机有两路FC与交换机模块相连接,一路是FC通信节点,与交换机进行FC通信使用。另一路是FC监控节点,与交换机模块的监控端口相连接,用来接收FC网络的监控数据[2-3]。各型终端设备将数据通过两路FC通道转发给网络中的交换机,交换机对进入它的所有数据进行实时监控,采用消息ID模式,对特定数据进行协议解析,将需要监控的数据通过FC监控节点转存至数据管理处理计算机。

2 FC网络监控机制

2.1 交换机监控

光纤网络交换机是实现FC网络监控的主体设备。每个网络交换机拥有数个监控端口,其中一个监控端口连接到数管系统的监控节点,再由数管系统记录所监控的网络数据。每个网络交换机具有数个普通端口和监控端口。数管计算机通过光纤链路连接至交换机一个监控端口上,网络中的其他各型终端设备通过光纤链路连接至交换机的普通端口。

光纤网络交换机的监控端口可独立配置,每个监控端口提供3种监控方式,在运行过程中只能选择其中一种监控方式工作。3种监控方式分别为输入端口监控、输出端口监控和消息ID监控,相较于消息ID监控模式,输入/输出监控模式只能针对一个端口的输入输出数据进行监控。

消息ID监控模式如图2所示,交换机会对所有进入交换机的FC帧数据进行检查,检查这些FC帧的消息ID是否是需要监控的消息。如果与预先配置的消息ID一致,则会将该数据通过交换机的监控端口转发给监控节点,转存至数据管理处理计算机。

图2 消息ID监控模式

2.2 FC监控节点监控

FC网络监控节点采用双余度机制,连接两路独立的交换机,用于捕获和记录交换机转发的数据,为FC网络数据记录提供功能支持。FC网络监控节点支持ASM消息监控,并支持ELS帧数据监控。

对于ASM消息,FC监控节点两个通道接收到两帧ASM数据,经过余度处理后只会给用户提交一帧ASM数据。对于ELS帧,只监控消息ID不是发给本地的ELS帧。FC监控节点以帧为单位进行数据帧缓存,使用连续存储方式保存,提供8 M的数据缓存。

系统上电后,监控节点将ASM接收CAM表(用于存储已收到的消息ID)和SN寄存器全部清零,当监控节点收到一个FC帧时,判断帧类型和ID地址。如果收到的ELS帧的目的ID为监控节点,则直接转交到ELS接收缓冲,上报到协处理器,如果接收到被监控的ELS帧,则直接存储到监控缓冲中,不需要进行余度处理,如果收到一个ASM类型的FC帧,使用该消息ID进行查表,如果不能查到,表示该消息是第一次接收,则将该消息的ID写入到CAM中,并提取当前消息的SN号保存到对应的SN寄存器。当数据接收缓冲区按照预先配置的大小收满后,FC监控子卡会以中断的方式通知CPU来取监控到的FC数据。

3 FC网络余度方案

FC网络在运行过程中,用户使用ASM协议进行数据通信,而FC网络进行管理维护时则使用ELS(扩展链路服务)数据通信。这两种FC数据的余度处理机制不相同。

3.1 ASM数据余度机制

ASM协议数据采用“双发双收”的余度处理机制,发送端发送一帧ASM数据时,逻辑会在两个通道同时发送该ASM数据。接收端会接收到两帧ASM数据,经过余度处理后,只会给用户提交一帧ASM数据。

ASM协议数据的余度处理使用SN号实现;在余度模式下,SN号使用8位进行编号,每条消息维护一个SN号寄存器,初始值为0,每发送一帧,递增计数,增加到255时回绕到1。

3.2 ELS数据余度机制

ELS数据帧主要用于FC网络管理维护,包括上/下网控制,网络状态获取,网络时钟同步和维护等功能。ELS帧数据余度机制采用软件进行发送通道选择,即在发送端选择一个通道进行ELS帧发送,如果发送端与接收端链路状态正常时,则选择默认通道发送ELS帧;如果某个通道出现异常,则选择正常的通道发送ELS帧。接收端两个通道都处于接收状态,收到的数据会保存在ELS帧接收缓冲区中,然后提交主机处理器处理。

4 结语

结合FC总线网络的技术特点,本文提出了一种基于消息ID的机载FC网络监控系统方案,详细介绍了FC网络监控原理和FC网络余度机制。该FC监控网络能够实现对网络中关键数据的正确传输和实时监控,为FC网络的健康状况评估和故障原因定位等提供可靠的技术保障。